Измеритель площади оптического изображения Советский патент 1991 года по МПК G01B21/28 

Os

ел

Os

ел

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения площади и интенсивности изображения.

Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния априорной неопределенности интенсивности изображения и расширение функциональных возможностей за счет измерения интенсивности изображения.

На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя; на фиг. 2 и 3 - эпюры напряжений на выходах блоков измерителя.

Измеритель состоит из оптически связанных блока 1 изменения масштаба измеряемого изображения, маски 2 с отверстием, имеющим форму измеряемого изображения, и фотоприемника 3, последовательно соединенных инвертора 4, вход которого подключен к выходу фотоприемника 3 и сумматора 5, последовательно соединенных делителя 6, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 3, логарифмического усилителя 7 и умножителя 8, второй вход которого подключен к выходу фотоприемника 3, а выход подключен к второму входу сумматора 5, последовательно соединенных сумматора 9, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 3. делителя 10, усилителя 11 и управляемого ключа 12, последовательно соединенных указателя 13 экстремума, формирователя 14 управляющего импульса, выход которого подключен к второму входу ключа 12, и управляемого ключа 15, усилителя 16, выход которого подключен к второму входу ключа 15, последовательно соединенных генератора 17 линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к второму входу делителя 10, входу усилителя 16 и управляющим входам блока 1 и фотоприемника 3, усилителя 18, выход которого подключен к третьему входу сумматора 5 и второму входу делителя 6, и входу инвертора 19, выход которого подключен к второму входу сумматора 9.

Измеритель работает следующим образом.

Началу его работы соответствует-момент (t - 0) запуска генератора 17, который формирует сигнал (фиг.2а)

Ui(t)-Uo + kit,, где Т - время анализа изображения.

Сигнал Ui(t) поступает на управляющий вход фотоприемника 3 и включает его на время Т, а также поступает на управляющий вход блока 1, который формирует вторичное изображение в плоскости маски 2. Блок 1 уменьшает масштаб изображения 1

0

5

в Л (t)/k2 Раз по обеим осям. Следовательно, площадь вторичного изображения в плоскости маски 2 изменяется обратно пропорционально сигналу Ui(t). В результате площадь вторичного полезного изображения определяется формулой

S2u(t) k2Su/Ui(t) - k2Su/(Uo + kit), где Su - истинное значение площади измеряемого изображения.

При этом необходимо обеспечить соответствие размеров вторичного изображения и отверстия маски при всех возможных значениях площади полезного изображения. Поэтому

Знаке Зним

. Uo

1м -- К1 т

0

5

0

5

0

5

0

Sm - Знин k2/Uo , (1)

Зиин

где Зиин и Знаке - соответственно минимально и максимально возможные площади полезного изображения;

Sm - площадь отверстия маски.

При этом время анализа Т выбирается минимально возможным, насколько позволяет быстродействие блоков измерителя для обеспечения их нормальной работы. Сформированное блоком 1 вторичное изображение создает световой поток через отверстие в маске 2, который поступает на оптический вход фотоприемника 3.Световой поток на входе фотоприемника 3, а следовательно, и величина электрического сигнала на его выходе определяются отношением площади отверстия в маске 2 к площади вторичного изображения, если последнее больше площади отверстия маски, Если же площадь вторичного изображения меньше площади отверстия в маске 2, то интенсивность светового потока на входе фотоприемника 3 не зависит от размеров вторичного изображения. Следовательно, с учетом фона сигнал на выходе фотоприемника 3 имеет вид (фиг. 26)

U2(t) -/«минщ {IMt)

(2) ,

+ (t),Ui(tu)}. где//ним - среднее число точек фона в области полезного изображения минимально возможной площади;

q - отношение интенсивности полезного изображения к интенсивности фона;

ka - коэффициент пропорциональности.

Здесь под интенсивностью понимается среднее число точек изображения на единицу площади. Как видно из фиг. 26 и формулы 5 (2), сигнал на выходе фотоприемника имеет излом в момент времени tu. Этот момент времени соответствует такому значению масштаба вторичного изображения, когда истинное значение площади вторичного полезного изображения совпадает с площадью Sm отверстия маски 2, т.е. момент времени tu в пренебрежении шумами однозначно связан с истинным значением площади полезного изображения выражением

tu-T .

Омакс - о мин

Сигнал (фиг. 26) с выхода фотоприемника 3 поступает на первый вход делителя 6. На второй вход делителя 6 через усилитель 18 с коэффициентом усиления кз - ka/Uo поступает сигнал с выхода генератора 17. В результате на выходе делителя 6 имеют сигнал (фиг. 2в)

U3(t)U2(t)/k4Ul(t).

Далее сигнал UsW с выхода делителя 6 поступает на вход логарифмического усилителя 7, формирующего сигнал (фиг. 2г) U4(t) - In Us(t).

При этом логарифмический усилитель 7 выполняет роль компрессора (снижает динамический диапазон), когда превышение интенсивности полезного изображения над интенсивностью фона (q 1) велико (сильная контрастность), или роль эспандера (расширителя динамического диапазона сигнала), когда интенсивность полезного изображения значительно меньше интенсивности фона (слабая контрастность) и, соответственно, q « 1. Сигнал LM(t) с выхода логарифмического усилителя 7 поступает на первый вход умножителя 8, на второй вход которого поступает сигнал с выхода фотоприемника 3. Выходное напряжение умножителя 8

U5(t) - U4(t) U2(t)

с точностью до амплитудного множителя изображено на фиг. 2д. Сигнал Us(t) с выхода умножителя 8 поступает на второй вход сумматора 5, на первый вход которого поступает инвертированное в инверторе 4 напряжение с выхода фотоприемника 4. На третий вход сумматора 5 поступает усиленное усилителем 18 напряжение с выхода генератора 17. Таким образом сумматор 5 выполняет сложение сигналов поступающих с умножителя 8, инвертора 4 и усилителя 18. На фиг. 2е с точностью до амплитудного множителя изображен выходной сигнал сумматора 5

Ue(t) U5(t)-U2(t) + k4Ui(t).

Как видно из фиг. 2е, выходной сигнал сумматора 5 имеет максимум в момент времени t4, соответствующий истинному значению измеряемой площади. Этот сигнал с выхода сумматора 5 поступает на вход указателя 13 экстремума, который фиксирует положение наибольшего максимума входного сигнала. В тот момент (t и), когда

выходной сигнал сумматора 5 достигает своего максимального значения, на выходе указателя 13 формируется сигнал, изображенный на фиг. За. Этот сигнал своими пе- редким фронтом запускает формирователь 14 управляющего импульса. В результате формирователь 14 управляющего импульса в момент tu вырабатывает короткий по сравнению с временем анализа Т импульс

(фиг. 36). Этот импульс служит управляющим сигналом для ключей 12 и 15.

На первый вход ключа 15 поступает усиленный усилителем 16 сигнал с выхода генератора 17. Амплитуда сигнала на выходе

генератора 17 изменяется пропорционально изменению масштаба изображения с помощью блока 1. Следовательно, амплитуда этого сигнала на выходе ключа 15 в момент t пропорциональна измеренному значению

площади полезного изображения.

В то же время сигнал с выхода фотоприемника 3 поступает на первый вход сумматора 9. На второй вход сумматора 9 поступает усиленное усилителем 18 и инвертированное в инверторе 19 напряжение с генератора 17. В результате на выходе сумматора 9 получают сигнал (фиг. Зв)

U8(t) U2(t)-MUi(t). Сигнал Ue(t) с выхода сумматора 9 посту

пэет на первый вход делителя 10. На другой вход делителя 10 поступает сигнал с выхода генератора 17. В результате на выходе делителя 10 имеют сигнал U9(t) U8(t)/Ui(t),

с точностью до амплитудного множителя изображенный на фиг. Зг. Этот сигнал имеет постоянное значение в течение времени от нуля до tu. После момента tu сигнал на выходе делителя 10 убывает по гиперболическому закону. Значение сигнала на отрезке времени от нуля до момента tu пропорционально истинному значению интенсивности полезного изображения. Однако реальный сигнал на выходе делителя 10 флуктуирует

за счет статистической природы изображения и фона. Причем дисперсия флуктуации уменьшается с увеличением t. Следовательно, для измерения интенсивности полезного изображения с наименьшей ошибкой

необходимо регистрировать амплитуду сигнала с выхода делителя 10 в момент времени, близкий к tu. С этой целью сигнал с выхода делителя 10 через усилитель 11 с коэффициентом усиления ke подается на

первый вход управляемого ключа 12. Ключ 12 открывается сигналом с выхода формирователя 14 в момент tu. В результате на выходе ключа 12 имеют импульс, амплитуда которого пропорциональна измеренному

значению А интенсивности полезного изображения.

Формула изобретения 1. Измеритель площади оптического изображения, содержащий оптически связанные блок изменения масштаба измеряемого изображения, маску с отверстием, имеющим форму измеряемого изображения, и фотоприемник, указатель экстремума и генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к управляющему входу блока изменения масштаба, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными делителем, первый вход которого электрически связан с выходом фотоприемника, а второй вход электрически связан с генератором, логарифмическим усилителем, умножителем, второй вход которого подключен к выходу фотоприемника, и сумматором, второй вход которого объединен с вторым входом делителя, а выход подключен к входу указателя экстремума, инвертором, включенным между выходом фотоприемника и третьим входом сумматора, и управляемым ключом,

управляющий вход которого электрически связан с выходом указателя экстремума, а информационный вход электрически связан с выходом генератора.

2. Измеритель поп.1,отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения интенсивности изображения, он снабжен последовательно соединенными вторым сумматором, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника, вторым делителем, второй вход которого подключен к выходу генератора, и вторым управляемым ключом, управляющий вход которого связан с выходом указателя экстремума и вторым

инвертором, включенным между выходом генератора и вторым входом второго сумматора.

Изобретение относится к контрольно измерительной технике Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния априорной неопределенности интенсивности изображения и расширение функциональных возможностей за счет измерения интенсивности изображения Измеритель состоит из блока 1 изменения масштаба измеряемого изображения, маски 2 с отверстием, имеющим форму измеряемого изображения фотоприемника 3 указателя 13 экстремума управляемых ключей 12 и 15 и генератора 17 линейно изменяющегося напряжения Масштаб вторичного изображения линейно изменяется по сигналу генератора 17 Максимум сигнала на входе указателя 13 соответствует равенству площадей вторичного изображения и отверстия маски 2 По сигналу от указателя 13 ключи 12 и 15 открываются и на их выходах появляются сигналы, соответствующие оценкам интенсивности и площади измеряемого изображения 1 з п ф-лы, 3 ил ё

г

о W

о Ш

т

Фиг. 2

W

Фиг.З