Оптоэлектронное устройство Советский патент 1992 года по МПК H04N7/18 

(Л

С

Изобретение относится к телевизионным системам контроля и слежения, в частности к устройствам выделения подвижных объектов, находящихся в поле зрения устройства. Целью изобретения является повы- шение быстродействия устройства. Устройство содержит объектив и фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости объектива и включающий в себя две идентичные матрицы светочувствительных элементов, объединенных в линейки межэлементной зарядовой связью, два регистра 5, 6 и включенные между ними линии задержки. Новым в устройстве является введение блока сравнения и выбор времени задержки каждой линии задержки таким, чтобы при сравнении сигналов с первой и второй матриц компенсировались геометрические искажения, вносимые дисторсией объектива. Такое техническое решение обеспечивает работоспособность устройства без увеличения пространственного порога выделения подвижных объектов и тем самым повышает его быстродействие. 2 ил.

Изобретение относится к телевизионным системам контроля и слежения, в частности, к устройствам выделения подвижных объектов, находящихся в поле зрения устройства.

Известно оптоэлектронное устройство, содержащее объектив и фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости объектива и включающий в себя матрицы светочувствительных элементов, объединенных в линейки межэлементной зарядовой связью.

Известен фотоприемник движущегося изображения, содержащий матрицу светочувствительных элементов, объединенных в линейки межэлементной зарядовой связью, генератор тактовых импульсов, подключенный к матрице, датчик скорости движения изображения, подключенный к генератору

тактовых импульсов. В фотоприемнике обеспечивается синхронизация движения изображения и зарядовых пакетов в матрице.

Известен также фотоприемник движущихся изображений, содержащий первую и вторую матрицы, первый и второй регистры, инвертор, подключенный к выходу первой матрицы, линию задержки, соединенную с выходом инвертора, генератор тактовых импульсов, подключенный к матрицам и линии задержки, датчик скорости движения изображения, соединенный с генератором. Считанные с первой матрицы сигналы инвертируются, задерживаются и вводятся во вторую матрицу, В результате сигналы от объектов, неподвижных относительно фона, взаимно уничтожаются. Сигналы от объектов, подвижных относительно фона, оказы,Х|

О О О

Јь

ваются смещенными друг относительно друга и проходят на выход фотоприемника.

Использование известного фотоприемника совместно со светосильным широкоугольным объективом приводит к увеличению поля зрения и позволяет контролировать поля увеличенных размеров. Однако светосидльные широкоугольные объективы, как правило, обладают повышенными геометрическими искажениями из-за дисторсии, которая растет пропорционально tg со3 , где со- угол наклона светового пучка к оптической оси объектива. Повышенная дисторсия приводит к тому, что движение изображения объекта через матрицы происходит по траектории, отличной от прямолинейной и с переменной скоростью, не совпадающей со скоростью движения зарядовых пакетов в матрицах. Движение изображения объекта, неподвиж- ного по отношению к фону, приобретает те же свойства, что и движение изображения объекта, подвижного относительно фона. В результате объект выделяется как подвижный, т.е. происходит сложное срабатыва- ние. Снижение количества ложных срабатываний возможно за счет увеличения пространственного порога 6 см, на который должен сместиться подвижный объект. Такой подход требует увеличения времени, в течение которого объект находится в поле зрения устройства (уменьшения скорости основания), а это, в свою очередь, ухудшает быстродействие.

Целью изобретения является увеличе- ние быстродействия.

Цель достигается тем, что, устройство, содержащее первую и вторую матрицы светочувствительных элементов, элементы матриц объединены в линейки межэлемент- ной зарядовой связью, первый регистр, вход которого подключен к выходу первой матрицы, второй регистр, линии задержки, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко входам матриц и линий задержки, датчик скорости движения изображения, подключенный к управляющему входу генератора тактовых импульсов, введен блок сравнения, выходы которого подключены соответственно ко второму регистру и выходу второй матрицы, а линии задержки включены между одноименными элементами регистров.

На фиг. 1 представлена структурная схема оптоэлектронного устройства; на фиг, 2 изображены дисторсионные искажения объектива.

Оптоэлектронное устройство содержит объектив (на чертеже не показан), формиру

0 5

0

5

0

ющий оптическое изображение в пределах круглого линейного поля 1 зрения диаметром D. В фокальной плоскости объектива в пределах поля зрения расположены первая матрица 2 и вторая матрица 3 светочувствительных элементов, объединенных в линейки межэлементной зарядовой связью. Каждая матрица содержит п линеек по m элементов в линейке. Выход первой матрицы соединен с первым регистром 4. Между первым регистром и вторым регистром 5 включены п линий 6 ...6П задержки. Выходы второго регистра 5 и второй матрицы 3 подключены к двум входам блока 7 сравнения. Такой блок может быть реализован, например, в виде последовательно соединенных сумматора и пороговой схемы, причем сигнал на первый вход сумматора подается непосредственно, а на второй - через инвертор. Управляющие входы матриц 2, 3 и.линий 6 ...6П задержки соединены с генератором 8 тактовых импульсов, который, в свою очередь, подключен к датчику 9 скорости движения изображения.

Матрицы 2 и 3 являются идентичными, имеют размеры lx x ly (mxn элементов) и размещены таким образом, что расстояние между выходными элементами матриц (расстояние, которое обеспечивает смещение изображения подвижного объекта относительно фона на величину б см) составляет I см. При этом матрицы отстоят от центра О линейного поля зрения на расстояние L. Кроме линеек светочувствительных элементов, расположенных параллельно направлению движения изображения, каждая из матриц содержит также обрамляющую электронику (на чертеже не показана), включающую в себя генераторы, формирователи уровней, усилители и другие элементы, обеспечивающие работу матриц.

На фиг. 2 схематически изображены дисторсионные искажения объектива. Здесь обозначаноя: 10 - изображение квадрата, формируемое идеальным объективом; 11 - изображение квадрата, формируемое реальным объективом с положительной дис- торсией (подушкообразные искажения), 12 - изображение квадрата, формируемое реальным объективом с отрицательной дис- торсией (бочкообразные искажения). Символом Д обозначены дисторционные искажения. При этом первый нижний индекс обозначает номер матрицы, первый верхний индекс обозначает номер линейки (1-я, n/4-я и n/2-я), индексы вх и вых обозначают входной (1-й) и выходной (гл-й) элементы линейки, индексы х и у обозначают соответствующие составляющие дистор- сионных искажений.

Оптоэлектронное устройство работает следующим образом.

Контролируемое поле, содержащее подвижные и неподвижные объекты, при помощи объектива проектируется на матрицы 2, 3. Вследствие движения основания, на котором расположено устройство, проектируемое изображение является движущимся. Величина и направление движения основания предполагаются неизменными.

При попадании изображения объекта на светочувствительный элемент в нем под действием света формируется зарядовый пакет. За счет манипуляции напряжениями обеспечивается перетекание зарядовых пакетов из элемента в элемент вдоль линейки. Скорость движения пакетов задается тактовыми импульсами с генератора 8, управляемого сигналами датчика 9. Управление осуществляется таким образом, чтобы зарядовые пакеты двигались вдоль линеек со скоростью, равной скорости движения изображения /из. За время движения зарядовых пакетов вдоль линеек матриц происходит накопление зарядов, пропорциональных освещенности соответствующих участков изображения. Сигналы, считанные с матрицы 2 через регистр 4 поступает в линии б1...6 задержки.

Задержанные сигналы с матрицы 2 через регистр 5, а также сигналы непосредственно с выхода матрицы 3 поступают в блок 7, где сравниваются друг с другом. Сигналы от объекта, не изменившего свое положение относительно фона, взаимно уничтожаются. Сигналы от объекта, положение которого относительно фона изменилось на величину б см за время перемещения изображения на расстояние I см, т.е. сигналы на входе блока 7, разнесенные на некоторый временной интервал, проходят на его выход и таким образом объект выделяется как подвижный.

Наличие дисторсионных искажений, как было указано выше, требует увеличения пространственного порога 5см, что влечет за собой уменьшение скорости Уиз, и, как следствие, ухудшения быстродействия. В устройстве за счет введения линий б1...6 задержки, имеющих различные времена задержек, уменьшается потребное значение см и повышается быстродействие. Выбор времени задержки конкретной линии заключается в следующем.

Исходя из конструктивных характеристик и используя треугольники, изображенные на фиг. 2, определяется линейный радиус RIJ, на котором расположен j-й светочувствительный элемент i-й линейки (1 п, 1 J m)

RIJ- Vxij 2 + yij 2 ,

где xi, yij - катеты соответствующих треугольников, вычисляемые по формулам xij L + Ix - Лэл для первой матрицы Xjj L + эл для второй матрицы

УЦ

эл при i п/2

У U I

ЭЛ

при i n/2

где 1Эл - размер светочувствительного эле- 15 мента.

Значение дисторсии в месте расположения j-ro элемента i-й линейки

Д« Kg tg arctg ( Kg ф3 ,

где Кд - коэффициент дисторсии. Составляющие дисторсии

V A JX|

Составляющие дисторсии А/ в месте расположения выходных элементов первой

и второй матриц (Д, С3 ) и соответственно) имеют одинаковые знаки и примерно равны по величине. Они практически не влияют на работу устройства, т.к. не создают видимости смещения неподвижных объектов относительно фона.

Составляющие дисторсии A lj в месте расположения выходных элементов первой

и второй матриц (Aix |(ЕЬК и Дгх соответственно) имеют противоположные знаки и создают видимость смещения неподвижных объектов относительно фона. Учет значений Aix () и Дгх ( при выборе времен задержек линий 6 ...бп исключает это вредное влияние.

Время задержки i-й линии задержки при положительной дисторсии объектива

равно

Ti ICM - (Д1Х () + Д2Х ())

/

VH3

при отрицательной дисторсии объектива т ICM + (Д1Х () + As ())

VM3

Такой выбор времен задержек даже при наличии значительных дисторсионных иска- жений приводит к тому, что сигналы от объектов, неподвижных относительно фона, поступают одновременно на вход блока 7 и взаимно уничтожаются, а сигналы от подвижных объектов проходят на выход блока 7.

Формула изобретения Оптоэлектронное устройство, содержащее первую и вторую матрицы светочувствительных элементов, элементы матриц объединены в линейки межэлементной зарядной связью, первый регистр, вход которого подключен к выходу первой матрицы, второй регистр, линии задержки, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу матриц и линий задержки,

1х

Истребление

ЗЗихения

uiO$pe#eHJ

0

датчик скорости движения изображения, выходом подключенный к управляющему входу генератора тактовых импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, введен блок сравнения, выходы которого подключены соответственно к второму регистру и выходу второй матрицы, а линии задержки включены между одноименными элементами регистров.

fx

Риг. 1

.Kb) .i(t) Jtfvu

/уг, 2

tfft) X wd 1(&«) Д P &гу Л г

. 1 (7мг)

-4гх

flfy йТ)

A 2

Л I

№) .iis.Jvti && I г -И-f i