Стереотелевизионная камера с автоматической фокусировкой Советский патент 1992 года по МПК H04N5/232 H04N13/00 H04N15/00 

Изобретение относится к оптико-телевизионной технике и может быть использовано в фотоэлектронных устройствах для автоматической фокусировки объективов фотокамер, в системах технического зрения роботов.

Известно устройство для автоматической фокусировки, содержащее два формирователя импульсов, каждый из которых подключен к соответствующей передающей телевизионной камере (ПТК). синхрогенера- тор, выход которого подключен к первым входам первой и второй ПТК, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фокусировки, а также блок сравнения, введены последовательно соединенные формирователь стробирующих импульсов и преобразователь длительность импульсов, выход которого через блок сравнения подключен к

входу преобразователя длительность - напряжение, выход которого соединен с входом блока фокусировки, а также одно- вибратор, первый и второй входы которого подключены соответственно к второму выходу первого формирователя импульсов, второй выход которого соединен с первым входом формирователя стробирующих импульсов, причем выход одновибратора соединен с вторым входом блока сравнения, а выход второго формирователя импульсов подключен к второму входу формирователя стробирующих импульсов. Однако это устройство имеет малую разрешающую способность в процессе слежения за объектами, а также недостаточную точность фокусировки ПТК.

Наиболее близким является устройство, содержащее два формирователя импульсов, каждый из которых подключен к соответстvi

2

СЛ

Jb

00

вующей ПТК, синхрогенератор, выход которого подключен к первым входам первой и второй ПТК, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фокусировки, а также блок сравнения (Купер Л.К,, Фулкерсон Л.К. Линейная И.С. для автоматической фокусировки камер. - Электроника, 1978, т.51, № 9 (536), с.54-60.

Однако это устройство имеет сложную систему фокусировки и механическую систему совмещения изображений, не обеспечивающие высокой точности фокусировки в том случае, если в попе зрения ПТК попадает несколько объектов.

Целью изобретения является повышение точности фокусировки,

Цель достигается тем, что стереотелевизионная камера с автоматической фокусировкой, содержащая синхрогенератор, выход которого подключен к первым входам ведомой и ведущей ПТК, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока фокусировки, а также блок сравнения, введены задающий генератор, четвертый вход которого подключен к входу синхрогенератора, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, а второй и третий входы соединены соответственно с выходами ведомой и ведущей ПТК, адресный счетчик, второй вход которого подключен к второму выходу задающего генератора, блок управления, первый вход которого подключен к выходу синхрогенератора, второй вход которого соединен с третьим выходом задающего генератора, а третий и четвертый входы подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя импульсов, первый выход блока управления соединен с третьим входом адресного счетчика, четвертый выход блока управления соединен с входом задающего генератора и первым входом адресного счетчика, оперативный блок памяти, первый групповой вход которого подключен к второму групповому выходу адресного счетчика, второй групповой вход которого соединен с вторым групповым выходом блока управления, третий вход которого соединен-с четвертым выходом блока управления, а групповой выход - с первым входом блока сравнения, блок памяти, первый вход которого подключен к третьему выходу адресного счетчика, второй групповой вход которого соединен с третьим групповым выходом блока управления, а групповой выход - с вторым входом блока сравнения, формирователь кода, первый вход которого соединен с первым выходом адресного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, третий вход которого соединен с выходом блока

сравнения, четвертый вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, преобразователь код-напряжения, групповой вход которого подключен к выходу формирователя кода, а выход соединен с

0 входом блока фокусировки.

На фиг.1 представлена схема предложенного устройства; на фиг.2 - схема формирователя импульсов; на фиг.З - схема задающего генератора; на фиг,4 - схема

5 блока управления; на фиг.5 и 6 представлены диаграммы работы блока управления.

Стереотелевизионная камера с автоматической фокусировкой содержит ведомую ПТК 1, синхрогенератор 2, блок 3 фокуси0 ровки, ведущую ПТК 4, формирователь 5 импульсов, задающий генератор 6, адресный счетчик 7, блок 8 управления, оперативный блок 9 памяти, блок 10 памяти, блок 11 сравнения, преобразователь 12 код - напряже5 ние, а также формирователь 13 кода.

Устройство работает следующим образом.

ПТК - ведомую 1 и ведущую 4 располагают друг от друга на определенном рассто0 янии В (база) так, чтобы оптические оси их объективов были параллельны, но при этом достигался некоторый линейный параллакс. При этом видеосигналы, выработанные ПТК, развертки электронных лучей которых

5 строго синхронны, смещены во времени, Чем ближе объект, на который производят фокусировку, тем больше смещение между его правым и левым изображениями, согласно формулам

0

, р Bf К Г

где V - скорость развертки электронных лу- 5 чей;

Р - линейный параллакс; В - база;

f - расстояние от оптического центра до фотомишени, на которое проецируется изо- 0 бражение;

I - расстояние до фокусируемого объекта.

При этом видеосигнал от левого изображения объекта отстает во времени на гот 5 видеосигнала, соответствующего правому изображению.

Первоначально производится сброс адресного счетчика 7, блока 8 управления, блока 10 памяти, формирователя 13 кода. Задающий генератор 6 параллельно вырабатывает синхроимпульсы с частотой 40,10, 2,5 МГц и 20 КГц, Синхроимпульсы с частотой 20 КГц с четвертого его выхода поступют на вход синхрогенератора 2, который синхронизирует строчные развертки ПТК, где преобразуются в строчные импульсы развертки ПТК. Синхроимпульсы строчной развертки (СР) поступают с выхода синхрогенератора 2 на первый вход блока 8 управ- ления, и на его четвертом выходе устанавливается уровень Лог.1 с передним фронтом первого строчного импульса СР, который поступает на вход задающего генератора 6, первый вход адресного счетчика 7, третий вход оперативного блока 9 памяти и четвертый вход формирователя 13 кода. Вследствие этого с первого выхода задающего генератора 6 на первый вход формирователя 5 импульсов и на второй вход преобразователя 13 кода постоянно поступают синхроимпульсы с частотой 10 МГц, с второго выхода задающего генератора 6 на второй вход адресного счетчика 7 поступают синхроимпульсы с частотой 2,5 МГц, а с третьего выхода задающего гене- ратора 6 на второй вход блока 8 управления поступают синхроимпульсы с частотой 10 МГц. Оперативный блок 9 памяти устанавливается в режим записи, а формирователь 13 кода остается в режиме сброса (установ- ки нуля), адресный счетчик 7 начинает счет. Видеосигналы с ведомой ПТК 1 и ведущей ПТК 4 поступают раздельно на второй и третий входы соответственно формирователя 5 импульсов, который также раздельно, но синхронно дискретизирует сигналы от каждой ПТК с частотой 10 МГц, которые с первого и второго его выходов поступают соответственно через третий и четвертый входы блока 8 управления на его второй и третий групповые выходы, последовательно распределяясь раздельно на группы по четыре потока в каждый. Четыре потока диск- ретизированных сигналов ведомой ПТК 1, отсчетов с второго группового выхода блока 8 управления поступают на второй групповой вход оперативного блока 9 памяти через третью группу, где в одном элементе памяти запоминаются отсчеты одного из четырех потоков. Функционально (и конструктивно) оперативный блок 9 памяти разделен на четыре части, каждая из которых запоминает 512 отсчетов строки изображения. Запись отсчетов в каждую часть осуществляется отдельно в активной части строчного импульса по каждой строке изображения; в первую часть - запись первой строки, во вторую - запись второй строки, в третью и четвертую - соответственно запись третьей и четвертой строк. Адресация

оперативного блока 9 памяти осуществляется через адресный счетчик 7 с второго его группового выхода через первый групповой вход оперативного блока 9 памяти. За один адрес происходит раздельно запись четырех отсчетов строки изображения в четыре соответствующих элемента памяти, в одну часть оперативного блока 9 памяти, а одна строка изображения записывается 128 адресов, причем с записью новой строки адресация повторяется. Сброс адресного счетчика 7 по окончании записи каждой строки изображения осуществляется всякий раз по заднему фронту строчного импульса СР через его третий вход с первого выхода блока 8 управления. Синхроимпульсы, управляющие раздельно записью каждой строки изображения, состоят из четырех потоков. Синхроимпульсы с Первой группы выходов, синхронизированные импульсами СР, которые поступают с выхода синхрогенератора 2 на первый вход блока 8 управления, приходят через его второй групповой выход на второй групповой вход оперативного блока 9 памяти, Эти синхроимпульсы управляют записью поочередно каждой строки изображения в элементы памяти соответствующей части оперативного блока 9 памяти.

Управляющие синхроимпульсы второй группы выходов, состоящие из четырех потоков, поступают также через второй групповой выход блока 8 управления на второй групповой вход оперативного блока 9 памяти. Они управляют, поочередно и раздельно, записью каждых четырех отсчетов из 512 строки изображения в каждые четыре элемента памяти каждой части оперативного блока 9 памяти, синхронизированными импульсами задающего генератора 6 частотой 10 МГц, которые поступают с третьего его выхода на второй вход блока 8 управления, В процессе адресации, в момент записи отсчетов, по достижении адреса, соответствующего цифровому коду 64, в блок 10 памяти поступает через первый его вход управляющий импульс с третьего выхода адресного счетчика 7, разрешающий запись четырех отсчетов каждой первой - четвертой строки изображения ведущей ПТК 4.

Функционально (и конструктивно) блок 10 памяти разделен на четыре части, каждая из которых раздельно запоминает четыре отсчета строки изображения Четыре потока отсчетов ведущей ПТК 4 первой группы с третьего группового выхода блока 8 управления через второй групповой Гтлока 10 памяти раздельно поступают in информационные входы каждых четырех ментов памяти (D-триггеров) парал мм i часечасти. Элементы памяти запоминают по одному отсчету. Синхроимпульсы, управляющие процессом записи раздельно каждой строки изображения в элементы памяти, каждой части оперативного блока 9 памяти, управляют и записью четырех отсчетов каждой строки изображения раздельно в триггер- ные элементы памяти, в одну из четырех частей блока 10 памяти, и поступают на их разрешающие входы через второй групповой вход блока 10 памяти с третьего группового выхода блока 8 управления (вторая группа выходов). Таким образом, в блоке 10 памяти запоминаются четыре отсчета каждой первой-четвертой строки изображения за один адрес, соответствующий цифровому коду 64. Тем самым формируется микрополе изображения. С задним фронтом четвертого строчного импульса СР на втором входе блока 8 управления на его четвертом выходе устанавливается уровень лог.О, вследствие чего с второго выхода задающего генератор 6 на второй вход адресного счетчика 7 поступают синхроимпульсы с частотой 10 МГц, с третьего выхода задающего генератора 6, подключенного к второму входу блока 8 управления, поступают синхроимпульсы с частотой 40 МГц, оперативный блок 9 памяти устанавливается в режим считывания информации, формирователь 13 кода устанавливается в режим счета, на первой группе выходов второго группового выхода блока управления - уровень лог.0. Отсчеты считываются до прихода следующего строчного импульса СР (по переднему фронту импульса). Таким образом, надежность работы устройства, а значит и фокусировки ПТК, достигается синхронизацией работы всех блоков устройства в каждый момент времени. С группового выхода оперативного блока 9 памяти по шестнадцати каналам считываются одновременно за один адрес с каждого элемента памяти всех частей по одному отсчету ведомой ПТК 1 з блок 11 сравнения через первый его групповой вход. Вся информация считывается за 128 адресов с частотой 10 МГц. Состояние триггеров блока 10 памяти в момент считывания не меняются. На групповом выходе блока 10 памяти на шестнадцати каналах установлены отсчеты ведущей ПТК 4, который подключен к второму групповому входу блока 11 сравнения. В блоке 11 сравнения происходит сравнение каждого однозначно расположенного отсчета строки изображения ведомой ПТК 1, записанного в элементе памяти части оперативного блока 9 памяти с определенным адресом, с также однозначно расположенным отсчетом строки изображения ведущей

ПТК 4, записанным в триггерном элементе части блока 10 памяти по уровню. Если шестнадцать отсчетов четырех строк изображения ведомой ПТК 1 не совпадают с

шестнадцатью отсчетами строк изображения ведущей ПТК 4, на выходе блока 11 сравнения, который подключен к третьему входу формирователя 13 кода, формируется уровень лог.О, и формирователь 13 кода

0 работает в режиме увеличения счета в пря- мом коде и выдает с его группового выхода на вход преобразователя 12 код - напряжение, семиразрядные кодовые слова. Таким образом, формирователь 13 кода отсчитыва5 ет число несовпавших шестнадцати отсчетов ведомой ПТК 1 с шестнадцатью отсчетами ведущей ПТК 4. Если до адресного кода 64 совпадения не произошло, семиразрядные кодовые слова на выходе

0 формирователя 13 кода преобразуются из уровней ЭСЛ в ТТЛ, а счетчики формирователя кода реверсируются. При совпадении на выходе блока 11 сравнения устанавливается уровень лог.1, вследствие чего фор5 мирователь 13 кода останавливает счет и фиксирует код на групповом выходе. Семиразрядное кодовое слово несет информацию о величине перемещения каретки ПТК, а его полярность - логический уровень о

0 направлении перемещения. Напряжение, соответствующее коду с выхода преобразователя 12 код - напряжение, поступает в блок 3 фокусировки, который, в свою очередь, перемещает каретку в нужном направ5 лении. Процесс фокусировки прекращается, когда при очередном процессе считывания информации все однозначные уровни отсчетов равны. Информация в преобразователь 12 код - напряжение поступает периодиче0 ски после прохождения каждого четвертого строчного импульса СР (активной его части) по заднему фронту и до прихода следующего строчного импульса СР по его переднему фронту.

5 Формирователь 5 импульсов состоит из двух аналогичных устройств: импульсного модулятора А, эмиттерного повторителя В, линии задержки С, усилителя D, детектора Е, формирователя импульсов и схемы совпа0 дения G (фиг.2). Сигналы с частотой 10 МГц поступают с первого выхода задающего генератора 6 на первые входа модуляторов А устройств (первый вход формирователя 5 импульсов). На второй и третий входы блока

5 5 (вторые входа импульсных модуляторов А устоойств) поступают видеосигналы в аналоговой форме с соответствующих ПТК, Рассмотрим процессы в одном из устройств блока 5. Несущая частота 10 МГц лежит в поле пропускания линии задержки. Несущая частота поступает на первый вход модулятора А, а на второй вход поступают предварительно преобразованный в одно- полярные импульсы видеосигнал. В качестве модулятора используется логическая схема И, составленная из элементов ИЛИ ЭСЛ логики. На выходе модулятора имеются импульсы, заполненные несущей частотой, длительность импульсов зависит от размера изображения, пересекаемого в данный момент строкой развертки. Эти импульсы через эмиттерный повторитель В поступают на вход линии задержки С. Данная линия задержки вносит затухания сигнала порядка 14 дБ , поэтому после нее стоит fусилитель D.

Усиленный сигнал поступает на детектор Е в связи с тем, что при прохождении сигнала через элементы канала задержки форма импульса может искажаться, после детектора стоит „формирователь импульсов F, представляющий из себя транзисторный ключ. Таким образом, на схему совпадения G поступают одновременно два сигнала: импульс, задержанный на 64 мкс, т.е. инфор- мация с предыдущей строки, и импульс незадержанный, т.е. информация с текущей строки. Таким образом, с выхода схемы совпадения (с первого и второго выходов блока 5) дискретизированные по уровню видео- сигналы поступают на третий и четвертый входы соответственно блока 8 управления (фиг.1).

Задающий генератор 6 состоит из последовательно соединенных собственно ге- нератора А, делителя В частоты на четыре, делителя С частоты на четыре, делителя частоты на 125D, и параллельно подсоединенного к ним логического коммутатора Е (фиг.З). Синхроимпульсы с частотой 40 МГц с выхода генератора А поступают на вход делителя В частоты на четыре и третий вход логического коммутатора Е. Синхроимпульсы с частотой 10 МГц с выхода делителя В частоты на четыре поступают на первый вы- ход задающего генератора 6, вход делителя С частоты на четыре, а также на второй вход логического коммутатора Е. Синхроимпульсы с частотой 2,5 МГц с выхода делителя С частоты на четыре поступают на первый вход логического коммутатора Е. Синхроимпульсы с частотой 20 КГц поступают на четвертый выход задающего генератора 6. Первый вход задающего генератора 6 подключен к четвертому входу логического ком- мутатора Е. первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему выходам соответственно задающего генератора 6. Логический коммутатор Е подключает свой первый и второй выходы

соответственно к первому и второму своим входам при поступлении на его четвертый вход, первый вход задающего генератора 6, уровня лог.1, и подключает к аналогичным своим выходам второй и третий соответственно входы при поступлении на его четвертый вход уровня лог.иО.

Блок 8 управления состоит из следующих элементов: инвертора А, вход которого подключен к первому входу блока 8 управления, где эти входы также подключены к первому выходу блока 8 управления, делителя В частоты на четыре, вход которого подключен к первому входу блока 8 управления, а его выход подключен к четвертому выходу блока 8 управления, кольцевого D- триггера С, вход которого подключен к выходу инвертора А, кольцевого D-триггера D, вход которого подключен к второму входу блока 8 управления, групповой выход которого (вторая группа выходов) подключен к второму групповому выходу блока 8 управления, логического коммутатора Е, первый вход которого подключен к выходу делителя В частоты на четыре, второй вход которого подключен к выходу инвертора А, третий групповой выход которого подключен к групповому выходу кольцевого D-триггера С, групповой выход которого (первая группа выходов) подключен к второму групповому выходу блока 8 управления и третьему групповому выходу (вторая группа выходов) блока 8 управления, логического коммутатора F, первый групповой вход которого подключен к групповому выходу кольцевого D-триггера D, второй вход которого подключен к третьему входу блока 8 управления, групповой выход которого, третья группа выходов, подключен также к второму групповому выходу блока 8 управления, логического коммутатора F, первый групповой вход которого подключен к групповому выходу кольцевого D-триггера D, второй вход которого подключен к четвертому входу блока 8 управления, групповой выход которого, первая группа выходов, подключен к третьему групповому выходу блока 8 управления (фиг.4).

Строчные импульсы СР длительностью Гетр имп. через первый вход блока 8 управления поступают на вход инвертора А (фиг. 5,а), а также на вход делителя В частоты на четыре. Инвертированные строчные импульсы СР (фиг.5, б) с выхода инвертора А поступают на вход кольцевого D-триггера С который осуществляет переброс уровня лог.0 по своим четырем каналам последовательно за четыре такта (фиг,5, г-ж) из фупповом выходе, а также подступают нл второй вход логического коммутатора Е На делителя В частоты на четыре на время хода четырех строчных импульсов СР устанавливается уровень лог.1 (фиг.5, в), который поступает на четвертый выход блока 8 управления, первый вход логического коммутатора Е. Логический коммутатора Е, состоящий из четырех элементов ИЛИ, каждый на один канал его группового третьего входа, складывает уровни каждого канала раздельно с уровнями его первого и второго вводом. На групповом выходе логического коммутатора Е по четырем его каналам имеем синхроимпульсы, которые поступают с группового выхода кольцевого D-триггера С, управляющие записью каждой строки изображения в соответствующие части элементов памяти оперативного блока 9 памяти и блока 10 памяти за активную часть строчного импульса СР длительностью Такт., которые поступают на второй групповой выход (первая группа выходов) и на тре- тий групповой выход (вторая группа выходов) блока 8 управления (фиг.5,з-л). По заднему фронту активной части четвертого строчного импульса СР на выходе делителя В частоты на четыре устанавливается уровень лог.0, режим считывания (фиг,5, в), вследствие чего на групповом выходе логического коммутатора Е устанавливается уровень лог.0 (фиг.5, з-л). Через второй вход блока 8 управления на вход кольцевого D-триггера D поступают синхроимпульсы с -частотой 10 МГц (фиг.6, а). Работа кольцевого D-триггера D аналогична работе кольцевого D-триггера С (фиг.6, б-д). С группового выхода кольцевого D-триггера D синхроимпульсы поступают на первые групповые входы логических коммутаторов F и G, которые управляют процессом прохождения отсчетов строк изображения по одному из каналов групповых выходов логических коммутаторов F и G, а также на второй групповой выход блока 8 управления (вторая группа выходов) (фиг.6, е-и). Через третий и четвертый выходы блока 8 управления на вторые входы соответственно логических коммутаторов F и G поступают отсчеты соответственно от ведомой ПТК 1 и ведущей ПТК 4. С группового выхода логического коммутатора F по четырем каналам (третья группа выходов) отсчеты ведомой ПТК 1 поступают также на второй групповой выход блока 8 управления. С группового выхода логического коммутатора G по четырем каналам (первая группа выходов) отчеты ведущей ПТК 4 поступают на третий групповой выход блока 8 управления. В момент считывания кольцевой D-триггер работает под управлением с частотой уже в 40 МГц. Изменение положения в пространстве по

глубине, на которой сфокусированы объективы ПТК, вызывает изменение адресного положения идентичных шестнадцати отсчетов четырех строк изображений ведомой

ПТК 1 относительно центральных шестнадцати отсчетов четырех строк изображений ведущей ПТК 4, записанных в блоке 10 памяти, при их сравнении по уровню в блоке 11 сравнения, в процессе считывания их с

группового выхода оперативного блока 9 памяти, в результате чего на групповом выходе формирователя 13 кода формируется семиразрядное адресное слово (адресный код), который после преобразования в напряжение в преобразователе 12 код - напряжение поступает на обработку и определяет направление и величину перемещения кареток с передающими телевизионными трубками. Этим и достигается

повышение точности и разрешающей способности фокусировки при попадании в поле зрения ПТК нескольких объектов.

Формула изобретения

Стереотелевизионная камера с автоматической фокусировкой, содержащая первую и вторую телевизионные камеры, синхронизатор, выход которого соединен с входами синхронизации первой и второй телевизионных.камер, блок фокусировки, первый и второй выходы которого соединены с входами управления фокусировкой соответственно первой и второй телевизионных камер, и блок сравнения, отличающаяся

тем, что, с целью повышения точности фокусировки, введены задающий генератор, формирователь импульсов, адресный счетчик, блок оперативной памяти, блок постоянной памяти, формирователь кода,

. преобразователь код - напряжение и блок управления, при этом первый выход задающего генератора соединен с первым входом формирователя импульсов, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно первой и второй телевизионных камер, и с первым входом формирователя кода, второй выход соединен с первым входом адресного счетчика, первый выход которого соединен с

вторым входом формирователя, второй выход соединен с первым входом блока оперативной памяти, а третий выход - с первым входом блока постоянной памяти, выходы блока оперативной памяти и блока

постоянной памяти соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом формирователя кода, выход которого через преобразователь код - напряжение соединен с входом блока фазирования, выход синхронизатора соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с третьим входом синхрогенератора, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователями импульсов, первый выход блока управления соединен с вторым входом адресного счетчика, второй выход-с вторым входом блока оперативной памяти, третий - с вторым входом блока постоянной памяти, а четвертый выход - с третьим входом блока оперативной памяти, с четвертым входом формирователя кода, с входом задающего генератора и с третьим входом адресного счетчика.

Изобретение относится к стереотелевидению и может быть использовано в системах технического зрения в условиях, когда размер регистрируемых объектов соизмерим с размерами растра телевизионных камер по вертикали. Цель изобретения - повышение точности. В устройстве формируются сигналы управления фокусировкой первой и второй телевизионных камер на основе анализа величины параллакса при наблюдении объекта двумя телевизионными камерами, оптические оси объективов которых параллельны. При этом определяется временная задержка видеосигнала одной телевизионной камеры относительно видеосигнала другой. Определение величины параллакса производится в центре каждой строки телевизионной развертки. 1 ил.

г

-,-,Й

г

п

срыг. 2

Фиг

5

i

1

/

У

Фиг.3

Щиг4