Способ измерения координат центра тяжести изображения и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к технике телевидения и может использоваться для определения энергетического центра тяжести светового импульсного изображения.

Цель изобретения - сокращение времени измерения координат центра тяжести.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства измерения координат центра тяжести изображения; на фиг. 2 - блок управления; на фиг. 3 - формирователь строба; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство измерения координат центра тяжести (фиг. 1) содержит телевизионную камеру 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2. сумматор 3, регистр 4 хранения кодов, блок 5 памяти, блок 6 памяти, перемножитель 7, блок 8 накопления, блок 9 накопления, синхрогенератор 10, блок 11 управления, блок 12 накопления, делитель 13 кодов, регистр 14 хранения кодов, регистр 15 хранения кодов. Блок 11 управления (фиг. 2) содержит элемент И 16, одновибратор 17, элемент ИЛИ 18, триггер 19, инвертор 20, элемент И 21, элемент И 22, элемент И 23, блок 24 задержки, счетчик 25, блок 26 задержки, элемент ИЛИ 27, элемент

И 28, элемент И 29, элемент ИЛИ 30, счетчик 31, одновибратор 32, элемент И 33, делитель 34, блок задержки, формирователь 36, элемент И 37, элемент ИЛИ 38, элемент И 39, блок 40 задержки, элемент ИЛИ 41, блок 42 задержки, инвертор 43, одновибратор 44. триггер 45, формирователь 46 строба, формирователь 46 строба (фиг. 3), содержит одновибратор 47, инвертор 48, инвертор 49, одновибратрр 50, счетчики 51, 52, 53, 54, одновибраторы 55, 56, 57, 58, триггер 59, счетчик 6.0, элемент И 61, элемент И 62, элемент И 63, элемент И 64.

Способ измерения координат центра тяжести изображения осуществляется следующим образом. Первоначально исходное оптическое изображение преобразуется в стандартный телевизионный растровый видеосигнал. Затем, после равномерной дискретизации каждой строки растра и квантования амплитуд отсчетов дискретизации, производится определение координат по формулам:

СЛ

С

00

о о

4

fr

со

V -.-т

I k

2, uik

i k

Y

St ZUikj

- ь...

i1 Uik

kI

где X и Y - горизонтальная и вертикальная координаты центра тяжести; Uik - амплитуда отсчетов дискретизации; I - порядковый номер отсчета вдоль строки растра; k - номер строки растра.

Последовательность выполнения операция вычисления координат по этим формулам следующая. Во время формирования видеосигнала производится суммирование амплитуд отсчетов по двум взаимно перпендикулярным направлениям растра: по каждой строке k по каждому номеру I согласно формулам:

Uk У) Uik (1), Ui - |)Jik

(2)

Значения Uk запоминаются во время обратного хода строки в ячейке памяти под соответствующим номером k, а значения Ui постепенно накапливаются в ячейках, памя- и под соответствующим номером i и окончательно запоминаются по окончании прямого хода кадровой развертки,

В результате проведенного суммирования образуются два дискретизированных видеосигнала, отсчеты которого хранятся в ячейках памяти, общее количество которых составляет сумму k + i. Если разрядность квантования равна т,, то полная разрядность каждой ячейки памяти определяется при максимальном значении k I

п m + logi k

Следующей операцией способа, производимой во время обратного хода кадровой развертки, является вычисление координат центров тяжести этих двух видеосигналов по формулам:

X

Y

Ј Ui/ЈU,(3) (4)

Координату X определяют путем последовательного умножения результатов суммирования Ui: на соответствующее значение числа I с последующим накоплением результатов умножения. Одновременно с этим процессом производится второе по счету накопление значений Ui для получения суммарной амплитуды всех отсчетов дискретизации растра. Последней операцией способа является деление результатов накопления согласно формуле (3).

Определение координаты Y производится аналогично, за исключением того, что накапливаются результаты умножения Uk на соответствующий номер k строки. Вычисление координат по формулам (3) и (4) может производиться как последовательно, так и параллельно. В последнем случае в два раза

сокращается используемое время обратного хода кадровой развертки.

Устройство измерения координат центра тяжести изображения работает следующим образом.

Входное изображение проецируется на фоточувствительную поверхность преобразователя свет-сигнал телевизионной камеры 1, Сигнал изображения с выхода камеры

0 поступает на сигнальный вход АЦП 2, на управляющий вход которого поступают с синхрогенератора 10 тактовые импульсы для отсчетов видеосигнала растра (фиг. 4, б). Управление работой камеры 1 осуществля5 ется синхрогенератором 10,

Коды отсчетов АЦП 2 во время прямого хода кадровой развертки подвергаются одновременно двум операциям суммирования, которые соответствуют вычислениям

0 по формулам (1) и (2) способа. Результаты первого суммирования (1) поступают по окончании прямого хода очередной строки с выхода блока 9 накопления в ячейку блока 6, номер которой соответствует номеру k

5 этой строки. Результаты второго суммирования (2) с выхода сумматора 3 поступают после прохождения регистра 4 хранения ко, да в ячейку памяти блока 5, номер которой соответствует порядковому номеру отсчета

0 | вдоль строки. Значения кодов отсчетов, которые заполняют ячейку памяти блоков 6 и 5 по окончании прямого хода кадровой развертки, являются соответственно первыми вторым дискретизированными видео5 сигналами, координаты центров тяжести которых идентичны по величине соответственно вертикальной Y и горизонтальной X координатам центра тяжести входного изображения. Эти координаты определяются

0 во время обратного хода кадровой развертки последовательно сначала Y, а затем X.

Образование кода одного отсчета этих видеосигналов производится следующим образом. Для первого видеосигнала в тече5 ние времени прямого хода очередной строки растра блок 9, предварительно обнуленный во время . tn обратного хода предыдущей строки (фиг. 4, с), суммирует коды отсчетов АЦП 2, получая после поступ0 ления очередного кода импульсы записи во время ts (фиг. 4, з) по входу записи с шестого выхода блока 11. При этом информация на выходе блока 9 увеличивает свое значение за время ц (фиг. 4 м). Режимы работы блоков

5 5 и 6 при вычислении X являются соответственно обращение (фиг. 4, д) и хранение (фиг. 4, л), а при вычислении Y режимы работы этих блоков меняются на противоположные. Определение, например.координаты Y, производится следующим образом. После

прихода кадрового гасящего импульса (фиг. 4, г) девятый выход блока 11 устанавливает высокий потенциал на входе р блока 6, переводя его в режим считывания информации (фиг. 4, н). Одновременно с этим на второй вход перемножителя 7 кодов и адресный вход блока 6 с седьмого выхода блока 11 поступает код, величина которого изменяется от 1 до 512. Врем я одного изменения соответствует ti (фиг. 4 е). Через вре- мя t (фиг. 4, о) из соответствующей ячейки блока 6 код отсчета первого видеосигнала поступает одновременно на второй вход блока 7 и вход блока 8 накопления. Затем через время ts (фиг. 4 п) импульсов с четвер- того выхода блока 11 производится запись содержимого ячейки памяти в регистры блоков 8 и 7 и с некоторой задержкой - запись результата перемножения кодов в блок 12. После окончания последовательного пере- множения и накопления кодов в блоке 8 будет находиться дел итель, а в блоке 12 - делимое из формулы (4) способа. После окончания накопления с третьего выхода блока 11 поступает импульс через время ш (фиг. 4, р) на вход блока. 13, который записывает значение делителя и делимого в регистр этого блока и затем запускает процесс деления, По окончании этого процесса через интервал времени, который задается в блоке 11, следует импульс со второго выхода этого блока на запись результата деления в выходной регистр 15. В конце цикла вычислений координаты Y следует импульс с пятого выхода блока 11 (фиг. 4, с), который во время обнуляет блоки 4, 8, 9, 12 и 13.

Отличия, возникающие при вычислении значения X по формуле (3) способа, заключаются в том, что запись результата деления производится импульсом с первого выхода блока 11, поступающего в выходной регистр 14. Кроме этого, после записи очередного кода информация из блоков 5 или б в блоки 8 и. 7 с десятого выхода блока 11 следует через время ts (фиг. 4, к) импульс записи нулевого выходного числа регистра 4 в эту. ячейку памяти, производят тем самым последовательное обнуление ячеек сначала блока 6, а затем блока 5.

Блок 11 управления работает следую- щим образом.

Во время прямого хода кадровой и строчной разверток счетчик 31, подсчитывая тактовые импульсы, приходящие со второго входа блока 11 через элементы И 28 и ИЛИ 30, формирует адресное число, которое поступает непосредственно на двенадцатый выход блока 11 с задержкой ti (фиг. 4, е). Тактовые импульсы через элементы И 37 и ИЛИ 3.8 поступают в формирователь 36,

который осуществляет задержку тактовых импульсов на время t3 (фиг. 4, з) и ts (фиг. 4, к) соответственно на десятом и шестом выходах блока 11. После прихода 512-го тактового импульса счетчик 31 своим потенциалом инверсного выхода закрывает элементы И 28 и И 29. Во время обратного хода строчных разверток счетчик 25, подсчитывая строчные гасящие импульсы, приходящие с первого входа блока 11 через элемент И 16, и однрвибратор 17, формирует адресное число, которое через элемент ИЛИ 27 поступает на седьмой выход блока 11 с задержкой tg (фиг, 4 е). Импульс с выхода блока 17, пройдя элемент ИЛИ 18. возвращает в исходное состояние триггер 19. прямой выход которого низким потенциалом блокирует элемент И 22. Эти потенциалы триггера 19 также проходят соответственно на восьмой и одиннадцатый выходы блока 11. После прихода 512-го гасящего строчного импульса счетчик 25 низким потенциалом своего инверсного выхода блокирует элементы И 16 и И 28. Во время обратного хода кадровой развертки кадровый гасящий импульс, поступая с 3-го входа блока 11, блокирует элементы И 28 и И 16, И 37 и формирователь 36, открывает элемент И 29, укорачивается в одновибраторе 44, производит сброс счетчика 25, перево- диттриггер 19 в исходное состояние, а триггер 45 переводит в инверсное состояние, которое разрешает работу элементов И 21 и И 22, Кроме этого, кадровый гасящий импульс открывает элементы И 33 и И 39. Счетчик 31 после предварительного обнуления импульсом с пятого выхода блока 11, подсчитывая тактовые импульсы, поступающие со второго входа блока 11 через элемент И

29. делитель 34, снижающий частоту следования тактовых импульсов и элемент ИЛИ

30. формирует адресное число, которое проходит элементы И 33 и ИЛИ 27 на выход блока 11 со временем задержки ti (фиг. 4, е). Импульс с выхода делителя 34 после задержки на время ts (фиг. 4, п) в блоке 35 поступает на четвертый выход блока 11. В конце 512-го импульса счетчик 31 потенциалом своего инверсного выхода закрывает элемент 29 и формирует импульс в одновибраторе 32, который пройдя элемент И 39 и блок 26 задержки на время ti2 (фиг. 4, р) поступает на третий выход блока 11, а через блок 40 задержки на время, необходимое для завершения операции деления в блоке 13, этот импульс далее проходит через элемент 41 и блок 42 задержки на время tn (фиг. 4, с), на пятый выход блока 11. Импульс с блока 42 обнуляет счетчик 31 и перебрасывает триггер 19 в инверсное состояние после чего

работа блока 11 повторяется. Процесс работы в блоке 11 заканчивается после появления импульса на выходе элемента И 21, который возвращает триггер 45 в исходное состояние, при котором блокируется работа элементов И 21 и И 22 и И 29. Новый цикл работы блока 11 начинается после окончания кадрового гасящего импульса. Формирователь 46 строба, входящий в блок 11, формирует временное окно, при котором его выходной высокий потенциал разрешает работу элементов И 23 и И 37 в определенное, заданное заранее время.

Формирователь 46 строба работает следующим образом. С приходом на третий вход блока 46 кадрового гасящего импульса одновибратор 50 формирует короткий импульс, который производит запись кодовых чисел в разряды счетчиков 53 и 54 соответственно большее и меньшее по величине. После окончания кадрового гасящего импульса инвертор .49 снимает блокировку элементов И 62 и 63. В результате этого выходные импульсы однрвибратора 47, которые формируются из строчных гасящих импульсов с первого входа блока 46, начинают поступать через элементы И 62 и И 64 на счетные входы счетчиков 53 и 54, Потенциал старшего разрядного выхода счетчика 54 после его переполнения блокирует элемент И 64 и одновременно формирует импульс на выходе одновибратора 58, который устанавливает на прямом выходе ТГ 60 высокий потенциал, поступающий на второй вход элемента И 61. В течение прямого хода кадровой развертки передний фронт каждого строчного гасящего импульса, поступающего на первый вход блока 46, формирует короткий импульс на выходе одновибратора 47, который производит запись кодовых чисел в разряды счетчиков 51 и 52, которые поступают соответственно с выхода преобразователя 66 кодов и непосредственно с четвёртого входа блока 46. Задний фронт каждого строчного гасящего импульса через инвертор 48 снимает блокировку элемента И 63, и тактовые импульсы второго, входа блока 46 начинают поступать через элементы И 63 и 65 на счетные входы счетчиков 51 и 52. Первым переполняется счетчик 51, в результате чего происходит блокировка элемента И 65 и образование импульса на выходе одновибратора 55, который меняет состояние триггера 59 на противоположное, при котором высокий потенциал его прямого выхода проходит через элемент И 61 на выход блока 46.

Таким образом устанавливается соответственно верхняя граница временного окна по кадру и левая граница окна по строкам

кадра. Правая и нижняя границы окна образуются при переполнении соответственно счетчиков 52 и 53, в результате чего импульсы одновибраторов 56 и 57 возвращают

триггеры 59 и 60 в исходное состояние, а на выходе элемента И 61 и формирователя 46 строба возникает низкий потенциал. Алгоритм работы преобразователя 66 кодов заключается в инвертировании входного кода,

т.е. NBbix RBX. Такой алгоритм работы блока 66 обеспечивает прямоугольную форму окна используемого участка телевизионного изображения с почти симметричным расположением этого окна относительно телерастра.

Формул а из. обретения 1. Способ измерения координат центра тяжести изображения, в котором изображение преобразуют в растровый видеосигнал, дискретизируют по строкам, формируют первый и второй дискретизированные видеосигналы путем соответственно первого суммирования амплитуд всех отсчетов дискретизации видеосигнала отдельно каждой строки растра и второго суммирования амплитуд отсчетов дискретизации видеосигналов растра с одинаковыми оординатами отсчетов вдоль каждой строки растра и определяют две координаты центра тяжести изображения путем умножения амплитуды каждого отсчета первого и второго дискре- тизированных видеосигналов соответственно на координатный номер

соответствующей отсчету строки и на координатный номер отсчета дискретизации вдоль строки растра, накапливают результаты умножения отдельно по первому и второму дискретизированным видеосигналам и

делят эти результаты накопления на суммарную амплитуду всех отсчетов дискретизации растрового видеосигнала, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, первое и второе суммирования проводят одновременно и в течение времени формирования растрового видеосигнала, результаты первого суммирования запоминают каждый раз по окончании очередного строчного видеосигнала

растра, а каждый предыдущий результат второго суммирования запоминают на время прямого и обратного хода строчной развертки и затем заменяют на последующий результат этого суммирования.

2. Устройство для измерения координат центра тяжести изображения, содержащее синхрогенератор и последовательно соединенные телевизионную камеру и аналого- цифровой преобразователь, управляющий вход которого соединен с первым выходом

синхрогенератора, второй выход которого соединен с входом телевизионной камеры, а третий, четвертый и пятый выходы - соответственно с первым, вторым и третьим входами блока управления, последовательно соединённые первый блок памяти, первый блок накопления и делитель кодов, сумматор, второй блок накопления и последовательно соединенные перемножитель кодов и третий блок накопления, выход которого соединен с информационными входами первого и второго регистров хранения кода, входы записи которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий выход которого соединен с управляющим вхрдом делителя кодов, четвертый выход -. с входами записи первого и третьего блоковТнакопления и пере- множйтеля кодов, пятый выход- с входами обнуления первого, второго и третьего блоков накопления и делителя кодов, шестой выход - со входом записи второго блока

накопления, первая группа выходов -с первыми информационными входами перемножителя кодов и с управляющими входами первого блока памяти, отличающееся

тем, что введены последовательно соединенные третий регистр хранения кодов, вход которого соединен с выходом сумматора, и второй блок памяти, первые выходы которого соединены с выходами первого блока памяти и вторыми информационными входами перемножителя кодов, а вторые выходы - с одними входами сумматора, другие входы которого соединены с выходами аналого- цифрового преобразователя и входами второго блока накопления, выходы которого соединены с входами первого блока памяти, а управляющие входы второго блока памяти соединены с второй группой выходов блока управления, пятый и шестой выходы которого соединены с входами соответственно об- нуления и записи третьего регистра хранения кодов.

Использование: техника телевидения для определения энергетического центра тяжести изображения. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ измерения координат центра тяжести изображения, содержит телевизионную камеру, аналого-циф- ровой преобразователь, сумматор, регистр хранения кодов, блок кодов, блок памяти, перемножитель, блоки накопления, синхрогене- ратор, блок управления, блок накопления, делитель кодов, регистры хранения кодов, 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

фие.г

Ј7 Is

Фи. 4