КОРРЕЛЯТОР Советский патент 1995 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к оптической локации, в частности к аппаратурным средствам корреляционного анализа динамических изображений, и может быть использовано для применения при решении задачи определения координат малоинформативных динамических объектов в корреляционно-экстремальных системах наведения, а также для решения задачи определения взаимного соответствия двух изображений, например, устройствах распознавания образцов информационных каналов система наведения и слежения за малоинформативными ВКО.

Целью изобретения является увеличение быстродействия коррелятора.

Поставленная цель достигается тем, что в коррелятор, содержащий М сдвиговых регистров анализируемого изображения с N параллельными выходами, М в сдвиговых регистров эталонного изображения с N параллельными выходами, первый масочный регистр с N параллельными выходами, цифровой сумматор и блок формирования тактовых импульсов введены N×М групп по четыре четырехвходовых элементов "логическое И-НЕ", второй масочный регистр с М параллельными выходами, М коммутаторов, четыре группы по М токовых сумматоров на N входов каждый, четыре группы по М аналого-цифровых преобразователей, причем для каждой группы из четырех четырехвходовых элементов "логическое И-НЕ" G_jk (j=1-M, K=1,N) первые и вторые входы элементов "логическое И-НЕ" подключены к К-ому выходу j-х регистров эталонного и анализируемых изображений соответственно, третьи входы первого и второго элементов подключены к прямому j и (j-1)-ому выходу второго масочного регистра, соответственно третьи входы третьего и четвертого элементов подключены к инверсному (j-1) и j-ому выходу второго масочного регистра, четвертые входы первого и третьего элементов подключены к прямому, а четвертые входы второго и четвертого элементов - инверсному, К-ому выходу первого масочного регистра, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов подключены к j-м токовым сумматорам первой, второй, третьей и четвертой группы соответственно, выходы токовых сумматоров соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, выходы которых являются входами цифрового сумматора, N-ый выход j-го сдвигового регистра анализируемого изображения (j-1, M-1) соединены с первым входом j+1-ого коммутатора, выход которого соединен с входом j+1-го регистра анализируемого изображения выход М-го регистра анализируемого изображения через первый вход М-го, коммутатора соединен с входом первого сдвигового регистра анализируемого изображения, вторые входы коммутаторов соединены с источником анализируемого изображения, входы сдвиговых регистров эталонного изображения соединены с источником эталонного изображения , первый и второй масочные регистры имеют как прямые, так и инверсные выходы, а на третьи входы второго и третьего элементов групп элементов Gjk подают уровень логической "1" и логического "0" соответственно. Такие отличительные признаки предполагаемого изобретения как введение связей между N-ыми выходами j-го регистра анализируемого изображения с первыми входами j+1-ого регистра анализируемого изображения через соответствующие коммутаторы и введении связи между N-м выходом М-го регистра анализируемого изображения и первым входом первого регистра анализируемого изображения через первый коммутатор являются новыми по отношению к прототипу и известны из других решений. Введение этих связей, в совокупности с введением М групп по четыре четырехвходовых элемента "логическое И-НЕ", М групп по четыре токовых сумматоров и т.д. позволяют существенно повысить быстродействие коррелятора по сравнению с прототипом.

На фиг. 1 представлена схема предложенного коррелятора; на фиг. 2 показана группа 4-х входовых элементов И-НЕ; на фиг. 3 представлена временная диаграмма работы блока формирования тактовых импульсов; на фиг. 4 показаны одновременно формируемые отсчеты ВКФ.

В качестве примера на фиг. 1 рассмотрена схема предложенного коррелятора для М=4 и М=3. Коррелятор содержит: 1 - сдвиговые регистры эталонного сигнала, сдвиговые регистры анализируемого сигнала 2, матрицу элементов И-НЕ 3, группу коммутаторов 4, масочные регистры 5, 6, группу накапливающих сумматоров 7, группу аналого-цифровых преобразователей 8, сумматоры 9, образующие выходной сумматор 10 и генератор импульсов 11.

Эталонное изображение Г построчно записывают в сдвиговые регистры эталонного изображения одновременно анализируемое изображение F_Апострочно записывают в сдвиговые регистры анализируемого изображения через вторые входы соответствующих коммутаторов. Для записи эталонного и анализируемого изображений необходимо N тактовых, занимающих время τ_зап
τ_зап = , где f_т - тактовая частота генератора тактовых импульсов.

По окончании N-го тактового импульса в регистрах эталонного и анализируемого изображений имеют записанные отсчеты соответствующих изображений. Используя матричную форму записи изображений, имеем
F_Э ≡ F =
F_A ≡ F = где первый индекс обозначает номер сдвигового регистра соответствующего изображения, а второй индекс - номер выхода регистра.

Вследствие того, что изображение F_A и F_Э бинарные, отсчеты этих изображений f_Aij и f_Эij могут принимать только два значения "1" или "0", что позволяет использовать для вычисления взаимно корреляционной функции элементы И-НЕ с открытым коллекторным выходом, нагруженные на токовые сумматоры. При этом на соответствующем входе токового сумматора 7 появляется ток лишь в том случае, когда на все входы соответствующего элемента И-НЕ подаются потенциалы, соответствующие уровню логической "1".

По окончании записи изображений F_A и F_Э, содержимое масочных регистров 5, 6 обнуляются по импульсу сброса (фиг. 3) из генератора тактовых импульсов, а на инверсных выходах первого и второго масочных регистров формируют сигналы логической "1". При этом на выходе четвертых элементов И-НЕ с открытым коллекторным выходом (см. фиг. 2) тех групп элементов, для которых выполняется условие f_AjK=f_ЭjK=1 (3) появляется сигнал логического "0", что приводит к появлению соответствующего входного сигнала в j-ом токовом сумматоре 4. В j-ом токовом сумматоре 4 происходит суммирование выходных сигналов, для которых выполняется условие (3). Полученный результат суммирования может быть записан R_j= f_AjK f_ЭjK и после аналого-цифрового преобразователя 8 преобразуется в соответствующий код. Коды от всех АЦП четвертой группы 8 суммируют в сумматоре 9, формируя код нулевого отсчета взаимно корреляционной функции (ВКФ).

R_oo = f_AjKf_ЭjK
При поступлении первого тактового импульса ТИ ₁ на первый масочный регистр и одновременном поступлении первого тактового импульса ТИ ₃ на сдвиговые регистры анализируемого изображения 2 через соответствующие коммутаторы 4 перезаписывают в регистры соответственно (см. фиг. 1).

Так как тактовые импульсы ТИ₁, ТИ₂ и ТИ₃ синхронизированы, то для любого момента времени анализируемое изображение может быть записано в виде
F_A(f) = F_AIK = =
= = при этом каждому из блоков F_A1-F_A4 будет соответствовать определенная комбинация выходов первого и второго масочного регистров. Если, например, в момент времени на вход первого масочного регистра подали 1(N-1)+K тактовых импульсов ТИ₁ (соответственно на вход второго масочного регистра подали 1 тактовых импульсов ТИ₂), то при выполнении условия
f_ЭjK= f_AjK= 1(j=1,...,M, K=1...N) для каждого из блоков F_A1...F_A4 построчное суммирование выходных сигналов групп элементов И-НЕ будут проводить в токовых сумматорах первой-четвертой групп соответственно, а на выходах сумматоров 9, 10 будут формировать значения соответствующих отсчетов ВКФ параллельно. На фиг. 4 показана совокупность четырех отсчетов ВКФ, вычисленных за один такт работы коррелятора. Цифры в скобках указывают на номер сумматора 9, на выходе которого формируют соответствующий отсчет. При этом
R(1)=R_1+1-M,K-N
R(2)=R_1-M,K
R(3)=R_1+1,K-N
R(4)=R_1,K
Таким образом после NM шагов может быть получена вся совокупность от отсчетов ВКФ анализируемого (F_A) и эталонного (F_Э) изображений R_jK=F_Э˙F_A. Повышение быстродействия предложенного коррелятора по сравнению с прототипом обеспечивается одновременным вычислением четырех отсчетов ВКФ на всех (кроме первого) тактах работы коррелятора.

Изобретение относится к оптической локации и может быть использовано в корреляционно-экстремальных системах наведения. Цель изобретения - повышение быстродействия. Коррелятор содержит сдвиговые регистры эталонного сигнала, сдвиговые регистры анализируемого сигнала, два масочных регистра, группу накапливающих сумматоров, генератор тактовых импульсов, элементы И-Не, коммутаторы и аналого-цифровые преобразователи. 4 ил.

КОРРЕЛЯТОР, содержащий группу сдвиговых регистров эталонного сигнала, группу сдвиговых регистров анализируемого сигнала, первый масочный регистр, сумматор и генератор тактовых импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с тактовыми входами сдвиговых регистров групп эталонного и анализируемого сигналов соответственно, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу первого масочного регистра, выход сумматора является выходом коррелятора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены группа коммутаторов, матрица элементов Н - НЕ, группы накапливающих сумматоров, группы аналого-цифровых преобразователей и второй масочный регистр, тактовый вход которого соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов, j-ный разрядный выход i-го сдвигового регистра эталонного сигнала группы соединен с первым входом i, j-го элемента И - НЕ матрицы (где M - число сдвиговых регистров анализируемого изображения, N - число разрядов сдвиговых регистров), информационными входами коррелятора являются информационные входы коммутаторов, управляющие входы которых соединены с N-ми разрядными выходами одноименных сдвиговых регистров анализируемого изображения, информационные входы которых подключены к выходам соответствующих коммутаторов, j-й разрядный выход i - го сдвигового регистра анализируемого изображения соединен с вторым входом i, j - го элемента И - НЕ матрицы, i-й прямой разрядный выход первого масочного регистра подключен к третьему входу элемента И - НЕ i - й строки матрицы и к четвертому входу элемента И - НЕ (i + 1)-й строки матрицы, четвертые входы элементов И -НЕ первой строки матрицы соединены с шиной единичного потенциала, i-й инверсный разрядный выход первого масочного регистра подключен к пятому входу элементов И - НЕ i-й строки матрицы и к шестому входу элемента И - НЕ (i + 1)-й строки матрицы, шестые входы элементов И - НЕ первой строки матрицы соединены с шиной нулевого потенциала, прямые и инверсные выходы j-го разряда второго масочного регистра подключены к седьмому и восьмому входам элементов И - НЕ j-го столбца матрицы, выходы элементов И -НЕ i-й строки матрицы через цепочки из последовательно соединенных накапливающих сумматоров i - й группы и аналого-цифровых преобразователей i - й группы соединены с входами сумматора.