Устройство для непрерывного слежения за состоянием объектов Советский патент 1979 года по МПК G06K9/16 

быстром изменении содержания переда ваемого объекта. Из известных систем наиболее бли кой по технической сущности явЛяется система, работающая по принципу максимизации высокочастотных составл ющих,включающая в себя последователь но соединенные телевизионную камеру с оптической головкой, анализатор и блок отработки, выход которого соеди нен с первым входом телевизионной ка меры, второй вход которой сЬединён с первым выходом/генератора пробных им пульсов,второй выход которого подклю чен ко второму входу анализатора 2 Данная система является одномерно системой экстремального регулирования, реализуквдёй способ поиска экстр мума методом градиента. Способ определения градиента заключается в том, к медленно-меняющемуся регулируе мому параметру добавляются пробные сигналы. Составляющие градиентов опрёделйются методом синхронного детектирования.; , Недостатком известной системы является то, что она работает при боль шой амплитуде пробных импульсов, а это не только увеличивает величину статистической ошибки,но и приводит noBOpOTciM растра (при введении пробных расфокусировок), что еще больше ухудшает визуальную четкость изображения. Кроме того, в .точке оптимума система совершает большие переколебания , приводящие к увеличе-, нию динамической ошибки. Так как известная система работает в узком дйНаМйческом диапазоне входных сигналов, она может потерять устойчи-воб Ъ при ма:лом входном соотношении сигнал/шум, а также полностью расфокусировать изображение при несвоевременной подстройке оператором величины тока пучка. Указанные недостатки приводят к . значительному уменьшению пропускной способности системы. Цель предлагаемого изобретения увеличение пропускной способности устройства. Для этого в устройство для непрерывного слежения за состоянием эбъей товVсодержащее последовательно соединенййё телевизионную камеру с опти ческой головкой и анализатор, бЛОк отработки, выход кЬторого соединён с управляющим входом телевизионной камеры и генератор пробных импульсов, вйЁс5д кО торог6 соединен со вторым ВХОДОМанализатора, введен второй ка нал, содержащий анализатор, первый KOtOporO соединен с выходом телевизионной камеры, а второй вход со вторым выходом генератора пробньох импульсов и блок отработки, первый вход которого соединен с третьим выходом генератора пробных импульсов, а выход подан на второй управляющий .вход телевизионной камеры, второй и третий выходы которой присоединены 1К соответствующим входам блока регулировки диафрагмы, выход которого соединен с третьим управляющим входом телевизионной камеры, кроме того, каждый из каналов содержит присоединенные последовательно к первому выходу соответствующего анализа- тора пороговое устройство, элемент И и накопитель, второй вход которого соединен соответственно для каждого канала с. третьим и четвертым выходами генератора пробных импульсов; причем в каждом канале второй выход анализатора соединен со вторым входом элемента И, при этом во втором канале выход накопителя соединен со входом блока отработки, а в первом канале введены подледовательно соединенные генератор циклов и коммутатор, включенный между выходом . накопителя и четырьмя входами блока отработки, второй выход которого соединен с четвертым управляющим входом телевизионной камеры, кроме того, третий вход коммутатора соединен с четвертым выходом генератора пробных импульсов, пятый выход соединен с третьими входами накопитеЭТя гГервого канала и блока регулировки диафрагмы. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, где изображены: телевизионная камера 1 с оптической головкой, первый анализатор 2, первый блок 3 отработки, генератор 4 пробных импульсов, второй анализатор 5, второй элемент И 6, второе пороговое устройство 7, второй накопитель 8, второй блок 9 отработки, первый элемент И 10, первое пороговое устройство 11, первый накопитель 12, коммутатор 13, генератор 14 циклов, блок 15 регулировки диафрагмы. Уст р6Йств6;для непрерывного слежения за состоянием объектов включает два канала, первый из которых содержит последовательно соединенные первый анализатор 2, первый элемент И 10, первый накопитель 12 и коммутатор 13, четыре выхода которого соединены с четырьмя входами первого блока 3 отработки.. Причем первый выхОд первого анализатора 2 через пороговое устройство 11 соединен с первым входом первого элемента И 10, а второй вход первого анализатора 2 соединен с первым выходом генератора 4 пробных импульсов, четвертый выход которого соединен со входом первого накопигеля 12 и третьим входом коммутатора 13, первый вход которого соединен с выходом генера-topa 14 циклов, а пятый выход с третьимвходом первого накопителя 12, Кроме того, два выхода блока 3 отработки соединены с первым и четвертым входами телевизионной камеры 1-, .второй канал .содержит последовательно соединенные второй анализа тор 5, второй элемент И 6, второй накопитель iB, и второй блок 9 отработки, первый вход KOTOpot-o объедин со вторым входом второго накопителя 8 и с третьим выходом генератора 4 пробных импульсов, второй выход кот рого соединен со вторым входом второго анализатора 5, первый выход ко торого через второе пороговое устройство 7 соединен j первым входом второго элемента И 6. Кроме того,, выход второго блока 9 отработки подключён ко BTOiJoMy управляющему вхоДу телевизионной камеры 1, первый выход которой соединен с первыми входами первого анализатора 2 и второго анализатора 5, а два других выхода поданы на соответствующие входы блока 15 регулировки диафрагмы, третий вход которого подключен к пятому выходу коммутатора 13, а выход подан на третий управляющий вход телевизионной камеры 1. Согласнб предлагаемому изобретению была изготовлена система в виде макета, прошедшего лабораторные испытания, построенная с использова- нием передающей трубки типа суперортикон.Структура системы синтезиро валась, исходя из следующих соображений. При оптимальном соотношении параметров передающей трубки телевизионной системы может быть переда но максимально-возможное количество информации в единицу времени, т.е. достигнута максимальная пропускная способность. Всякое отклонение соотношения и величин параметров от оптимального приводит к уменьшению объема информа Ции о передаваемом объекте. Задачей системы является измерение приращения объема информа ции и обеспечение при этом последую щей настройки на оптимальное сортношение парё1метров передающей . . Как известно, количество информа ции, которое может быть передано радиотехнической системой в единицу времени равно С-.Ргс,() где AFT полоса телевизионного сигнала;PC - мощность, сигнала; Tf мощность Шума. Формула (1,1) получена для азвдитивной помехи с нормальным распределением вероятностей амплитуд и равно мерньи .спектром. Следуем учитывать/ что для телевизионного сигнала зако распределения по амплитудам в общем случае отличен от нормального. Ампли туды: гармонических составлякхцих видеосигнала на выходе камеры определяются спектральной функцией объекта его контрастом, коэффициентом передачи преобразователя свет-сигнал на «относительно низких частотах, апертурной характеристикой преобразователя и Коэффициентом передачи канала. . . Поэтому формула (1.1) не отражает в полной мере величину пропускной способности системы с применением передающей трубки, ввиду существенной неравномерности спектра сигнала. С учетом вышесказанного необходимо применить выра;жение Scli)ищнгаь где6(1:) - спектральная плотность сигнала; 5;(i) - спектральная плотность шума Одна.ко, при построении системы авторегулирования измерение абсолютных значений пропускной способности передающей трубки не имеет смысла; важно лршь внести относительные суждения о том, при каком изменении соотношения н величин: параметров трубки пропускная способность увеличивается или уменьшается. Анализатор с помощью которого можно выделить электрический сигнал, характеризующий качество настройки трубки значительно упростится, ёслй вместо реализации выражения (1.2) от него потребовать только измерение мощности .сигнала. Тогда показания анализатора будут пропорциональны м )d2Af.. (1.3) Если раскрыть значение Sg(f) - спектт ральной ПЛОТНОСТИ сигнёша, то U.AUl.K-Y(i).K , (1.) где A(t) - спектральная функция оптического объекта; К - контраст объекта KTI- коэффициент передачи трубки;Y{i)- апертурная характеристика трубки; R - нагрузочное сопротивление. Очевидно, что с ростом мощности сигнала пропускания способность телевизионной трубки увеличивается. Однако, при работе трубки возможен случай, когда увеличение площади, ограниченной кривой, приведет не к увеличению пропускной способности, а к уменьшению. Дело .в том, что ряд параметров регулирования, например, потенциал управляющего электрода (УЭ) (ток пучка) могут привести к трансформации сигнала при возрастании амплитуд низкочастотных составляющих ffrieRTiJa/ имекадих значительную инте сивность, возможна расфокусировка трубки и уменьшение относительной даМШй ёШойгийх :Bac6K04atfTo Hbix дШ ШШШШ ;сnew pcf сйгйалаГ; несу.адих, однако, наибольшую долю инфор мации о настройке фокусирукяцего электрода (ФЭ) и; фотокатода труб ки {ф«) V .7Г- л.. . Ни практике измеритель мощности видеосигнала, включённыЙ на вь13 ЬДе йамеры, реагирует также и на шумы. По тому его показайия, в конечном счёте, должны быть пропорциональны интегралу ()(i.5) i}. ; ,, ..Граничные частоты ij и. ырезаемого спектра выбираются таким образом, чтобы nepBbie прЬиэвойные от интегралов ви9а (1.2) и li/JScli)Sji)di по каждому регулируемому параметру j имели бы одинаковые знаки пр все диапазоне регулирования. niSft sano H нии данного условия динамика измене .ния пропускной способности трубки и мощностиСигнала будут совпадать Эксперименты показали, что ййжняя . граничная частота f для канала уп равляющего электрода (УЭ) лежит в р.айоне 0,15 МГц,для каналов фокусир щего электрода (ФЭ) и фотокатода (Ф в районе 0,8 мГц,а Верхняя гранична частота для канала УЭ-0,4 мГц, для каналов ФЭ и ФК - 2,5 глГц. Поэтому |выяснилась возможность комплексfi6r6 решения задачи автоматиза.ции параметров информационной сис и предлагается послёдоВатёльно параллёльная многомерная сис тема экстремального регулирования с пробными шагами, которая работает следующим,образом. . , видеосигнал, промодулированный по амплитуде пробными воздействиями, с.выхода телевизионной камеры 1 с оптической головкой подается на два канала, один из которых работает в непрерывном режиме (канал .регулирования УЭ) , а другой- в периодическом (кйнал рёгулйровкй / ФЭ и ФК) и поступает на входы ана лизаторов 5 и 2. НаВтОЕ ыё входы анализаторов с ВЫ5содоВ генератора 4 пробйбйс импульсов подаются пробные и.ульсы частоты Г„ро|12,5 Гц на втором канале jFnpo6 6, 25 Гц на первом В анализаторе 5 измеряется энергия с бстЬяиих видеосигналов в полосе 0,15 мГц-0,4мГц детектируетсяи фил руется информационная частота ампли тудной модуляции,равная частоте про ных импульсов, в зависимости от фазовых соотношений ее с пробными импульсами вырабатывается импульсный сигнал ошибки, который подается через элемент И 6, при наличии на другом его входе разЕ)Эшающего уровня с порогового устройства 7,. на накопитель 8. Накопитель 8 представляет собой четырехразрядный реверсивный ёчетчик с соответствуницими элементами управления, на второй вход которого в качестве опорных импуль1сов Подаются импульсы с генератора 4 пробных импульсов, накопитель 8 выдает сигнал хода только в том случае, если в течение трех периодов пробных воздействий фаза импульсного сигнала ошибки не меняется.Таким образом, накопитель 8 уменьшает вероятность ложного шага системы и снижает динамическую сяиибку, поскольку уменьшается амплитуда колебаний системы при достижении ею оптимального значения регулируемого параметра. С выхода накопителя 8 импульсы хода подаются на вход блока 9 отработки и в зависимости от фазовых соотношений с опорными пробными импульсами; Т1одаваемь 4И на второй вход его с генератора 4 пробных им пульсов, либо увеличивают, либо уменьшают напряжение на выходе блока 9 отработки, которое подается на управляющий электрод телевизионной камеры 1. Блок 9 отработки включает в себя реверсивный счетчик с преоб-разователем код-аналог и усилитель. Изменение потенциала управляющего электрода производи ся до тех пор, пока оно не достигнет оптимального значения, возлекоторого система совершает колебательные движения, с частотой 8-16Р|,р{{б и с амплитудой 1-2 шага,, что составляет при применении в блоке отработки реверсивног р счетчика, собранного на современньЬс интегральных схемах, 1-4 мв. Для того, чтобы система не теряла устойчивости при достижении предельного для нее отношения сигнал/шум, предусмотрена принудительная остановка системы с запоминанием достигнутого ранее оптимального значения регулируемого параметра. Это осуществляется с помощью порогового устройства 7. На его вход с выхода анализатора 5 поступает напряжение, пропорциональное энергии составляющих спектра видеосигнала в полосе 0,15-0,4 МГц. При уменьшении его ниже определенного уровня пороговое устройство 7 выдает запрещающий уровень на элемент и 6, чем прекращает прохождение импульсов сигнала ошибки с выхода анализатора 5 на выход накопителя 8. Пробные импульсы на управляющий электрод подаются путем замешивания их в блоке 9 отработки и управляющим напряжением. В анализаторе 2 первого канала измеряется энергия составлянмдих вк- деосигнала в полосе. 0,8 мГц-2,5мГц, а отработка по ФЭ и.ФК. и подача пробных импульсов на эти электроды ведется последовательно друг за дру- гом в дериодическом режиме. Это осуществляетсй следующим образом: импульсы хода с накопителя 12 к пробные импульсы генератора 4 пробных импульсов поступают на коммутатор 13, который в Зависимости от сигналов, подаваемых на ; другрй вход его с генератора 14 циклов, коммутирует их либо на первые два входа, либо на вторы е два блока 3. отработки. . Блок 3 отработки содержит дваЙдё тичных реверсивных счетчику с преобр зователем код-аналог; и два выходных усилителя. Таким образом, по очереди то на одному то на другом выходе бло ка 3 отработки,происходит/изменение регулируемых параметров ФЭ и ФК, ко торые подаются на соответствуняйиё вх ды телевизионной камеры 1. Пробные и пульсы, подаваемые на блок 3 отработ ки, периодически смешиваются там с упра.влякнаими напряжениям и подаются на соответствукадие электроды, задавая по ним пробные расстройки. Пос кольку в канале ФЭ и ФК;используб ся один накопитель 12, то по сигналу с коммутатора 13, перед каждам циклом отработки .по соответствующему электроду производится сброс его , в первоначальное состояние. Кроме того, по этому же сигналу, подаваемо му также на вход блока 15 регулировк диафрагмы производится запрет работы последнего на время отработки системы по ФК. После этого запрет на работу блока регулировки диафрагмы сшшается и Он производит соответствухяцее изменение диафрагменного зна чения объектива в оптической головке камер:, если освещенность на объекте изменилась. Изменение освещенности на объекте и соответственно на фотокатоде трубки ..вызывает изменение тока в его цепи. По сигналу изменения этого «эка, подаваемому с телевизио)нной камехж 1 на другие входы блока 15регулировки диафрагмы, на выходе его появляется напряжение, которым регулируется диафрагменное отверстие объектива. Поскольку в этой цепи присутствует инерционное механическОё звёно7ТО все быстрые ки освещенности на фотОкатодё отра(атываются в основном изменениемпотенциала УЭ, с помощью; второго канала данной системы, а блок 15 регулировки диафрагмы, выполняет функцию двиясёния динамического диапазона работы йистгёмы по свету. :. Предлагаемое устройство, благодаря автоматическому регулированию комплекса параметров в процессе его работы, обеспечивает поддержание Joптимaльнoгб согласования его характеристик с соответствующими характеристиками случайных процессов., отображающих состояние поля слежения. При этом достигается существенное увеличение пропускной спосрбности устройства при высокой степени авто.матизаций в широком динамическом диапазоне входных характеристик. Лабораторные испытания устройства показали высокую надежность его рАботы в автоматическом режиме. Эффективность его применения состоит в существенном сокращении числа мест обслуживающего персонала. Формула изобретения Устройство для непрёЕжлвного слежения за состояниемобъектов, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру с оптической головкой и анализатор, второй вход которого соединен с выходом генератора пробных импульсов, а также блок отработки, йыход которого присоединен к управляющему входу телевизионной камеры, о т л и ч а ю щ е е с .я тем, что, с целью увел:ичения пропускной сцособности, устройства, в него . введен второй канал, содержащий анализатор, первый вход которого соединен с выходом телевизионной каме1ЙЛ, а второй вход со вторым выходом генератора пробных импульсов и блок отработки, первый вход которого соединен с третьим выходом генератора пробных импульсов, а выход подан на второй управляющий вход телевизионной камеры, .второй и третий выходы которой присоединены .к соответствун щим входам блока регулировки диафрагмы, выход которого соединен с третьим управляющим входом телевизионной камеры, крОме того, каждый из каналов содержит присоединенные последовательно к первому выходу соответству1ющего анализатора пороговое устройство, элемент И и накопитель второй вход которОго соединен соответственно для каждого канала с третьим и четвёртым выходами генератора пробных импульсов, причем в каждом канале Второй выход анализатора соединён со вторым входом элемента И, при этом выход накопителя во втором канале соединён со вторый входом блока отработки, а в первом каналё введены последова,тельно соединенные генератор Циклов и коммутатор, включенный между выходом накопителя и Ч(етырьмя входами блока отработки. Второй выход которого соединен с чё1В(ертым упраВляющим входом телевизионной камеры, кроме того, третий вход коммутатора соединен с четвертым выходом генератора пробных импульсов, а пятый быход соединен с третьими входамй нйкопйтёля первогоканала и блока регулировки диафрагмы.

Источники информации, принятые .во внимание при-экспертизе

1.Патент США №3315034, ,кл. 178-72, 1967. .

2.Патент США №3647952, кл. 178-7.2, 1970.