Датчик скорости изображения Советский патент 1981 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к приборе-строению и может быть использовано для измерения скорости движения изображения подстилающей поверхности или среды в различных устройства : ав томатики, например в компенсаторах скорости смаза при аэрофотографировании. Известны оптико-электронные датчи ки скорости изображения 1. . Однако данные датчики имеют малую точность измерения скорости изображения. Известен также корреляционный дат чик скорости изображения, который содержит объектив, два фотоэлемента, разнесенные по регулируемой задержки, коррелятор, состоящий из перемножителя, интегратора и экстремального регулятора. Величина времени задержки, соответствующая максимальному значению корреляционной функции, поступает на делитель, в котором величина базы делится на аремя задержки, с выхода делителя снимается электрический сигнал, пропорциональный скорости изображения 2 . Однако данному устройству присущи недостатки. Во-первых, такой корреляционный датчик скорости изображения обладает низкой точностью измерения вектора скорости изображения при наличии сноса в горизонтальной плоскости, так как в этом случае корреляция сигнсШов от фотопреобразователя уменьшается (максимум корреляционной функции уменьшается, а сама она становится более пологой). Во-вторых, при наличии угла сноса Ч значение базового расстояния между фотоприемни If, cos v , что ками уменьшается . приводит к ошибке, где 1р - установочное расстояние между фотоприемниками, оно равно базовому расстоянию при отсутствии угла сноса. В-третьих при наличии отклонения по тангажу на уюл Ч , аналогично рассмотренному вьше Д.ПЯ угла сноса, происходит уменьшение базового расстояния 1 i(j. COS4 что приводит к дополнительной ошибке. В общем случае, при наличии угла сноса и отклонения по тангажу, базовое расстояние определяется выражением 1 () COS COS. Цель изобретения - повышение точности измерения вектора скорости изображения при наличии угла сноса и с учетом тангажа. Указанная цель достигается теги, что второй по продольной оси носителя фотоприёмник выполнен в виде матрицы из п фотоприемников, ориенти рованной по поперечной оси носителя, и в него введены схема поиска максимума, п ключей, две п-входных схемы ИЛИ; -датчик тангах а, выходной перемножитель , генератор тактовых импульсов и дополнительные п-1 цепи, состоящие из ключа, делителя и после довательно соединенных блока регулируемой задержки, перемножителя, интегратора и экстремального регулятора, причем генератор тактовых импуль сов соединен со считывающими входами фотоприемников, выход первого фотоприемника соединен со вторыми входами перемножителей, выход каждого фотопрйемника матрицы соединен с первым входом соответствующего блока ре гулируемой задержки, второй вход которого подключен к выходу соответствующего экстремального регулятора, а выход - ко втором входу соответст вующего ключа, первый вход которого .соединен с соответствующим выходом схемы поиска максимума, а выход - с входом соответствующего делителя, выход которого-подключен к соответст вующему входу первой схемы ИЛИ,, вы.ход которой соединен с первым входом выходного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика таигажа, выход каждого интегратора соединен с соответствуквдим входом схемы поиска максимума, выходы которой через вторую группу п ключей подключены к соответствующим входам второй схемы ИЛИ. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого датчика скорости изображения. Датчик включает объектив 1,фотоприемник 2, линейную матрицу 3 фотоприемников, блок 4-4п регулируемой задержки, перемножители 5-5п, инте-. гратор б-бп, экстремальные регулятот ры 7-7п, электронные ключи 8-8п, делители 9-9п, блок 10 поиска максимума, схему ИЛИ 11, генератор 12 так товых импульсов (ГТИ), выходной пер множитель 13, датчик 14 тангажа, электронные ключи 15-15п, схему ИЛИ 16. . . Оптическое изображение движущейся подстилающей поверхности объектива 1 проецируется на светочувствительные поверхности двух фотоприемни ков. Первый представляет собой одноэлементный фотоприемник 2, второй выполняется в виде линейной матрицы фотоприемников, ориентированной поперек маршрута носителя.. Фотоприемни ки 2 и 3 размещаются на одном жестком основании, что обеспечивает пос тоянство в процессе работы базовых расстояний между отдельными фотопри. емниками линейной матрицы 3 и одноэлементным фотоприемником 2 и-углов между соединяющими их линиями и продольной осью носителя. При установке панели фотоприемников в носителе одноэлементный фотоприемник 2 и центральный фотоприемник линейной матрицы 3 фиксируются в продольной вертикальной плоскости носителя. Оба фотопреобразователя 2 и 3 преднаьначаны для преобразования светового потока в электрический сигнал. Они могут быть выполнены, например, на ПЗС приборах, считывание зарядов с которых осуществляется с помощью тактовых импульсов генератора 12. Выход каждого из п фотоприемников линейной матрицы 3 подсоединен ко входу соответствукщего блока 4-4п регулируемой задержки, выходы которых подсоединены к соответствующим первым входам перемножителей 5-5 п. Вторые входы каждого из п перемножителей 5-5п соединены с выходом фотоприемника 2. Выход каждого из п перемножителей 5-5п подсоединены ко входу соответствукадего интегратора 6-6п. Выход каждого из п интеграторов 6-6п подсоединены ко входу соответствующего экстремального -регулятора 1-7п, причем каждый из п выходов последних подсоединен к соответствующему входу блока 4-4п регулируемой задержки. Таким образом определяется корреляционная функция сигналов фотоприемника 2 и одного фотоприемника из линейной матрицы 3. Каждый экстремальный регулятор предназначен для поддержания на своем выходе такого управлякадего напряжения, при котором сигнал на выходе соответствующего интегратора 6-6п максимален. Выход каждого л интеграторов б-бп подсоединен к соответствующему входу блока 10 поиска максимума, который обеспечивает- формирование импульса напряжения на одном из п своих раздельных выходов, соответствующем входу с максимальным значением корреляционной функции. Каждый из п раздельных выходов блока 10 поиска максимума подсоединен к первому входу соответствующего электронного ключа 8-8п, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков 4-4п регулируемой задержки. Выходы каждого из электронных ключей 8-8п подсоаяинены ко входу соответствующего делителя 9-9п, выходы которого подсоединены к входам схемы ИЛИ 11. При наличии импульса на k-M выходе блока 10 ключ 8k пропускает значение времени задержки Тц из регулируемой линии задержки 4k в делитель 9k, на второй вход которого подана величина базы Jj , известная из конструкции панели фотоприемНИКОВ. Результат деления Ijt/f с выхода схемы поступает на выходной перемножитель 13, на второй вход которого подается величина косинуса угла тангажа с датчика 14. На выход перемножителя 13 образуется сигнал, соответствующий значению модуля вектора скорости.Система электронны ключей 15-15п вместе со схемой ИЛИ образует схему получения сигнала, соответствующего углу сноса. Каждый из указанных выше п раздельных выхо дов блока 10 поиска максимума прдсо единен к первому входу соответствую щего электронного ключа 15-15п, на вторые входы которых поданы величин углов, образованных продольной осью носителя и направлением, проходящим через фотоприемники 2 и 3k, сигналы которыхнаиболее коррелиррваны в да ный момент, величины этих углов для каждого фотоприемника 3-Зп известны из конструкции панели фотоприемнико Выходы ключей 15-15п подсоединены к п входам схемы ИЛИ 16, на выходе которых получается сигнал, соответСТВУ13ЩИЙ углу сноса носителя. Датчик скорости изображения рабо тает следующим образом. Изображение подстилающей поверхности проецируется объективом 1 на светочувствительные поверхности одноэлементного фотоприемника 2 и линейной матрицы фотоприемников 3. В зависимости от скорости движения подстилающей поверхности один и тот же участок изображения за счет разн сения, фотоприемников 2 и 3 по базе попадает на их светочувствительные поверхности в различные моменты вре мени, причем на линейную матрицу 3 раньше, чем на одноэлементный фотоприемник 2. Видеосигнсшы с выхода каждого из п элементов линейной матрицы фотоприемников 3, задержаннае в соответствующем блоке 4-4п регулируемой задержки, поступают на первые входы соответствующих перемножителей 5-5п. На вторые входы каж дого из перемножителей 5-5п поступает видеосигнал с выхода фотоприемника 2. Сигнал с выхода ка вдого из п перемножителей поступает на вход соответствующего интегратора 6-6п, на выходе которого получают электрический сигнал, пропорциональный значению корреляционной функции видеосигналов фотоприемника 2 и соответствую щего фотоприемника линейной матрицы 3. Сигнал с выхода каждого из п интеграторов 6-бп поступает на вход .соответствующего экстремального регулятора 7-7п. Выходное напряжение кеикдого из п экстремальных регуляторов 7-7п поступает на регулирующий вход соответствующего блока регулируемой задержки 4-4п, что вызывает изменение величины задержки до тех пор, пока сигнал на выходе соответствующего интегратора б-бп не будет максимальным. Одновременно электрические сигналы с выхода каиодого из п интеграторов б-бп поступают нап раздельных входов блока 10 поиска i максимума, которая производит сравнение по амплитуде величин напряжеHHiif пропорциональных значениям корреляционных функций сигналов фотоприемников .2 и соответствующего элемента линейной матрицы 3, поступающих |На п ее входов. Блок 10 поиска максимума формирует сигнал на одном из п своих выходов, который соответствует входу с максимальным значением корреляционной функции. Сигнал, формируемый на одном из п выходов блока 10 поиска максимума, отпирает соответствующий электронный ключ 8-8п. В результате величина времени згщержки t С-одного из блоков 4-4п поступает на .соответствующий из 9-9п. На второй вход каждого из делителей 9-9f, подается сигнал, пропорциональный величине фактического базового расстояния %| между фотоприемником 2 и соответствующим k-м фотоприемником из линейной матрицы 3. И выходе делителя получается сигнал, пропорциональный модулю вектора скорости- изображения. Таким образом, вычисление м корреляционных функций сигналов фотоприемника 2 с каждым из п фотоприемников линейной матрицы 3 позволяет после их сравнения по }зеличине максимума найти элемент линейной матрицы 3, по положению которого в линейке 3 рассчитывается с учетом тангажа, скорость изображения, и определить угол сноса носителя. Электрические сигналы с выходов п делителей 9-9п поступают на соответствующие входы схемы ИЛИ 11, с выхода которой полученный сигнал поступает на выходной перемножитель 13. На второй вход перемножителя 13 подается сигнал, соответствующий величине косинуса угла тангажа W с датчика 14. На выходе перемножителя 13 получается сигнал, пропорционапь™ значению модуля вектора скорости изображения в соответствии с выражением W - ь . Сигнал, формируемый на выхЪде блока 10 поиска максимума, отпирает один из ключей (15k) и сигнал, поступающий на второй его вход и соответствукхдий значению угла сноса, проходит на схеу ИЛИ 16, имеющую п входов. На выоде схемы ИЛИ 16 получается сигнал гла сноса носителя. Формула изобретения 1. Датчик скорости изобргокения, становленный на носителе и содержаий объектив, два разнесенных по проольной оси носителя фотОприемника, оследовательно соединенные блок егулируемой задержки, перемножитель, нтегратор, экстремальный регулятор.