Устройство для селекции объектов с известной спектральной характеристикой

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ОБЪЕКТОВ С ИЗВЕСТНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ , содержащее оптический блок, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных телевизионного датчика, усилителя и вычитателя, сумматор, синхрогенератор и видеоконтрольный блок, при этом выход каждого из усилителей соединен также с неинвертирующим входом вычитателя другой цепи, а управляющие входы телевизионных датчиков соединены с первым выходом синхрогенератора, отличающее ся тем, что, с целью увеличения отношений полезного сигнала к сигналу помехи, в него введенысинхронный коммутатор, блок памяти и блок управления, а между оптическим блоком и оптическими входами телевизионных датчиков установлен блок формирования и смены спектральных зон, причем два информационных входа синхронного коммутатора подключены к выходам вычитателей, управляющий вход - к выходу блока формирования и смены спектральных зон, а выход - к первому входу сумматора, выход которого через блок памяти подключен к входу видеоконтрольного блока , второй выход блока памяти - к второму входу сумматора, первУй выход синхрогенератора подключен также W к первому управлякяцему входу блока пайяти, а второй выход - к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом блока формирования и смены спектральных зон, с вторым управлякндим входом блока памяти и управляющим входом видеоконтрольного блока. 00 о о 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Э(59 Н 04 И 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3222734/18-09 (22) 24.12. 80 (46). 23.07 .83. Бюл. Р 27 (72) В.К.Вилвперт, А.A.Главач, N.С.Елизаров, Ю.Б.Зубарев,Г.Ю.Квиринг, М.Ш.Кушнир и Н.И.Рекуха (71) Всесоюзный заочный злектротехнический институт связи (53) 621.397.6(088.8) (56) 1. Патент ФРГ 9 1289092, кл. Н 04 N 5/33, опублик. 1970. (54)(57) УСТРОЙСТВО дЛя СЕЛЕКЦИИ ОВЬЕКТОВ С ИЗВЕСТНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ, содержащее оптический блок, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединен- . ных телевизионного датчика, усилителя и вычитателя, сумматор, синхрогенератор и видеоконтрольный блок, при этом выход каждого из усилителей соединен также с неинвертирующим входом вычитателя другой цепи, а управляющие входы телевизионных датчиков соединены с первым выходом синхрогенератора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

„„SU„„1 10 4 А целью увеличения отношений полезного сигнала к сигналу помехи, в него введены-синхронный коммутатор, блок памяти и блок управления, а между Оптическим блоком и оптическими входами телевизионных датчиков установлен блок формирования и смены спектральных зон, причем два информационных входа синхронного коммутатора подключены к выходам вычитателей, управляющий вход — к выходу блока формирования и смены спектральных зон, а выход — к первому входу сумматора, выход которого через блок памяти подключен к входу видеоконтрольного блока, второй выход блока памяти « к второму входу сумматора, первйй вы- Я ход синхрогенератора подключен также к первому управляющему входу блока пайяти, а второй выход - к входу блока управления, выходы которого со С„ единены с управляющим входом блока формирования и смены спектральных "Я зон, с вторым управляющим входом блока памяти и управляющим входом видеоконтрольного блока.

1031004

10 назначению и построению является уст- 15

Поставленная цель достигается тем 140

50

Изобретение относится к прикладному телевидению и может использоваться для наблюдения за объектами с из вестной спектральной характеристикой на .изменяющемся окружающем фоне, особенно в тех случаях, когда велик диапаэон изменений величины сигнала фона и значительно превышает величину сигнала изучаемого объекта, т.е. когда объект малоконтрастный, а именно при применении телевидения в астро-, номии, медицине, технике интерскопии и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по своему функциональному ройство, содержащее оптический блок, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных телевизионного датчика, усилителя и вычитателя, сумматор, синхрогенератор и видеоконтрольный блок. При этом выход каждого из усилителей соединен также с неинвертирующим входом вычитателя другой цепи, а управляющие входы телевизионных датчиков соединены с первым выходом,синхрогенератора 1.11.

K недостаткам устройства относятся значительная величина сигнала фона, отсутствие подавления флуктуационных помех телевизионного датчика, отсутствие подавления структурных помех фотоэлектрического преобразователя изображения (ФЭПИ).

11ель изобретения — повышение различимости объектов с известной спектральной характеристикой эа счет увеличения отношения полезного сигнала к сигналу помехи. что в устройство, содержащее оптический блок, две цепи, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных телевизионного датчика усилителя и вычитателя, сумматор, синхрогенератор и видеоконтрольный блок, при этом выход каждого из усилителей соединен также с неинвертирующим входом вычитателя другой цепи, а управляющие входы телевизионных датчиков соединены с первым выходом синхрогенератора, введены синхронный коммутатар, блок памяти и блок управления, а между оптическим блоком и оптическими входами телевизионных датчиков установлен блок формирования и смены спектральных зон, причем два информационных входа синхронного коммутатора подключены к выходам вычитателей, управляющий вход — к выходу блока формирования и смены спектральных зон, а выход - к первому входу сумматора, выход которого через блок памяти подключен к входу видеоконтрольного блока, второй выход блока памяти - к второму входу сумматора, пер25

35 вый выход синхрогенератора подключен также к первому управляющему входу блока памяти, а второй выход — к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом блока формирования и смены спектральных зон, с вторым управляющим входом блока памяти и управляющим входом видеоконтрольного блока.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит оптический блок 1, блок 2 формирования и смены спектраль ных зон, телевизионные датчики 3 и 4, усилители 5 и 6, вычитатели 7 и 8, синхронный коммутатор 9, сумматор 10, блок 11 памяти, видеоконтрольный блок 12, синхрогенератор

13 и блок 14 управления.

Оптический блок 1 может быть выполнен в виде одного объектива с расщипителем световых потоков либо в виде двух объективов, имеющих одно поле зрения. Блок 2 формирования и смены спектральных зон может быть выполнен в виде набора спектральных фильтров или дихроичных зеркал, ле реключаемых механически, либо в виде электро- и магнитооптических фильтров, переключаемых соответственно электрическими или магнитными сигналами. Телевизионные датчики 3 и 4 могут быть выполнены по известным схемам передающих камер (за исключением оптической части) на любых известных

ФЭПИ (передающие трубки, ПЭС-матрицы) с усилителями света и беэ них, и включать в свой состав различные узлы линейной обработки видеосигнала (апертурные и гамма-корректоры, схемы фиксации, схемы выделения сигналов нормированной длительности и т.п.).

Выходной сигнал может быть представлен как в аналоговой, так и в цифровой форме. В последнем случае в телевизионных датчиках должен быть установлен IQTI, а все последующие блоки выполнены в виде узлов цифровой обработки сигналов, при этом могут отсутствовать усилители 5 и 6.

Преобразование аналоговой формы сигнала в цифровую может быть осуществлено в любой части устройства, начиная от телевизионных датчиков 3 и 4 H кончая видеоконтрольным блоком 12. В случае аналоговой формы сигнала блок 11 памяти может быть выполнен с использованием ПЭС-матриц с электрическим вводом сигнала либо запоминающих трубок, а в случае цифровой формы сигнала — в виде извест- ных электрических или магнитных запоминающих узлов для цифровых сигналов. Видеоконтрольный блок 12 может представлять собой любые регистрирующие устройства: магнитофон, фоторегистратор, осциллограф и т.п., либо

1031004 но выбираются спектральные зоны, затем Организуются неОбхОдимые циклы и подциклы работы устройства.

В бор

Благодаря разнице температур солнечной поверхности (5800 К) и температуры газов протуберанцев (70008000 К) можно выбрать две спектральные зоны так, что первая зона будет лежать в коротковолновой области спектра, где динамический диапазон составляет 10, а вторая зона — в длинноволновой области спектра, где динамический диапазон более 10, т .е.

5 контраст меньше, чем в первой зоне при других применениях предлагаемого устройства необходимо выбирать. зоны исходя из максимальной разницы в контрастах с учетом отрицательного контраста). В этом случае. зоны должны иметь полностью или частично взаимно обратные характеристики. В дальнейшем поверхность Солнца будем называть фоном, а протуберанц — объектом изучения.

Работа устройства в цикле.

В начальный момент:(первый подцикл) блок 2 формирования и смены спектральных зон обуславливает рабОту в первой зоне телевизионного датчика 3 и во второй зоне телевизионного датчика 4.

При этом выходной видеосигнал телевизионного датчика 3 U имеет вид

° = -и,о

Ъ. Ф 0Б яс + 0, 1 где qg ф, "ов, +"О. с+ " щ 0ф — сигнал от фона .на второй зоне, "<@ — сигнал от объекта изу2 чения во второй зоне, ц — сигнал структурной помехи второго датчика 4, сигнал флуктуационной

1Ш помехи второго датчика 4.

Видеосигналы телевизионных датчиков 3 и 4 через усилители 5 и б по-. ступают на входы вычитателей 7 и 8, при этом коэффициенты пропускания лучистого потока на оптические входы телевизионных датчиков 3 и 4 в блоке

2 формирования и смены зон спектральных зон выбираются так, чтобы 0ф =U °

Но так как контраст в зонах различен, то Цо 4 00 видеосигнал от телевизионного датчика 3 поступает на инвертирующий вход вычитателя 7 и на

I где интерфейсный блок, предназначенный для передачи видеосигнала к другим устройствам системы.

При конкретном исполнении связи могут быть выполнены в виде шины, т.е нескольких линий, подающих сложный сигнал. Например, с телевизионного синхрогенератора 13 могут поступать тактирующие импульсы строк и

- полей, смесь гасящих и синхронизирующих импульсов, а в случае цифрового представления сигнала и при применении ПЭС-матриц, — тактирующие импульсы элементов и столбцов. При применении параллельного цифрового кода видеосигнал может подаваться по 35 шине в несколько проводов.

Различимость объектов при телевизионном наблюдении определяется отношением Ч величины сигнала от объекта изучения к величине помехи щ osp .Unp

Ообр — результирующий сигнал

Объекта изучения 25

Π— результирующий сигнал йр помехи.

При этом результирующий сигнал помехи 9П состоит из трех компонент: сигнала фона Оф, сигнала структурной помехи ОиС фотоэлектричес-. кого преобразователя иэображения, входящего в телевизионный датчик 3 или 4, сигнала флуктуационной помехи

Up p.

ilp ф пс Ш

З5 где

Работа устройства поясняется на примере наблюдения солнечных протуберанцев.

Наблюцение протуберанцев Ослож- 4g няется из-за большой яркости поверхности Солнца. Для протуберанцев, на ходящихся у края диска Солнца, фоном являетвя фотос4ера, а на самом дискеповерхность Солнца.

Благодаря прозрачности протуберанцев лучистый поток от них складывается с лучистым потоком фона, и в результате динамический диапазон яркостной составляет 104 -10 . Динамический диапазон телевизионных датчиков 3 и 4 5О составляет приблизительно 10 и т.д., 2. наблюдение солнечных протуберанцев с помощью такой системы невозможно. Если применить устройства подавления флуктуационных помех, то потребует- 55 ся накопитель с динамическим диапазоном более. 10 у (в 2 ), что трудно осуществимо даже при цифровом кодировании телевизионного сигнала. Кроме того, структурная помеха КЭПИ не поз-Я волит различить на телевизионном экране сигнал, составляющий 10 часть общего сигнала.

В данном устройстве эта задача решается следующим образом. Первоначаль65

U — сигнал фона в первой зо«: не, 0 — сигнал объекта изучения о в первой зоне, 0„ — сигнал структурной помехи Пс

ФЭПИ .первого датчика 3, 0 <ц — сигнал флуктуационной помехи первого датчика 3.

Видеосигнал телевизионного датчика соответственно имеет вид

1031004

10 (О +О

Ф GEE 2пс Ogù)> где также

30 (0<} <с 3 видеосигналы вычитателей 7 и 8 посту-. пают йа синхронный коммутатор 9, который под действием управляющего сигнала с блока 2 формирования и смены спектральных зон пропускает на свой инфбрмационный выход видеосигнала с того вычитателя ? или 8, на входе которого сигнал от объекта изучения в первой зоне U < положителен. В первый подцикл таким видеосигналом яв- 40 ляется видеосигнал первого вычитателя 7. Этот видеосигнал поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которого поступает видеосигнал с блока 11 памяти, выходной видео- 4$ сигнал с сумматора 10 поступает на вход блока 11 памяти, где хранится до сл6Д ющего подцикла, После первого подцикла в блоке 11 памяти хранится видеосигнал (3 „, равный щ0 .

017i = 1K- выч1 О=Овыч„ где ф - отношение сигнала от

О>и объекта изучения к флуктуационной помехе в выходном видеосигнале телевизионного датчика (3 или 4).

По прошествии 2Й подциклов по сигналу блока 14 управления с блока 11 памяти видеосигнал поступает на видеоконтрольный блок 12, синхронизируемый блоком 14 управления, а блок

11 памяти обнуляется. На этом заканчивается цикл. Повторение циклов осуществляется по сигналам блока 14 управления. Во время работы телевизионные датчики 3 и 4 и блок 14 управленеинвертирующий вход второго вычитателя 8, а видеосигнал от телевизионного датчика 4, соответственно, - на неинвертирующий вход вычитателя 7 и инвертирующий вход вичитателя 8. В результате на выходе первого внчитателя 7 видеосигнал Q+д „, имеет вид

1ьыч1 91 > "os1 1пс U1щ после преобразования получим

"1ВЫЧ1 ""Ф оэ1 "06 +"18С О по+" UU1> !5 так как

О -U, la„(«<, Ф1 Фа т.е. после вычитателя 7 сигнал фона 20

Оф значительно уменьшен, хотя величина флуктуационной помехи возросла, а величина сигнала структурной помехи остается неопределенной. соответственно видеосигнал на вы- 25 ходе вычитателя 8 имеет вид

tJ =G О -Ц 1.(! -О 1.0

1ьычд. Ф os1 -o6 "1ncñ, а.пс Ош >

На этом подцикл заканчивается. По сигналу с блока. 14 управления 14 блок 2 формирования и смены спектральных зон изменяет спектральные эоны работы телевизионных датчиков

3 и 4 так, что в первой зоне работает телевизионный датчик 4, а во второй — телевизионный датчик 3. В этом подцикле видеосигнал .на выходе первого вычитателя 7 имеет вид 180 >1 ОФ ООг + UO6<+ 1nc. ОаПС+ > Ш, а на выходе вычитателя 8

0=00+U Вью» 1 ф щ1 Оо -О1> с+О »с И Ош.

По окончанию переходных процессов с управляющего выхода блока 2 формирования,и смены спектральных эон поступает сигнал управления на управляющий вход синхронного коммутатора 9, и на его информационный выход проходит сигнал от второго вычитателя 8, т„е. сигнал, в котором сигнал от объекта изучения в первой зоне Цо положителен. Выходной видеосигнал сумматора 10, который хранится после второго подцикла в блоке 11 памяти, имеет вид.=О +О лК 2 Ю 2.Вь Ч 1ВЬЙ1 18M à

l 10ф+ Оо 1-<оБ +01ве >c+ 2Ощ .">1>>ф

Щ osq О1п . О п + "НОш= QQ1Оф+ (os(О об )1- Д Q ш

Таким образом, после двух подциклов в блоке 11 памяти хранится видеосигнал, в котором исключены сигналы структурных помех ФЭПИ обоих телевизионных датчиков 3 и 4. По прошествии 2 подциклов в блоке 11 памяти хранится сигнал вида

Ъ Г ЪО©1. " (О0 -О )+ Ийб

В этом видеосигнале отношение ф составит

<»< OS ООБа) Ж061-ЦОЫ 4Оф+ МЙОш +H g1 Оф О .

При точной установке коэффициентов пропускания в блоке 2 формирования и смены спектральных зон, правиль ном выборе зон и коэффициентов преобразования телевизионных датчиков, э,- С

О0 - О . Тогда результирующее отношение 9 равно

Ч = % О "= И9, Ul

1031004 ния тактируются сигналами от телеви- .. зионного синхрогенератора 13. для расчета количества подциклов . можно применить формулу . Н„=1Р =ЯЙ ) 5

Я 1 где ЕМ3 - ближайшие целое числок"

В приведенном примере для фикса. ции пространственного положения про- п туберанца достаточно Фр = 2, à 9y- fO ./ тогда динамический .диапазон К блока 11 памяти рассчитывается по формуле

Э ос т.е. при значительной величине структурной помехи по сравнению с флуктуационной помехой накопление не дает

5 выигрыша.

Предложенное устройство лишено это.

ro недостатка и позволяет различить объект изучения в тех случаях, когда известные устройства .этого не обеспе-, чивают, и увеличивает отношение полезного сигнала к сигналу помехи.

Составитель Г.Чадов

Редактор А.Шишкина Техред Т,Маточка

Корректор А.Ильин

Заказ 5236/59 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 -4 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

В рассматриваемом. примере..

8000 = 2, т.е. эна10t чительно меньше, чем при применении накопления без данного устройотэа.

В случае последовательного включения. устройств спектральной селекции и подавления йлуктуационных помех (накопление) требуется динамический диапазон блока 11 памяти равный к = -, г .

05 4 е

r e ц отношение сигнала фона к сигналу флуктуационной и структурной помехи, фактически равное динамическому диапазону телевизионной системы.

Применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить этот диапазон:

s. lp -раз. В случае pl + = 1 в абсолютном большенстве систем, не имеющих устройств подавления флуктуацион-. ных помех, объект изучения не различается, а в системах, где имеются такие подавители, основным мешаншим фактором становятся структурные помехи. При этом выигрыш gA) в отношении полезный сигнал к сигналу помехи,при неограниченном. объеме блока памяти, составляет

Д=