Устройство для измерения координат объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА, содержащее телевизионную камеру, выхрд которой подключен к входам блока селекции импульсов синхронизации строчной развертки , блока выделения видеосигнала и блока селекдии импульсов синхронизации кадровой развертки, а также канал формирования сигнала координаты X и канал формирования сигнала координаты Y , каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения и компаратора, последовательно соединенных логического блока, блока фильтрации, интегратора и усилителя-суьматора, выход которого подключен к другому входу компаратора , причем вход генератора пилообразного напряжения канала формирования сигнала координаты V подключен к выходу блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения координат протяженных объектов, в неговведены,,два блока вычитания, решающий блок, в каждый из каналов формирования сигнала координаты Л и V введены генератор стробов, включенный между выходом компаратора и первым входом логического блока, генератор селекторных импульсов и элемент совпадения, соединенные последовательно и включенные между выходом блока .селекции импульсов синхронизации строчной развертки и вторым входом логического блока, причем другой вход элемента совпадения соединен с выходом блока выделения видеосигнала, а в канале формирования сигнала координаты X вход генератора пилообразного напряжения подключен к выходу блока селекции импульсов сл синхронизации к.адровой развертки, а также введен канал формирования сигнала координаты Z, выполнение которого идентично выполнению канала формирования сигнала координаты X и канала формирования сигнала координаты Y , при этом выход.интегратора канала формирования сигнала координаты X подключен к первым входам СП первого блока вычитания и решающего да блока, выход интегратора канала формирования сигнала координаты Y - к вторым входам первого блока вычитао со ния и решгиощего блока и к первому входу второго блока вычитания, второй вход Которого соединен с выходом интегратора канала формирования сигнала координаты Z , выход которого соединен с третьим входом решающего блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 04 N 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ,.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3482268/18-09 (22) 11.08,82 (46) 07.12,83, Бюл. 9 45 (72) Л.Н. Марков и A.Â. Мамонов (53) 621.397(088.8) (5b) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 640453, кл. Н 04 N 7/18, 1976.

2. Катыс Г.П. Оптические информационные системы роботов-манипуляторов. h1., Машиностроение, 1977, с. 232-235 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КООРДИНАТ ОБЪЕКТА, содержащее телевизионную камеру, выход которой подключен к входам блока селекции импульсов синхронизации строчной развертки, блока выделения видеосигнала и блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, а также канал формирования сигнала координаты Х и канал формирования сигнала координаты Y каждый из которых состоит из последовательна соединенных генератора пилообразного напряжения и компаратора, последовательно соединенных логического блока, блока фильтрации, интегратора и усилителя-сумматора, выход которого подключен.к другому входу компаратора, причем вход генератора пилообразного напряжения канала формирования сигнала координаты Y подключен к выходу блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности измерения координат протяженных объектов, „„Su„„1059703 А в него введены,два блока вычитания, решающий блок, в каждый из каналов формирования сигнала координаты Х и введены генератор стробов, включенный между выходом компаратора и первым входом логического блока генератор селекторных импульсов и элемент совпадения, соединенные последовательно и включенные между выходом блока .селекции импульсов синхронизации строчной развертки и вторым входом логического блока, причем другой вход элемента совпадения соединен с выходом блока выделения видеосигнала, а в канале формирования сигнала координаты Х вход генератора пилообразного напряжения подключен Е

Р к выходу блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, а также введен канал формирования сигнала координаты 2, выполнение которого идентично выполнению канала формирования сигнала координаты Х и ф канала формирования сигнала координаты Y при этом выход интегратора канала формирования сигнала координаты )(подключен к первым входам первого блока вычитания и решающего блока, выход интегратора канала фор.— мирования сигнала координаты У вЂ” к вторым входам первого блока вычитания и решающего блока и к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом интегратора канала формирования сигнала координаты 2 выход которого соединен с третьим входом решающего блока. . В

105970 3

Однако известное устройство не

45 обеспечивает достаточной точности измерения координат объектов, проекции которых на мишени видикона телекамеры представляют собой относительно тонкую линию, измерения угла нак 50 лона данной проекции к горизонтальной оси и оценки степени ее изгиба °

Цель изобретения — повышение точ° ности измерения координат протяжен- ных объектов.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения координат объекта, содержащее телевизионную камеру, выход которой подключен к входам блока селекции импульсов син- 60 ,хрониэации строчной развертки, блока выделения видеосиГнала и блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, а также канал формирования сигнала координаты Х и g5

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам и может быть использовано в робототехнических установках в качестве информационного датчика для наведения манипулятора на объекты типа трос, провод нли стержень, в .навигационных системах для слежения за линией горизонта, а также в аппаратуре контроля и управления полетами летательных аппаратов по инверсионному или дымовому 10 следу.

Известно устройСтво для измерения координат объекта, содержащее. телевизионную камеру, выход которой подключен к двум каналам Формирования 15 сигналов координат Х и У, а также синхрогенератор 1 g.

Однако устрбйство позволяет определять координаты объектов только по осям Х и Y . 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения координат объекта, содержащее телевизионную . камеру, выход которой подключен к входам блока селекции импульсов синхронизации строчной развертки, блока выделения видеосигнала и блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, а также канал формирования сигнала координаты К и канал формирования сигнала координаты

У,каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных генератора пилообразного нагряжения и компаратора, последовательно соединенных логического блока, блока. фильтрации, интегратора и усилителя-суьматора, выход которого подключен к другому входу компаратора, причем вход генератора пилообразного напряжения ка.- 40 нала формирования сигнала координаты Y подключен к выходу блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки (2 1. канал формирования сигнала координаты, каждый из которых состоит иэ последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения и компаратора, последовательно соединенныХ логического блока, блока фильтрации, интегратора и усилителя-сумматора, выход которого подключен к другому входу компаратора, причем вход генератора пилообразного напряжения канала формирования сигнала координаты 4 подключен к выходу блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, введены два блока вычитания, решающий блок, в каждый иэ каналов формирования сигнала координаты Х и введены генератор стробов, включенный между выходом компаратора .и первым входом логического блока, генератор селекторных импульсов и элемент совпадения, соединенные последовательно и включенные между выходом блока селекции импульсов синхронизации строчной развертки и вторым входом логического блока, причем другой вход элемента совпадения соединен с выходом блока выделения видеосигнала, а в канале формирования сигнала координаты Х вход генератора пилообразного напряжения подключен к выходу блока селекции импульсов синхронизации кадровой развертки, а также введен канал формирования сигнала координаты Z выполнение которого идентично выполнению канала формиро-. вания сигнала координаты Х и канала формирования сигнала координаты Y при этом выход интегратора канала формирования сигнала координаты Х подключен к первым входам первого блока вычитания и решающего блока, выход интегратора канала формирования сигнала координаты У вЂ” к вторым входам первого блока вычитания и решающего блока и первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом интегратора канала формирования сигнала координаты 2, выход которого соединен с третьим входом решающего блока.

На фиг.1 представлена структурная схема устройствами на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие формирование импульсов совпадения от сравнения последовательности видеоимпульсамну на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов ошибок измерения координат левой, средней и правой точек сечения проекции объекта на мишени видикона первым, вторым и третьим стробами (сигналы ошибок на входах интеграторов) . устройство содержит телевизионную к меру 1, блок 2 селекции импульсов синхронизации строчной развертки, блок 3 селекции импульсов синхрониэа1059703 ции кадровой развертки, блок 4 выделения видеосигнала, канал формирования сигнала координаты Х, состоя щий иэ генератора 5 пилообразного напряжения (ГПИ), компаратора 6, генератора 7 стробов, генератора 8 селекторных импульсов, элемента 9 совпадения, логического блока 10, блока 11 Фильтрации, включающего фильтры 12 и 13 и сумматор 14, интегратор 15 и усилитель-сумматор 16, канал формиронания сигнала координаты У, состоящий из ГПН 17, компаратора 18, генератора 19 стробов, генератора 20 селекторных импульсов, элемента 21 совпадения, логического 15 блока 22, блока 23 фильтрации, включающего фильтры 24 и 25 и сумматор

26, интегратор 27 и усилитель-сумматор 28, канал формирования сигнала координаты 2, состоящий из ГПН 29, ;р компаратора 30, генератора 31 стробон, генератора 3? селекторных импульсов, элемента 33 совпадения, логического блока 34, блока 35 фильтрации, включающего фильтры 36 . 25 и 37 и сумматор 38, интегратор 39 и усилитель-сумматор 40, а также первый блок 41 вычитания, второй блок 42 нычитания,и решающий блок 43. устройство работает следующим ое- З( разом.

Сигнал с телевизионной камеры 1 поступает на входы блоков 2 — 4, в которых селектируются соответственно импульсы синхронизации строчной раэ- 35 вертки, импульсы синхронизации кадровой развертки и видеосигнал. Импульсами синхронизации (фиг.2a) с выхода блока 2 запускаются генераторы 8, 20 и 32, формирующие селектор- 4() ные импульсы (фиг ° 2 б, g, a) с постоянной для каждого задержкой для первого импульса, „ - задержка 1 с ., 1 для второго L — задержка t3 и сн 2 для третьего "снз — задержка 3. . 45

Укаэанные эапаэдйвания определяются относительно строчных синхроимпульсов, следующих с периодом повторения тс . Сигнал Гсн i -сн и iCHЗ р имеющйе место в каждой телевизионной строке кадрового периода Тк, подают- . 5О ся на входы элементов 9, 21 и 33 совпадения, где сравниваются по временному положению с, видеоимпульсами иэображения объекта о, поступающими с блока 4, задержка которых относительно строчных синхроимяульсов в: каждом периоде Тс случайна и определяется положением и ориентацией проекции объекта на мишени видикона. На выходах элементов 9, 21 и 33 созна- 9) дения, имеются первый Гнс„(фиг. 2д), второй нс (фиг. 2н) и третий тес (Фиг. 2 ) ймпульсы совпадения, .пред- . ставляющие собой одиночные в течение кадрового периода импульсон и несущие информацию о точках пересечения изображением объекта вертикальных линий, вдоль которых перемещаются стробы. Импульсам „о (фиг.2) присвоены индексы к, 1, и ), указывающие номер телевизионной строки в пределах кадрового периода, где имеет место пересечение проекции объекта с первой, второй и третьей вертикальными линиями селектирующих импульсов.

Импульсы совпадения И С„ (фиг.Зa)

ИС (фиг.Зи) и ИС> (фиг. Зк) подаются с элементов 9, 21 и 33 совпадения на входы логических блоков 10, 22 и

34, куда одновременно поступают соответственно первый i< (фиг. 3 л), второй L g (фиг. Зм) и третий (фиг. Зн) стробы, представляющие

9 собой пачки .с нечетным (3-7) количеством импульсов, формируемые генераторами 7, 19 и 31 стробон. В логических блоках 10, 22 и 34 формируются сигналы (фиг. Зо, и, р ), причем положительные импульсы от первого строба (фиг. 3o) подаются на вход фильтра 12, а отрицательные на вход фильтра 13. Аналогично сглаживаются положительные и отрицательные импульсы от второго строба фильтрами 24, 25 и от третьего стробафильтрами 36 и 37. Сформированные фильтрами напряжения U+, 01, 0, 0

1

U и 0> подаются попарно йа сумматоры .14, 26 и 38, где формируются сигналы ошибок ОС0 =О(+О, 0СО 02 02

1 2 и(/с =0 + + U несущие инФормацию о величине и знаке рассогласования

Оз соответственно первого, второго и третьего стробов с изображением объекта. На фиг. Зп показан случай точного совмещения импульса совпадения,ИС2 с вторым стробом, когда число положительных и отрицательных импульсов равно, а напряжение ) U>+ (-lU2 t и сигнал ошибки 0со =0 + 0 -О, на фиг. 3 о — точного» совмещения импульсов ИС„с первым стробом, для которого VCo„=0++0„)0 à на фиг.3p— для Ц о = 0З+ U (О, т.е. неточного совмещейия импульса и С с третьим стробом.

Напряжения сигналов ошибок Осо

1 (сод и 0со интегрируются интегра торами 15, 27 и 39 и в ниде медленно меняющихся напряжений подаются на усилители-сумматоры 16, 28 и 40, где суммируются с юстировочными напряжениями Uo 00 u Uo компенсиз рующими запаздывание перепадов, Формируемых компараторами 6, 18 и 30 относительно середин первого, второго и третьего бтробов, т.е. юстироночные напряжения и И

03 2 с

1059703

Выходные напряжения интеграторов, воздействуя на генераторы стробов через усилители-сумматоры и .компараторы, вынуждают стробы смещаться таким образом, чтобы видеоимпульсы изображения делили их на равные

5 части, а напряжения сигналов ошибок стремились к нулю.

Выходные напряжения u- = U -0;, и U-=U--0;, блоков 41 и 4Р вычитайкия в впервом йриближении пропорциональны углам наклона oL и сЕ2. проекции изображения к горизойтальной оси мишени видикона и в определенной степени характеризуют ориентацию иэображения. При совпадении проек- 15 ции объекта с горизонтальной осью напряжения О =(у;,=0-, à u- =u =0;

Е ю в Д

Выходное напряжение решающего блока 43 пропорционально коэффициенту изгиба продольной оси изображения в средней области мишени видикона телекамеры. Определяется оно иэ уравнения U„-, = 1/2(01+0 )-Uji, т.е. решающий блок 43 содержит буьматор напря- 25 жений 01. и U - делитель полученной суммы на два и вычитающий каскад.

Для большей компактности структура решающего блока 43 на фиг.1 не раскрывается. Алгоритм вычисления решаю- З( щего блока 43 (напряжение ц = 1/2(01+

+ U< )g характеризует экстраполиро- . ванное положение продольной оси проекции объекта в сечении средней вертикальной линии по измерениям первым и третьим стробами, а измеренное напряжение U- - ее истинное поШ ложение, Очевидно, что разность этих напряжений, т.е. U„-, - 1/2 (О +О;,) — 0-„, характеризует величину изгйба изоб» ражения, а знак напряжения V„-, — его направление.

Дискриминационные характеристики каналов управления первым, вторым и третьим стробами идентичны. Их вид иллюстрируется зависимостями напряжений сигналов ошибок Ugg.от величи1 ны рассогласования середин стробов с продольной осью изображения дГ; (где = 1,2,3). Для первого и третьего стробов на фиг.3 показаны д, и

di>, Для второго строба в этом примере йТ =О.

Ступенчатый характер дискриминационных характеристик обусловлен формой стробов и импульсным характером представления изображения объекта при строчно-кадровом кодировании телевизионных сигналов. Ширина линейной части характеристики определяется длительностью строба Т

G1 т.е. количеством входящих в него строчных строб-импульсов.

Таким образом, наличие трех ка- налов с управляемыми следящими стробами позволяет измерять координаты неподвижного или перемещающегося произвольным образом изображения объекта, оценивать ориентацию продольной оси в координатах мишени видикона, измерять величину и направление изгиба изображения, что повышает точность измерения координат протяженных объектов.

1059703

1»вЂ”

Со ( (Зт

ВНИИПИ Заказ 9859/59

Тираж 677 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 @оф е@8у т (1

1 (1