Способ формирования и воспроизведения телевизионного сигнала изображения пространственно расположенных объектов и устройство для его реализации

 

1. Способ формирования и оспроизведения телевизионного (ТВ)- сигнала изображения пространственно расположенных объектов, ойнованный на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображения, их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении ТВ сигнала изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, перед воспроизведением ТВ сигнала изображения сигнал параллакса кодируют в условных цветах, модулируют по амплитуде одним из ТВ сигналов стереопары изображения и воспроизводят на экране синхронно с разверткой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g(g) Н 04 N 9/62,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3396392/18-09 (22),19.02.82 (46) 07.02.84. Бюл.№ 5 фиг. t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72) В, Ю. Алхазов и Б. Б. Некрасов (71) Особое конструкторское бюро биоло-. тической и медицинской кибернетики ЛенинградскЬго электротехниЧеского института им. В. И.Ульянова (Ленина) (53) 621.397 (088.8) (56) 1, Мамчев Г. В. Стереотелевидение. М., «Энергия», 1979, с. 17 и 21.

2.Там же, с. 13 и 14 (прототйп). (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО

СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО РАСПОЛОЖЕННЫХ ОБЪЕК„„SU„„1072289 А

ТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. (57) 1. Способ формирования и воспроизведения телевизионного (ТВ)- сигнала изображения пространственно расположенных объектов, основанный на формировании, двух ТВ сигналов стереопар изображения, их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении ТВ сигнала изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, перед воспроизведением ТВ сигнала изображения сигнал параллакса кодируют в условных цветах, модулируют по амплитуде одним из ТВ сигналов стереопары изображения и воспроизводят на экране синхронно с разверткой. PQ

1072289

2. Устройство .для формирования и воспроизведения телевизионного сигнала изображения пространственно расположенных объектов, содержащее две передающие ТВ камеры, выходы которых через блок совпадения соединены с первым входом преобразователя длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, цветной видеоконгрольный блок, вход управления которого соединен с четвертым выходом блока управления, отличающееся тем, что, с целью по1

Изобретение относится к прикладному телевидению, в частности к визуальному контролю за пространственным расположением предметов, и может быть использовано, например, при контроле и управле- 5 нии работой робота-манипулятора.

Известен способ формирования и воспроизведения телевизионного сигнала изображения пространственно расположенных объектов, основанный на формировании двух

ТВ сигналов стереопар изображения и их раздельном воспроизведении для левого и правого глаза соответственно (1).

Известно устройство для формирования и воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, 15 содержащее две передающие ТВ камеры. выходы которых соединены с двумя входами стер еотелевизион ного видеоконтрольного блока (ВКБ),перед экраном которого расположен. блок сепарации стереопар (1).

Однако данные технические решения не обеспечивают достаточно точного визуального определения взаимного расположения предметов по дальности (метрически неточны). При этом для сепарации стереопар требуется либо сложное оптическое устройство, либо специальные очки. Применение очковых средств сепарации стереопар ухудшает четкость и контрастность изображения при контроле за слабо освещенной сценой, например, при подводной работе, так как ухудшается различимость предметов на ЗО фоне.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ формирования и воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, основанный на формировании двух

ТВ сигналов стереопар изображения, их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении ТВ сигнала изображения (2). вышения точности воспроизведения ТВ сиг. нала изображения пространственно расположенных объектов, в него введены последовательно соединенные блок памяти, вход записи которого подключен к пятому выходу блока управления, цифроаналоговый преобразователь и блок цветового кодирования, три выхода которого соединены с первыми входами введенных трех перемножителей, выходы которых соединены с соответствующими входами цветного видеоконтрольного блока, а вторые входы трех перемножителей соединены с выходом одной из передающих ТВ камер.

Устройство для формирования и воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, содержащее две передающие ТВ камеры, выходы которых через блок совпадения соединены с первым входом преобразователя длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, выходы которых соединены с входами цветного стереотелевизионного ВКБ, вход управления которого соединен с четвертым выходом блока управления, при этом перед экраном цветного стереотелевизионного ВКБ размещен анаглифический блок сепарации стереопар (2).

Недостатками известных технических решений является сокращение глубины зоны наблюдения без двоения изображения, уве-, личение утомляемости оператора и так называемая борьба цветов, когда стереоизображение воспринимается, например, то как красное, то как синее. Все это ведет к низкой эффективности работы оператора при контроле и измерении пространственного расположения объектов.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования и воспроизведения TB сигнала изображения пространственно расположенных объектов, основанном на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображения, их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении

ТВ сигнала изображения, перед воспроизведением ТВ сигнала изображения сигнал параллакса кодируют в условных цветах, модулируют по амплитуде одним из ТВ сиг1 з налов стереопары изображения и воспроизводят на экране синхронно с разверткой.

В устройстве для формирования и воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных. объектов, содержащем две передающие ТВ камеры, выходы которых через блок совпадения соединены с первым входом преобразователя длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, цветной ВКБ, вход управления которого соединен с четвертым выходом блока управления, введены последовательно соединенные блок памяти, вход записи которого подключен к пятому выходу блока управления, цифроаналоговый преобразователь и блок цветового кодирования, три выхода которого соединены с первыми входами введенных трех перемножителей, выходы которых соединены с соответствующими входами цветного ВКБ, а вторые входы трех перемножт "чей соединены с выходом одной из передющих ТВ камер.

Согласно предлагаемому способу вместо черно-белого стереоизображения формируют моноскопическое изображение в условных цветах на экране цветного ВКБ. Цветность соответствует величине параллакса.

Изменение цветового тока изображения объекта вызвано его приближением или отдалением, а совпадение цветовых тонов двух поверхностей свидетельствует о нахождении их на одной плоскости пространства, пер\ пендикулярной оптической оси наблюдения.

Таким образом, из двух ТВ сигналов, формируемых пространственно разнесенными телекамерами, путем фазового сравнения участков ТВ сигналов, соответствующих идентичным элементам изображения, получают третий видеосигнал, который вследствие синхронизации развертки обеих камер оказывается пропорциональным величине линейного параллакса каждой точки изображения пространственно расположенных объектов. Сигнал параллакса подвергают цветовому кодированию в условных цветах, тем самым величина линейного параллакса каждой точки сцены соответствует определенному цветовому тону.

Для формирования ТВ изображения (модуляции яркости) на экране используют

ТВ сигнал только одной передающей ТВ камеры. Синхронно с разверткой изображения на экране воспроизводят также кодированный цветом сигнал параллакса. В результате выполнения всех указанных операций на экране формируется цветное изображение, причем цветовая окраска каждого элемента этого изображения зависит от пространственного расположения (по, 072289

5 l0

4

l глубине) соответствующей этому элементу точки сцены.

Такое изображение может быть названо квазиобъемным, поскольку оно отображает глубину пространства, хотя и закодированную в цвете. Подобное изображение может восприниматься наблюдателем непосредственно, без использования каких бы то ни было специальных оптических средств, например, очков.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства для формирования и воспроизведения ТВ сигнала изображения . пространственно расположенных объектов; на фиг. 2 — изображение разнесенных в пространстве призмы и цилиндра; на фиг. 3 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 амплитудная характеристика блока цветового кодирования; на фиг. 5 — квазиобъемное изображение на экране ВКБ предметов, приведенных на фиг. 2.

Предлагаемое устройство содержит (фиг. 1) две передающие ТВ камеры 1, блок

2 управления, блок 3 совпадения,преобразователь 4 длительности в код, блок 5 памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, блок 7 цветового кодирования, три перемножителя 8 и цветной ВКБ 9.

Устройство работает следующим образом.

Передающие ТВ камеры 1 формируют два ТВ сигнала, соответствующих двум изображениям контролируемой сцены (фиг. За и б). Для сравнения ТВ сигналов по фазе синхроимпульсы строчной развертки правой передающей ТВ камеры задерживают на величину 7, задаваемую блоком 2. Пределы изменения значения Г зависят от величины глубины контролируемого пространства и изменяются с каждым кадровым импульсом. Количество значений ь соответствует величине выбранной дискретности в определении дальности и ограничено количеством воспроизводимых цветов на экране ВКБ 9.

Оптимальное количество воспроизводимых цветов равно 64 и ему соответствует количество значений 7, например шесть (фиг Зв).

Как видно из сравнения графиков ТВ сигналов левой и правой передающих ТВ камер (фиг.3 а и д) при прохождении осей сканирования через один из исследуемых объектов амплитуды обоих ТВ сигналов одинаковы. Однако время появления и исчезновения ТВ сигналов совпадает лишь для объекта, находящегося на плоскости Р, удаленной от передающих ТВ камер на расстояние, соответствующее заданной задержке Г.

Используя эти свойства оба ТВ сигнала сравниваются в блоке 3 совпадений, который формирует выходной сигнал только при совпадении ТВ сигналов по амплитуде, фронту и длительности (фиг. 3 г).Появление импульса в сигнале .при величинах за1072289 б держки соответствует прохождению верхнего основания призмы через плоскости Р2-Р5 (фиг. 2), точки пересечения образуют линейные параллаксы, пропорциональные указанным величинам задержки.

Величины задержки поступают с блока

2 в виде импульсов соответствующей длительности на преобразователь 4 длительности в код и преобразуются в цифровой двоичный код. Импульсы с блока 3 поступают на преобразователь 4, разрешая передачу кода величины параллакса в блок 5 памяти матричного типа, куда код записывается по адресам, сформированным блоком

2 соответственно с разверткой левой передающей ТВ камеры 1. Таким образом, запись кода параллакса производится по координатам блока 5, соответствующим координатам нахождения точки .изображения с этим параллаксом на мишени видикона л6вой передающей ТВ камеры 1. Обновление всей информации блока 5 производится, за число кадров, равное числу значений Г.

Считывание всей информации из блока 5 памяти осуществляется на один кадр синфазно с разверткой левой передающей

ТВ камеры 1.

Считанная информация поступает на

ЦАП 6,на выходе которого появляется аналоговый сигнал, мгновенное значение которого соответствует величине линейного параллакса точки изображения, по которой в этот момент сканирует луч в видиконе левой передающей ТВ камеры 1 (фиг. 3 д).

Этот сигнал поступает на блок 7 цветового кодирования, где преобразовывается в соотношение трех сигналов К, 3 и С.

Изменению сигнала от минимального до максимального значения на входе блока 7 цветового кодирования соответствует изменение цвета на ТВ экране цветного ВКБ

9 от синего до красного через голубой, зеленый желтый (фиг. 4).

Цилиндр расположен ближе всего к передающим ТВ камерам 1 и его параллакс, определяющий напряжение U (фиг. 3 д), поступает в блок 7 цветового кодирования, на выходе которого по шинам К и 3 (фиг.Зе) появляются сигналы, окрашивая ТВ экран в желтый цвет (при максимальном параллаксе экран окрасился бы в красный цвет), аналогично и для других частей призмы.

Ближняя к наблюдателю грань призмы, находящаяся чуть дальше цилиндра, окрашивается в зеленый цвет: напряжение U< формирует сигнал на шине 3 блока 7 цветового кодирования. Видимое верхнее основание призмы окрашивается в цвета от зеленого до синего. Таким образом, происходит преобразование величины линейных параллаксов в цвет. ,Сигналы К, 3 и С поступают на перемножители 8, на вторые входы которых по10

55 ступает ТВ сигнал от левой передающей

ТВ камеры 1. В сигналах с выходов перемножителей 8 содержится информация о яркостных характеристиках элементов изображения (фиг. 3 ж).

Развертка цветного ВКБ 9 синхронизирована сигналами с блока 2 и синхронна с разверткой луча левой передающей ТВ камеры 1, по сигналам которой, поступающим с перемножителей 8, формирует на ТВ экране квазиобъемное изображение сцены, яркость и цветность каждого элемента которого определяется соответствующими амплитудой левого видеосигнала и цветовым кодом линейного параллакса (фиг. 5).

В известных способах удаленность объектов определяется человеком -оператором по предъявляемому ему стереотелевизионному изображению пространства на основе механизмов бинокулярного зрения человека. При этом разрешающая способность по глубине хуже, чем порог стереоскопического глубинного зрения невооруженного глаза равного 30", который также зависит от яркости наблюдаемых объектов.

Это значит, что при рассматривании двух точек, удаленных примерно на 45 см и отстоящих друг от друга во фронтальной плоскости на 6 мм наблюдатель может оценивать их относительную глубину с точностью до 1,5 мм, что составляет 25 /о измеряемой величины. Классификационные возможности наблюдателя по глубине воспринимаемого пространства — 3 уровня.

Человек-оператор определяет удаленность по цветовому изображению объекта, следовательно, разрешающая способность по глубине увеличивается за счет автоматического раскрашивания деталей изображения в условные- цвета. Поскольку на экране цветного ВКБ можно получить 256 цветов, а следовательно, и порогов по глубине, то точность составляет 0,5О/q от измеряемой величины. Классификационные возможности человека при этом способе составляют 28 уровней.

На точность различния глубины влияет врем я экспозиции. Порог стереоскопической глубины невелик и постоянен при времени восприятия 3 с, с уменьшением времени экспозиции порог увеличивается. Восприятие цвета также зависит от времени экспозиции. Для правильного восприятия цвета оно должно быть не менее времени средней длительности фиксации взгляда, которое составляет для отметок на экранах

0,37 с.

Таким образом, в результате уменьшения времени восприятия глубины пространства закодированного цветом повышается производительность труда оператора, а также снижается его утомляемость.

Предъявление изображения сцены в предлагаемом устройстве происходит одновре7 менно для всех планов рельефа. Оператору, воспринимая изображение, .реализованное при помощи предлагаемого устройства, не приходится держать в зрительной памяти (она ограничена) планы предъявленных рельефов. Кроме того оператор имеет возможность воспринимать реальное изображение сцены одновременно с изображением планов, что невозможно в известном устройстве.

Реальное изображение отображается на эк1072289 ране цветного ВКБ,за счет перепадов яркости цветного изображения.

Представление планов рельефа в цветном изображении позволяет увеличить их количество, так как разрешающая способность глаза в цвете выше, чем при восприятии черно-белого изображения. Все это в конечном счете приводит к появлению возможности повышения сложности решаемых задач.

4ъг. Z

1072289 при при при Гу при

opll Zy при при Г при Ту при 7 при Г

1072289 макс макс

Л. МакС

g,5 g/у. макс

Фиг. 4

Строка

+/рпрока

+2стро/га

Тслрона

+фо/щюга

>Pifl6PWC

+Юстрока

7стржа

Составитель Г. Росаткевич

Редактор Л. Пчелинская Техред И. Верес Ко екто О. Билак

Заказ 11585/53 Тираж 635

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4