Устройство совмещения изображений телевизионной стереопары

 

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности совмещения стереопары изображений различньпс масштабов.Для достижения цели в устр-во введены последовательно соединенные третий перемножитель 16, третий сглаживающий фильтр 17 и идентичные каналы формирования синхроимпульсов. Каналы содержат г-ры пилообразного напряжения 18,27, компараторы 19,20,28,29, триггеры 21,30, фазовые детекторы 22,31, интеграторы 23,32, суммирующие у-ли 24,33, дифференциальные у-ли 25,34, г-ры вобуляции 26,35, Т.обр., в данном устройстве дополнительно к существующим реализованы еще два следящих канала, с помощью которых обеспечивается совмещение масштаба видеосигналов стереоизображений . 2 ил. с S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (1) 1 Н 04 N 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1095454 (21) 4222140/24-09 (22,) 06.04.87 (46) 15,11.88. Бюл. N- 42 (72) В,И,Бражников, Л.Н.Марков и М,10,Полуэктов (53) 621.397 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ll 1095454, кл. Н 04 N 13/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО СОВМЕЩЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СТЕРЕОПАРЫ (57) Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам. Цель

Ф изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности совмещения стереопары изображений различных масштабов,Для достижения цели в устр-во введены последовательно соединенные третий перемножитель 16, третий сглаживающий фильтр 17 и идентичные каналы формирования синхроимпульсов. Каналы содержат г-ры пилообразного напряжения 18,27, компараторы 19,20,28,29, триггеры 21,30, фаэовые детекторы

22,31 интеграторы 23,32, суммирующие у-ли 24,33, дифференциальные у-ли 25,34, г-ры вобуляции 26,35.

Т.обр., в данном устройстве дополнительно к существующим реализованы еще два следящих канала, с помощью которых обеспечивается совмещение масштаба видеосигналов стереоизображений. 2 ил.

1438024

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам, может быть использовано для автоматической кор, рекции и совмещения стереоизображе5 ний в системах технического зрения роботов, в корреляционно-экстремальных системах навигации и т.д. и является усовершенствованием устройства по авт,св. Р 1095454. 1ð

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения воэможности совмещения стереопары изображений различных масштабов. 15

На фиг,1 представлена структурная электрическая схема устройства для совмещения изображений телевизионной стереопары; на фиг. 2 поясняется принцип управления изменением масшта- 2р ба изображения.

Устройство (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 блоки стробирования, первую 3 и вторую 4 стереотеленизионные передающие камеры (CTIIK), 25 синхронизатор 5, первый 6 и второй 7 перемножители, первый 8 и второй 9 преобразователи аналог — код, первый

10 и второй 11 интеграторы, первый

12 и второй 13 сглаживающие фильтры, первую 14 и вторую 15 переменные линии задержки, третий перемножитель

16, третий сглаживающий фильтр 17, первый капал формирования синхроимпульсов, состоящий из генератора 18

35 пилообразного напряжения, перного

19 и второго 20 коипараторов, триггера 21, фазового детектора 22, третьего интегратора 23, суммирующего усилителя 24, дифференциального усили- 40 теля 25 и генератора 26 вобуляции, и второй канал формиронания синхроимпульсов, состоящий из генератора

27 пилообразного напряжения, первого 28 и второго 29 компараторов,триг- гера 30, фазового детектора 31, третьего интегратора 32, суммирующего усилителя 33, дифференциального усилителя 34 и генератора 35 вобуляции.

Устройство совмещения изображений телевизионной стереопары работает следующим образом.

Пусть иэображение, формируемое второй СТПК 4, смещено вправо и ннерх по отношению к изображению, фориируе- °

55 мому первой СТПК 3, Предполагается, что строчная развертка осуществляется слева направо, а кадровая — снизу вверх. Таким образом, видеосигнал второй СТПК 4 запаздывает по отношению к видеосигналу первой СТПК 3 как в строках, так и в кадре на время, пропорциональное соответствующим смещениям изображений, при этом оба изображения, формируемые СТПК 3,4, имеют, предположим, один и тот же масштаб. Для совмещения изображений в укаэанных условиях необходимо переместить первое иэображение вправо и вверх на величину, равную смещениям второго изображения в этих же направлениях. Для этого достаточно задержать начала строчной и кадровой разверток первой СТЛК 3 на нремя,пропорциональное требуемым линейным смещениям первого изображения, Укаэанная задержка осуществляется с помощью управляемых переменных линий 14,15 задержек. В условиях,. когда величины смещений изображений неизвестны и могут случайным образом изменяться во нреиени из-за перемещения наблюдаемого объекта нли самих каиер, если они располржены на подвижном основании, требуется непрепынная антоматическая подстройка задержек строчных и кадровых син:ропипульсон для телекамеры. Поэтому для автоматической подстройки задержек в устройстве-.реа» лизонаны две петли слежения, Напряжения ошибок отслеживания смещений изображений формируются на выходах сглаживающих фильтров !2,13, образующих совместно с соответствующими перемножителями 6,7.строчный и кадроBbI1I корреляторы. Строчный и кадровый каналы отслеживания смещений изображений устроены и работают по одному и тому же принципу, поэтому далее более подробно поясняется работа строчного канала.

Чтобы напря..;ение сигнала ошибки, снимаемое со сглаживающего фильтра

12, было пропорционально ошибке совмещений изображений, в переиножителе

6 необходимо осуществить перемножение видеосигнала н каком-либо периоде строчной развертки (выбранной строки) первой СТПК 3 и производной от видеосигнала в той же строке второй СТПК 4. Селекция строк с одним и тем же номером осущестнляется в блоках 1,2 стробиронания, синхронизируемых строчными импульсами.

При этом и преобразователе 8 формируется напряжение, связанное с про3 14380 изводной видеосигнала в выбранной строке второй СТПК 4. Помимо дифференцирования в преобразователе 8 осуществляется преобразование продиф5 ференцированного сигнала к виду,удобному для реализации перемножения в п ервом пер емножителе 6: нормировка по амплитуде, сглаживание для уменьшения влияния шумов. В итоге выход- 16 ной сигнал первого сглаживающего фильтра 12 оказывается пропорциональным взаимной корреляционной функции видеосигнала, снимаемого с первой

СТПК 3, и производной от видеосигна- 15 ла, снимаемого с второй СТПК 4. Очевидно, что указанное напряжение равно нулю, когда видеосигналы совмещены и являются нечетно †симметричн функцией ошибки. В этом случае вы- 2р ходной сигнал первого интегратора

10 не изменяется по величине. Значит, не изменяется и задержка первой переменной линии 14 задержки строчных синхроимпульсов, запускающих генера- 25 тор строчной развертки первой СТПК 3.

В итоге относительное положение считанных с мишени СТПК иэображений также остается неизменным и одинаковым. При появлении рассовмещений 30 иэображений образуется отличный от нуля сигнал ошибки на выходе первого сглаживающего фильтра 12, который изменяет выходной сигнал первого интегратора 10 так, чтобы путем перестрой- 35 ки первой переменной линии 14 задержки изменялась задержка строчных синхроимпульсов первой СТПК 3 в направлении совмещения изображений.

Канал совмещения изображений по 4О кадру работает аналогично, однако во втором перемножителе 7 осуществляется умножение выборок видеосигналов

СТПК, сформированных по всем строкам кадра. Положение этих выборок опреде- 45 ляется фиксированной задержкой стробирующих импульсов относительно строчных синхроимпульсов. Выходной сигнал преобразователя 9 пропорционален производной указанной выборки для вто- 5п рой СТПК 4, т.е. производной от изображения в направлении кадровой развертки. В результате выходной сигнал второго сглаживающего фильтра 13 пропорционален ошибке совмещения изоб5 ражений в направлении кадровой развертки.

В ряде случаев иэображения, формируемые стереотелевиэионной парой, 24

4 имеют разный масштаб. Такая ситуация характерна для корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения, когда одна СТПК обеспечивает получение так называемой карты фактического курса, а другая — карты заданного курса, при этом карта фактического курса представляет, например, изображение местности, над которой движется летательный аппарат, а карта заданного курса — заранее подготовленное изображение той же местности, Масштабы карт фактического и заданного курсов могут существенно отличаться один от другого ° Совмещение стереоизображений объектов в этом случае требует измерения и компенсации не только их линейных смещений одного относительно другого, но и различий в размерах, масштабах, При этом случайное изменение во времени линейных смещений иэображений и их относительных масштабов обусловливает необходимость непрерывной автоматической коррекции стереоизображений путем соответствующей обработки видеосигналов, снимаемых с СТПК.

Обоснуем принцип управляемого изменения масштаба изображений, который иллюстрируется фиг.2, Положим, что наблюдается изображение темного объекта произвольной формы на окрыв:ощем светлом фоне (фиг ° 2а), При считыв" íè.è этого изображения развертывающий луч перемещается по линейному закону (фиг,26, сплошная линия), За время T„p — прямого хода строчной развертки — луч в строке переместится слева направо на расстояние Ь (размер мишени трубки). Форма видеосигнала имеет вид, изображенный сплошной линией на фиг.2в, Очевидно, длительность видеоимпульса, соответствующего изображе1i нию объекта, будет с = †--, где

Чо

1 — размер иэображения в данной строке:, v — скорость движения счис тывающего луча. Поскольку ъ = h/T„

Теперь пре положим, что за счет изменения длительности прямого хода строчной развертки (штриховая линия на фиг ° 26) при неизменном ее периоде скорость развертывания увеличиI лась и стала равной г = h/Ò V — п с о

Соответственно, ллительность видеосигнала (штриховая линия на фиг.2в) 1438024

5 будет, = 1 Тпр /h (Г ° Эначит, о изображению того же размера 1, соответствует импульс меньшей длительности, т.е. одной и той же длитель5 ности импульсов как бы соответствуют изображения разных размеров. Этот простой эффект и показывает возможность сжатия изображений при преобразовании их в видеосигнал за счет иэ- 1р мененич скорости развертки, если сохранять. неизменными период разверт( ки и амплитуду развертывающего тока (напряжения) в отклоняющей системе.

Принцип сжатия изображения, про- 15 иллюстрированный на примере строчной развертки, без каких-либо изменений переносится и на кадровую развертку.

Укаэанный принцип изменения маспттаба и схема соответствующего управ- 20 ляемого генератора развертки реализованы в предлагаемом устройстве.

В устройстве имеются четыре канала слежения; два — для совмещения 25 .изображений при их линейном смещении (по строкам и по кадру) и два — для совмещения по масштабам (также по строкам и по кадру). Каждый канал совмещения иэображений при линейном 30 смещении включает блок стробирования, перемножитель, преобразователь аналог — код., сглаживающий фильтр, интегратор и переменную линию задержки. Выходы переменных линий 14 1S заФ 35 держек обоих каналов отключены от вхоцов перной СТПК 3 и подключены к каналам формирования синхроимпульсов первой СТПК 3, позволяющим управлять скоростью разнерток для совмещения 4р иэображений по размерам. Указанные каналы включают генераторы 18,27 пилообразного напряжения, компараторы

19,20,28, 29, триггеры 21,30, дифференциальные усилители 25,34, сумми- 45 рующие усилители 24,33. В простейшем случае, когда масштабы иэображений одинаковы, триггеры 21,30 вырабатывают импульсы, длительность которых совпадает с длительностью прямого 5р хода соответственно строчной.и кадровой разверток. HflblMH словами, передние фронты импульсов триггеров н этом случае совмещены с синхронизирующими импульсами и, значит, просто дублиру" 55 ют нх.

Рассмотрим более подробно работу строчпого канала при совмещении изображеттий при неодинаковых их размерах.

Генератор 2б нобуляции вырабатывает периодический (например, синусоидальный) сигнал, который подается на первый вход суммирующего усилителя

24. На второй его вход подается управляющее напряжение с выхода интегратора 23. Пусть выходное напряжение интегратора 23 не меняется по неличине, Тогда ныходной сигнал суммирующего усилителя 24 будет периодически изменяться относитеттьно среднего значения, задаваемого интегратором

23. В дифференциальном усилителе 25 образуется сигнал, равный разности входных сигналов. При этом напряжение U„, действующее на втором входе дифференциального усилителя 25, равно амплитуде пилообразного напряжения, формируемого генератором 13.

Таким образом, уровни сравнения на компараторах 19,20 задаются выходны ми сигналами суммирующего и дифференциального усилителей 24,2S. За счет генератора 26 нобуляции уровни сравнения осциллируют около своих средних значений, равных U,-U „ < H

+ Ц „р,, где U >, — выходнбй сигнал интегратора ? 3, Соответственнопо осциллируют около своих средних положений и импульсы, вырабатываемые компараторами 19,20, а также периоди" чески, в небольших пределах, меняет.ся длительность импульса триггера

21, За счет этого периодически меняется дптттельность прямого хода строчной развертки, а следовательно, крутизна строчного развертывающего напря>кения в первой СТПК 3, В результате периодически меняется длительность ° (ìàñøòàá) видеосигнала в каждой строке развертки, Видеосигналы, снимаемые с СТПК 3,4, поступают на третий перемножитель 1б и далее на третий сглаживающий фильтр 17. Периодическое изменение (вобуляция) крутизны строчной развертки и соответствующее изменение временного масштаGa видеосигнала в строках первой

СТПК 3 приводят к наличию в выходном сигнале сглаживающего фильтра 17 небольшой по величине периодической составляющей. Амплитуда первой гармоники этой составляющей пропорциональна разнице в масштабах изображений, формируемых СТПК 3,4. В частности, если масштабы стереоизображений одинаковы, то амплитуда первой гармоники в выходном сигнале третьего сгла1438024 живающего фильтра 1 7 равна нулю.

Выделение напряжения, пропорционального амплитуде первой гармоники выходного сигнала третьего сглаживающего фильтра 17, являющегося сигналом ошибки совмещения изображений по масштабу в направлении строчного развертывания, осуществляется с помощью фазового детектора 22. С этой целью в качестве опорного на второй вход фазового детектора 22 подается напряжение с генератора 26 вобуляции. В итоге выходной сигнал фазового детектора 22 оказывается пропорциональным ошибке совмещения стереоизображений вдоль строк bio ux размерам. Выходной сигнал фазового детектора 22 подается на интегратор

23, который через суммирующий усилитель 24 и дифференциальный усилитель

25 изменяет уровни сравнения на компараторах 19,20 так, что крутизна строчной развертки первой СТПК 3 и, следовательно, масштаб видеосигнала, образующегося при развертывании ее изображения по строкам, сжимаются до масштаба видеосигнала второй

СТПК 4. При наступлении равенства масштабов амплитуда первой гармоники на выходе третьего сглаживающего фильтра 17 и выходной сигнал фазового детектора 22 становятся равными нулю. В этом случае выходное напряжв ние интегратора 23 перестает изменяться. В результате средние уровни сравнения на компараторах 19,20 также не меняются. Масштабы видеосигналов в строках, получаемых развертыванием стереоизображений пары СТПК, устанавливаются одинаковыми. При этом вследствие симметричной по отношению к началу и концу периода строчных синхроимпульсов регулировки длительности прямого хода строчной развертки (это обеспечивается соответствую щим изменением уровней сравнения на компараторах за счет дифференциального усилителя) при изменении масштаба видеосигнала первой СТПК 3 не происходит его смещения вдоль строки.Соответственно, перемещение иэображений .одного относительно другого не меняет выходного сигнала фазового детектора, поэтому каналы совмещения при линейном смещении иэображений и по их масштабам оказываются развязанными, не влияющими один на другого, 25 нератора 35 и накладывающейся в сум30

5

Аналогично работает канал сонмещения по масштабам изображений в направлении кадровой развертки.

С помощью генератора 27 пилообразного напряжения, синхронизированного кадровыми синхроимпульсами, компараторов 28,29 и триггера 30 регулируется длительность прямого хода кадровой развертки первой CTIIK 3. Управляющее напряжение вырабатывается ин-тегратором 32, на вход которого подается напряжение сигнала ошибки совмещения изображений по масштабу в направлении кадровой развертки,снимаемое с фазового детектора 31. Уровни сравнения пилообразного напряжения на компараторах 29,28 формируются в дифференциальном и суммирующем усилителях 34,33. Напряжение U на одном из входов дифференциального усилителя 34 выбирается равным по амплитуде пилообразному напряжению генератора

27, 3а счет вобуляции, снимаемой с гемирующем усилителе 33 на управляющий сигнал интегратора 32, обеспечивает ся периодическое изменение уровней сравнения и, значит, длительности импульса, снимаемого с триггера 30, Это приводит к небольшим колебаниям скорости кадровой развертки первой

СТПК 3. Значит, на выходах третьего перемножителя 16 и третьего сглаживающего фильтра 17 образуется сигнал, амлитуда первой гармоники которого гропорциональна различию в относительных масштабах видеосигналов изображений в направлении кадровой разв ер тки. Напряжение сигнала ошибки, пропорциональное амплитуде этой гармоники, в сигнале на выходе третьего сглаживающего фильтра 17 выделяется с помощью фазового детектора 31. При наличии разницы в масштабах изображений в направлении кадровой развертки выходной сигнал фазового детектора 31 приводит к изменению напряжения интегратора 32 и к соответствующему изменению уровней сравнения на компараторах 28,29. Кадровый масштаб видеосигнала первой СТПК 3 при этом меняется до тех пор, пока выходной сигнал фазового детектора 31 не станет равным нулю. Тогда выходной сигнал интегратора 32 фиксируется на достигнутом уровне. Масштабы видеосигналов СТПК 3,4 в направлении кадровой развертки устанавливаются оди9 I 43 иаковыми. Симметричное изменение уровней сравнения обеспечивает развязку каналов совмещения иэображений при линейных смещениях и по масштабам в направлении кадровой развертки.

Таким образом, в данном устройстве дополнительно к существующим реализованы еще два следящих канала, с помощью которых обеспечивается совме- 1 щение масштаба видеосигналов стереоиэображений.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство совмещения изображений телевизионной стереопары по авт.св.

У I095454, о т л и ч а ю щ е е с.я тем, что, с целью. расширения функциональных воэможностей путем обеспечения возможности совмещения стереопары иэображений различных масштабов, выходы первой и второй переменных линий задержек подключены к соответствующим входам первой сте: реотелевизионной передающей камеры через соответствующие введенные идентичные каналы формирования. синхроимпульсов, каждый пз которых состоит из генератора вобуляции, последо8024 о вательно соединенных генератора пилообразного напряжения, вход которого является первым входом канала формирования синхроимпульсов, первого ком5. паратора и триггера, выход которого является выходом канала формирования синхроимпульса, последовательно соединенных фазового детектора, первый вход которого является вторым входом канала формирования синхроимпульсов, третьего интегратора, суммирующего усилителя, дифференциального усилителя и второго компаратора, второй вход которого соединен . с первым входом первого компаратора, а выходс вторым входом триггера, причем выход суммирующего усилителя соединен. с вторым входом первого компаратора; а выход генератора вобуляцни соединен с вторыми входами суммирующего усилителя и фазового детектора и введены последовательно соединенные третий перемножитель, пс.рвый и второй

25 входы которого подключены к выходам первой и второй стереотелевизионных передающих камер, и третий сглаживающий фильтр, выход которого подключен к второму входу каждого канала формиgg рования сннхроимпульсов.