Устройство для центрирования изображений объектов

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах распознавания образов, системах наведения летательных аппаратов и робототехнических системах типа "глаз-рука". Целью изобретения является повышение точности устройства для центрирования изображений объектов. Поставленная цель достигается введением в устройство, содержащее фотоприемник 12, блок 10 перемещения фотоприемника, ключи 4-7, компаратор 2, сумматоры 8 и 9 и блок 1 синхронизации, элемента И 3 и элемента ИЛИ-НЕ 11 с соответствующими связями. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1529261 (so 4 С 06 К 9/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сд (Я

CO

h4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛМРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4257444/24-24 (22) 20.05.87 (46} 15.12.89. Бюл. ¹ 46 (71) Научно-производственное объединение космических исследований (72) А.И. Гавриш, К.Х. Исмаилов, И.И,Шваченко и О.И.Лебедев (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 1187186, кл . G 06 К 9/36, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1193701, кл. G 06 К 9/36, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРИРОЪАНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к автома-.

2 тике и вычислительной технике и мо-жет быть использовано в системах распознавания образов, системах наведения летательных аппаратов и робототехнических системах типа глаз рука. Целью изобретения является повьппение точности устройства для центрирования изображений объектов.

Поставленная цель достигается введением в устройство, содержащее фотоприемник 12, блок 10 перемещения фотоприемника, ключи 4-7, компаратор 2, сумматоры 8 и 9 и блок 1 синхронизации, элемента И 3 и элемента ИЛИ-НЕ 11 с соответствующими связями. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1529261

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах распознавания образов, системах наведения летательных аппаратов и робототехнических системах типа глаз — рука.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

На фиг. 1 представлена блок- 10 схема устройства; на фиг. 2 — блоксхема фотоприемника; на фиг. 3— блок-схема сумматоров и блока перемещения фотоприемника; на фиг. 4— блок-схема блока синхронизации; на 15 фиг. 5 — условное изображение объекта относительно центра оптического блока фотоприемника перед началом процесса центрирования изображения; на фиг. 6 — временные диаграммы ра- 20 боты устройства.

Устройство для центрирования изображений объектов содержит (фиг.1) блок синхронизации 1, компаратор. 2, элемент И 3, группу из четырех клю- 25 чей 4-7, первый 8 и второй 9 сумматоры, блок 10 перемещения фотоприемника, элемент ИЛИ-НЕ 11, фотоприемник 12, вход 13 установки порога срабатывания устройства, входы 14

"Пуск" и 15 "Сброс" и информационный выход 16.

Фотоприемник 12 (фиг.2) содержит

1 формирователь 17, матрицу 18 фотоэлементов, оптический блок 19, гене. ратор 20 импульсов, видеоусилитель 21, третий 22, первый 23, второй 24 и чет= вертый 25 выходы.

Каждый из сумматоров 8 и 9 содер. жит (фиг.3) реверсивный двоичный счет-40 чик 26 импульсов, элемент ИЛИ 27, триггер 28, два элемента И 29, 30, . а второй сумматор 9 дополнительно содержит элемент И-НЕ 31. Кроме того, сумматоры 8 и 9 имеют вычитающий вход 32; суммирующий вход 33, синхронизирующий вход 34 и выходы 35. Блок 10 перемещения фотоприемника содержит (фиг.3) группу из четырех элементов И 36, группу из четырех формирователей 37, группу из четырех исполнительных двигателей 38 и синхронизирующий вход 39.

Блок синхронизации 1 (фиг.4) содержит элемент НЕ 40, три формирователя 41 43 импульсов, первый и второй элементы задержки 44, 45, с пер-, вого по четвертый триггеры 46-49, с первого по третий элементы ИЛИ 50-52, первый 53 и второй 54 элементы И, элемент ИЛИ-НЕ 55, третий элемент задержки 56, входы 14 "Пуск" и 15

"Сброс", вход блокировки 16, кадровый 23 и гасящий 24 входы синхроимпульсов, уотановочный 34 и исполнительный 39 выходы, первый 57 и второй 59 управляющие выходы, второй 59 и первый 60 стробирующие выходы,а также третий 61 и четвертый 62 управляющие входы.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии двоичные счетчики 26 и триггеры 28, 46-49 установлены в состояние "0" (низкий уровень напряжения на информационных выходах). При этом на выходе элемента И 3 будет удерживаться сигнал "0", т. к. на его второй вход с выхода 60 второго элемента И 54 поступает сигнал "0". На выходе 16 элемента ИЛИ-НЕ 11 также удерживается сигнал "0", т.к. на выходе 59 первого элемента ИЛИ 50 имеется сигнал "1",. На исполнительном входе 39 блока синхронизации 1 удерживается сигнал "0", т.к. на входе 15 "Сброс" устройства имеется сигнал "0", а на выходе второго формирователя 42 удерживается сигнал "1". Таким образом, счетные импульсы на входы сумматоров 8 и 9 не поступают и на их выходах

35 удерживаются сигналы "0", а исполнительные двигатели 38 блока перемещения фотоприемника 10 обесточены.

На третьем выходе 22 фотоприемника 12 формируются импульсные после-, довательности, по которым поэлементно выводится информация на четвертом выходе 25. На первом выходе 23 формируются стандартные кадровые гасящие импульсы (КГИ), а на втором выходе 24 формируются стандартные импульсы-гасящий сигнал приемника (ГСП). Форма формируемых импульсов на выходах 22-25 показана на временных диаграммах (фиг.б).

Перед началом работы устройства заранее устанавливается порог его срабатывания на входе 13 установки порога срабатывания компаратора 2, наличие которого позволяет выделить изображение объекта из окружающего его фона.

Для запуска устройства на его вход 14 "Пуск" подается единичный импульс в момент времени t (фиг.б), 5 15 от которого второй триггер 47 опрокидывается и на его выходе устанавливается сигнал "1". При появлении на выходе. первого формирователя 41 короткого импульса, который формируется при перепаде сигнала на выходе элемента НЕ 40 из "0" в "1!! третий триггер 48 опрокидывается и на его выходе устанавливается сигнал !

I1 t!

С первого выхода 23 фотоприемника

12 импульсы поступают на вход элемента НЕ 40 блока синхронизации 1. В момент перепада сигнала на выходе ! элемента НЕ 40 из уровня "0" в уро-!! !! вень 1 на входе 34 первого формирователя 41 импульсов появляется короткий импульс, который поступает на синхронизирующие входы 34 сумматоров 8, 9 и первый установочный вход первого триггера 46, на выходе 57 которого устанавливается сигнал "1".

При одновременном наличии сигнала !! !!

0 на выходах 23 и 24 гасящего синхроимпуль са на выходе элемента ИЛИНЕ 5 5 появляе т ся сигнал " 1 ", который также появляется на выходе 60 второго элемента И 5 4 . В момент перепада сигнала на выходе элемента ИЛИ-НЕ 55 из уровня "0 " в урове чь " 1 " на выходе третьего формирователя 43 импульсов появляется короткий импульс, который поступает на первый установочный

I вход, четвертого триггера 49, на выходе 61 которого устанавливается сиги ал !! 1 !! .

Если амплитуда сигнала на четвертом выходе 2 5 фотоприемника 1 2 не меньше нижнего и не больше верхнего порогов срабатывания компа р атор а 2 и на e r o выходе 6 0 с тро биров ания имеет-!! !! ся сигнал 1, то на выходе компаратора 2 формируется сигнал " 1 " и при поступлений тактового импульса с третьего выхода 2 2 фотоприемника 1 2 на третий вход элемента И 3 на выходе последнего появляется единичный импульс, т . к . на второй вход элемента И 3 поступает сигнал с выхода 60 второго элемента И 5 4 (фиг . б ) .

С выхода элемента И 3 импульсы поступают на информационные входы группы ключей 4- 7, которые ре ализованы на элементах И-НЕ, и на выходах первого 4 и третьего б ключей появляют ся импульсы, а на выходах в торого 5 и четвертого 7 ключей будут

29261 6 удерживаться сигналы "1", т.к ° на первом 57 и третьем 61 синхронизирующих выходах блока синхронизации 1 имеются сигналы 1

Импульсы с выходов первого 4 и третьего 6 ключей поступают на вычитающие входы 32 сумматоров 8 и 9 соответственно. Если перед процессом центрирования проекция изображения объекта на плоскость XOY занимает положение относительно оптического блока 19, оптическая ось которого совпадает с осью OZ, как показано, например, на фиг. 5, то центр тяжести OÄ изображения объекта находится в первом квадранте системы координат XOY.

Импульс с выхода третьего форми.рователя 43 импульсов также поступает на вход второго элемента 45 задержки, на выходе которого через промежуток времени, равный половине длительности паузы между двумя последовательными гасящими импульсами ГСП на выходе 24, формируется короткий единичный импульс, и на инверсном выходе 62 четвертого триггера 49 устанавливается сигнал "1", т.е. импульсы с выхода элемента И 3 через четвертый ключ 7 будут поступать на суммирующий вход 33 второго сумматора 9.

Если содержимое двоичного счетчика 26 > второго сумматора 9 станет равным п где и — емкость счетчика, то на его выходе переполнения устанавливается сигнал 0!!, который опрокидывает пятый триггер 28 и на его выходе устанавливается сигнал

"1". Так как четвертый триггер 49 через промежуток времени, равный длительности полустроки изображения, последовательно переключается из состояния "1" в состояние "0" и обратно, то второй сумматор 9 последовательно суммирует или вычитает поступающие на его входы 32 и 33 им50 пульсы. Если в режиме вычитания во втором сумматоре 9 содержимое счет чика 26 становится равным нулю, то на его выходе обнуления появляется сигнал "0", а на выходе элемента

55 И-НЕ 31 устанавливается CHrH "1", который поступает на второй установочный вход триггера 28 и на era инверсном выходе устанавливается сиг!!1!!

1529261

Таким образом, на вычитающий вход 2 второго сумматора 9 последова2 тельно поступают количества импульов К р и К, прямо пропорциональ е площадям центрируемого изображеия объекта соответственно в четвером и третьем квадрантах системы оординат XOY а на суммирующий вход

3 второго сумматора 9 последоваельно поступают количества импульов К и К -,, прямо пропорциональные ощадям центрируемого изображения бъекта соответственно в первом и втоом квадрантах системы координат 15

OY (фиг.5).

Рaçäåëåíèå поля матрицы 18 фотолементов на квадранты осуществляется едующим образом. длительность им- 20 ульсов, формируемых на выходах перого триггера 46, равна длительности ерхнего и нижнего полукадров изобраения, а длительность импульсов, форруемых на выходах четвертого триг- 25 ера 49 равна длительности левой и

9 равой полустрок изображения, а путем огического умножения соответствуюх импульсов полустрок и полукадра ежду собой получается деление во вре-.30 ени поля изображения на квадранты.

Например, если осуществляется логическое умножение длительности импульса верхнего полукадра на длительность импульса левой полустроки, то таким об35 разом выделяем импульсный сигнал, ,длительность и временное положение которого соответствуют длительности и

1 временному положению четвертого квад;ранта изображения. Аналогично формируются импульсные сигналы для других квадрантов изображения. Поэтому импульсы с выхода элемента И 3, несущие информацию о видеоизображении, поступают на соответствующие счетные входы 45 сумматоров 8 и 9 во время длительности верхнего полукадра изображения, снача- . ла.из четвертого квадранта поля изоб ражения и затем — из первого квадранта поля изображения, а во время длительности нижнего полукадра импульсы, на входы сумматоров 8 и 9 сначала поступают из третьего квадранта поля изображения и затем — из второго квадранта поля изображения.

S5

Емкость и каждого счетчика 26 выбирается больше, чем максимально возможное из чисел К вЂ” К -,, т.е. результирующее количество импульсов Nz, зафиксированное вторым сумматором 9, равно:

При этом если центр тяжести О„ изображения объекта находится в первом или во втором квадрантах, то триггер 28z второго сумматора 9 будет находится в момент времени ". (фиг.б) в единичном состоянии и на выходе элемента И 29z второго сумматора 9 будет сигнал "1". Если же центр тяжести О. изображения объекта находит1 ся во втором или четвертом квадрантах, то триггер 28 < будет находиться в момент времени t.„ â нулевом состоянии и на выходе элемента И 309 второго сумматора 9 будет сигнал "1".

Аналогично импульс с выхода первого формирователя 41 импульсов также поступает на вход -первого элемента 44 задержки, на выходе которого через промежуток времени, равный половине длительности паузы между двумя последовательными кадровыми гасящими импульсами на входе

23, формируется короткий единичный импульс и на инверсном выходе 58 первого триггера 46 устанавливается сигнал "1", т.е. импульсы с выхода элемента И 3 через второй 5 ключ поступают на суммирующий вход 33 первого сумматора 8. Если содержимое двоичного счетчика 26„ первого сумматора 8 станет равным п, то на его выходе переполнения установится сигнал "0", который опрокинет триггер 28 и на его выходе установится сигнал "1", Так как первый триггер

46 через промежуток времени, равный длительности полукадра изображения, последовательно переключается из состояния "1" в "0" и обратно, то первый сумматор 8 последовательно суммирует или вычитает поступающие на его входы 32„ и 33„ импульсы. Таким образом, на вычитающий вход 32 первого сумматора 8 последовательно поступают количество импульсов К -„ и

К>, прямо пропорциональные площадям центрируемого изображения объекта соответственно в четвертом и первом квадрантах системы координат ХОУ, а на суммирующий вход 33„ первого сумматора 8 последовательно поступают количества импульсов К;, и К -,прямо пропорциональные площадям центриру152926) емого изображения объекта соответственно в третьем и втором квадрантах системы координат XOY (фиг .5), т.e .. результирующее количество импульсов 5

М,, зафиксированное первым сумматором 8, равно:

25 — (К;, +;„) — (К;„+ К ).

При этом если центр тяжести О . )О изображения объекта находится в первом ипи четвертом квадрантах> то триггер 28„ первого сумматора 8 находится в момент времени t (фиг .6) в нулевом состоянии и на выходе элемента И 30, первого сумматора 8 бу- дет сигнал "1". Если же центр тяжести 0„ изображения объекта находится. во втором или третьем квадрантах, то триггер 28 находится в момент вре t мени t,. в единичном состоянии и на выходе элемента И 29 первого сумматора 8 будет сигнал "1 .

При наличии сигнала "0 в момент времени t на выходе элемента НЕ I

40 на выходе первого элемента HJIH

50 также устанавливается сигнал "0", который через третий 56 элемент задержки 56 и через второй элемент KIH

51 поступает на вход. второго форми- 30 рователя 42 импульсов, что приводит к установлению на его выходе сигнала "О", длительность которого определяется временем, необходимым, чтобы исполнительному двигателю 38 переместить фотоприемник 12 на заданную величину вдоль осей ОХ или ÎY.

Время задержки импульса третьим элементом задержки 56 выбирается больше времени передачи импульса 40 элементом ИЛИ-НЕ 11.

Так как центр тяжести О, изображения объекта находится в первом квадранте (фиг.5), то на выходах

35 сумматоров 8 и 9, на выходе элемента И 30, первого сумматора 8 и выходе элемента И 29 второго сумматора 9 имеются сигналы "1", поэтому на выходе 16 элемента ИЛИ-HE

11 имеется сигнал "0" в момент вре50 мени t,, а на выходе 39 третьего элемента ИЛИ 52 устанавливается сигнал "1", который поступает на синхронизирующий вход- 39 блока перемещения фотоприемника 10 °

При перепаде сигнала из "0" в "1" на выходах второго 36 и третьего 36 элементов И группы на выходах второго 37 и третьего 37 формирователей группы устанавливаются сигналы заданной длительности и амплитуды, которые запускают второй 38 и третий 38> исполнительные двигатели группы, перемещающие фотоприемники )2 в положительном направлениях осей OY и ОХ соответственно . Аналогично первый 38

1 и четвертый 38+ исполнительные двигатели группы запускаются, когда фотоприемник 12 необходимо переместить в отрицательном направлениях осей OY и OX соответственно. После завершения элементарного перемещения фотоприемника 12 на заданный шаг исполнительными двигателями 38 группы в момент времени tz (фиг.6) на выходе второго формирователя 42 устанавливается сигнал ")", на выходе 39 третьего элемента ИЛИ 52 устанавливается сигнал "0",.который блокирует элементы

И 36 группы. При поступлении с выхода первого формирователя 41 на первый вход первого элемента И 53 единичного импульса третий триггер 48 опрокидывается и на его выходе устанавливается сигнал "1", который разрешает поступление импульсов с выхода

60 второго элемента 54 на второй вход элемента И 3. Единичный импульс с входа 34 первого формирователя 41 поступает также на синхронизирующий вход сумматоров 8 и 9, содержимое которых обнуляется.

Далее начинается следующий процесс вычисления чисел )")„ и Y сумматорами 8 и 9 соответственно, как описано выше для моментов времени от t до t, . Если изображение объекта отцентрировано, то по окончании процесса вычисления N, = N < = 0 и в момент времени t, когда на входе 23 кадрового синхроимпульса появляется сигнал "1", на выходе 16 элемента ИЛИ вЂ  11 также устанавливается сигнал "1", т.к. на всех входах элемента ИЛИ-НЕ ll имеются сигналы 0 . Наличие сигнала "1" на информационном выходе 16 устройства сигнализирует о том, что процесс центрирования изображения объекта завершен. ,Для остановки работы устройства, например, по окончании процесса центрирования необходимо на его вход 15

"Сброс" подать единичный импульс, который опрокидывает второй 47, а затем третий 48 триггеры, и на его инверсных выходах устанавливаются сигналы

"1", а на выходе 60 второго элемента

11 152 И 54 устанавливается сигнал "0, ко,торый блокирует работу элемента И 3,, на выходе которого также устанавли-.

:вается сигнал "0".

;Формула изобретения

1. Устройство для центрирования изображений объектов, содержащее фотоприемник, механически связанный с блоком перемещения фотоприемника, ключи, компаратор, сумматоры и блок синхронизации, одни из выходов которого подключены к синхронизирующим входам ключей, сумматоров и блока перемещения фотоприемника, о т л и— ч ающе е ся тем, что, сцелью повышения точности устройства, оно содержит элемент И и элемент ИЛИ-HF, выход которого является информацйонным выходом устройства и подключен к входу блокировки блока синхронизации, входы кадрового синхроимпульса и гасящего синхроимпульса которо- го соединены соответственно с первым и вторым выходами фотоприемника, другие выходы блока синхронизации подключены соответственно к входу стробирования компаратора, соединенному с вторым входом элемента И, и третьему входу элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого подключены к одним из выходов сумматоров, другие выходы которых подключены к управ ляющим входам блока перемещения фо топриемника, выход компаратора сое динен с первым входом элемента И, 1 ,третий вход которого подключен к третьему выходу фотоприемника, а выход — к соответствующим входам ключей, выходы которых соединены соответственно с вычитающими и суммирующими входами сумматоров, четвертый выход фотоприемника подключен к информационному входу компаратора, управляющий вход которого является входом установки порога срабатывания устройства, входами "Пуск" и "Сброс" которого являются соответствующие входы блока синхронизации, 2. Устройство по п.1, о т л и— чающее с я тем, что блок синхронизации содержит элемент НЕ, три

;формирователя импульсов, три эле12

9261

l5

50 дами блока.

55 мента задержки, четыре триггера,три элемента ИЛИ, два элемента И и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого, соединенный с входом элемента НЕ, яв- ляется входом кадрового синхроимпульса блока, второй вход является входом гасящего синхроимпульса блока, а выход подключен к второму входу второго элемента И и к входу третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второго элемента задержки и с первым установочным входом четвертого триггера, второй установочный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, первый и второй установочные входы второго триггера. являются соответственно входами Пускп и

"C6poc" блока, первый вход первого элемента И .подключен к выходу первого формирователя импульсов и входу первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым установочным входом первого триггера, первый установочный вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом элемента НЕ и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к инверсному выходу третьего триггера, а выход— к входу третьего элемента задержки, выход которого соединен с первым

° . входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого является входом блокировки блока, а выход подключен к вхо-„ ду второго формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и третьим входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, а выход — к первому установочному входу третьего триггера, второй установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, .а выход — с первым входом второго элемента И, второй вход третьего элемента ИЛИ подключен к второму установочному входу второго триггера, выходы первого формирователя импульсов, первого и третьего элементов

ИЛИ, второго элемента И, первого и четвертого триггеров являются выхо1529261! 52926) ! 52926) ggggg. 9Я йиод O

Ьаод 80

Яыкод 22

Югод 14

Вю од5У

Выкод!В дыходыеиеища3

Выхад351 йиодмелеипаМ дыкод Э5

Ьыкодэтиенао ggz

Ваиод Ю4

Aa àä51

Выкод И

ВыкодВО ЬИРд.укеп&юа42 бьиод алеиеивайО

Выюд зяенеяпа% дьиобэленентоМЛ быкод зяекектааИ диод,ум юаю И г, г, Рог.б е

Составитель Т. Ничипорович

Редактор М. Циткина Техред П.Олийнык Корректор М.Шароши

Заказ 7644/46 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †издательск комбинат "Патент", г ° Ужгород, ул. Гагарина, 103