Способ автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к адаптивным системам, предназначенным для автоматического контроля фокусировки изображения в оптико-электронных приборах, например измерителях на фотоприемниках с переносом заряда. Цель изобретения - повышение точности автоматического контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта. Способ заключается в проецировании изображения объекта на фотоприемник, преобразовании спроецированного изображения в видеосигналы, выделении в каждом кадре сканирования разностей видеосигналов, выработке сигналов расфокусировки по выделенным разностям. Новым в способе является выделение только разностей положительной полярности, превысивших адаптивный порог, выделение адаптивного порога как среднего значения видеосигналов в предыдущем кадре сканирования, подсчет числа выделенных разностей, завершение контроля фокусировки по минимуму выделенной суммы. Устройство содержит оптически связанные объектив 1 и фотоприемник 2 с линейкой фоточувствительных элементов и двумя регистрами сдвига, блок 3 управления фотоприемником , компаратор 7, аналоговый сумматор 4, аналоговый интегратор 5, блок выборки и хранения 6, регистр 9, счетчик 8, цифровой компаратор 10 и блок 11 задержки. 2 с.п ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 В ? 09, 27/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4327372/10 (22) 17.11.87 (46) 15.01.91. Бюл. № 2 (?1) Кубанский государственный университет (72) Н.В.Бессарабов и П.И.Смаль (53) 771,317(088.8) (56) Заявка ФРГ ¹ 3340647, кл. G 02 В 7/11, 1985.

Патент США № 4535231, кл. G 01 J 1/20, 1985. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФОКУСИРОВКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ В

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОМ ПРИБОРЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к адаптивным системам, предназначенным для автоматического контроля фокусировки изображения в оптико-электронных приборах, например измерителях на фотоприемниках с переносом заряда. Цель изобретения— повышение точности автоматического контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта, Спо„„. ЖÄÄ 1620970 А1 соб заключается в проецировании изображения объекта на фотоприемник, преобразовании спроецированного иэображения в видеосигналы, выделении в каждом кадре сканирования разностей видеосигналов, выработке сигналов расфокусировки по выделенным разностям. Новым в способе является выделение только разностей положительной полярности, превысивших адаптивный порог, выделение адаптивного порога как среднего значения видеосигналов в предыдущем кадре сканирования, подсчет числа выделенных разностей, завершение контроля фокусировки по минимуму выделенной суммы. Устройство содержит оптически связанные объектив 1 и фотоприемник 2 с линейкой фоточувствительных элементов и двумя регистрами сдвига, блок 3 управления фотоприемником, компаратор 7, аналоговый сумматор 4, аналоговый интегратор 5, блок выборки и хранения 6, регистр 9, счетчик 8, цифровой компаратор 10 и блок 11 задержки. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1620970

Изобретение относится к адаптивным системам, предназначенным для автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе, например измерителе размеров и перемещений на фотоприемниках с переносом зарядов.

Цель изобретения — повышение точности автоматического контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ; на фиг. 2 — пример выполнения блока управления фотоприемником; на фиг.3— диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства, осуществляющего способ автоматического контроля фокусировки; на фиг, 4 — диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства с фотоприемником на основе прибора с переносом заряда с устройствами выборки и хранения на выходе, Устройство (фиг. 1) содержит оптически связанные объектив 1 и фотоприемник 2 с линейкой фоточувствительных элементов и двумя регистрами сдвига (например, фотоприемник с переносом заряда), блок 3 управления фотоприемником, выходами управления подключенный к управляющим входам фотоприемника 2, аналоговый сумматор 4, первым и вторым входами подключенный соответственно к выходам первого и второго регистров фотоприемника 2, аналоговый интегратор 5, входом подключенный к выходу аналогового сумматора 4, блок

6 выборки и хранения, информационным входом подключенный к выходу аналогового интегратора 5, компаратор 7, первым входом подключенный к выходу аналогового сумматора 4, вторым — к выходу блока 6, счетчик 8, регистр 9, цифровой компаратор

10 и блок 11 задержки. На фиг. 1 изображен также обьект 12 фокусировки, оптико-электронный прибор 13.

Суммирующий вход счетчика 8 подключен к выходу компаратора 7, вход сброса— к выходу сброса блока 3 управления фотоприемником.

Входы регистра 9 объединены с выходами счетчика 8 и подключены к информационным входам цифрового компаратора 10, выходы регистра 9 подключены к входам сравнения цифрового компаратора 10, выход "Меньше" которого подключен через блок 11 к входу записи регистра 9. Вход установки регистра 9 и вход синхронизации блока 6 выборки и хранения объединены и подключены к первому выходу прибора 13, 5

55 а вход сброса блока 3 управления фотоприемником подключен к второму выходу прибора 13, Выходы фотоприемника 2, выход сброса блока 3, выходы "Больше", "Равно", "Меньше" цифрового компаратора 10 подключены к соответствующим входам прибора 13, Блок 3 управления фотоприемником (фиг. 2) содержит генератор 14, первый логический элемент 2И 15, второй логический элемент 2И 16, первые входы которых объединены и подключены к выходу генератора

14, первый формирователь 17 импульсных последовательностей, входом подключенный к выходу первого логического элемента

2И 15, второй формирователь 18 импульсных последовательностей, первый блок 19 задержки, вход которого объединен с выходом второго логического элемента 2И 16, первый счетчик 20, суммирующим входом подключенный к выходу третьей импульсной последовательности формирователя 17, второй счетчик 21, суммирующим входом подключенный к аналогичному выходу формирователя 18, первый формирователь 22 стробов переписи, входом подключенный к выходу первого счетчика 20, выходом — к второму входу первого логического элемента 2И 15 и входу сброса первого счетчика 20, второй формирователь 23 стробов переписи, входом подключенный к выходу счетчика

21, выходом — к второму входу второго логического элемента 2И 16 и к входу сброса второго счетчика 21, инвертирующий блок

24 задержки, входом подключенный к выходу первого формирователя 22 стробов переписи, и второй блок 25 задержки, входом объединенный с выходом инвертирующего блока 24 задержки, Вход второго формирователя 18 импульсных последовательностей через электронный коммутатор 26 подключается либо к выходу второго логического элемента 2И 16 (положение "2"), либо к выходу первого блока 19 задержки (положение "1"). Выходы третьей импульсной последовательности первого и второго формирователей 17 и 18.подключены соответственно через первый 27 и второй 28 формирователя импульсов сброса к первому и второму входам сброса фотоприемника 2, Вход управления электронного коммутатора 26 является входом переключения блока 3 и подключен к первому выходу прибора 13.

При использовании фотоприемника, содержащего два регистра сдвига и два блока выборки и хранения на выходе, электронный коммутатор 26 исключают, а выход первого блока 19 задержки подключают к входу формирователя 18.

1620970

15

Выходы первой, второй и третьей импульсных последовательностей формирователя 17 подключены к управляющим фазным входам первого регистра сдвига фотоприемника 2. Выходы первой, второй и третьей импульсных последовательностей формирователя 18 подключены к второму регистру сдвига фотоприемника 2, Выходы первого формирователя 22 стробов переписи и второго формирователя 23 подключены соответственно к разрешающим затворам первого и второго регистров сдвига фотоприемника 2. Выход инвертирующего блока

24 задержки подключен к накопительному затвору фотоприемника 2, Выход второго блока 25 задержки подключен к входам сброса аналогового интегратора 5 и счетчика 8 (фиг. 1).

Устройство для осуществления способа автоматического контроля фокусировки работает следующим образом, Изображение объекта 12 проецируется объективом 1 на фотоприемник 2, в котором происходит преобразование спроецированного изображения в зарядовый рельеф, перепись зарядовых пакетов, накопленных в нечетных и четных фоточувствительных элементах соответствено в первый и второй регистры сдвига фотоприемника и сдвиг переписанных зарядовых пакетое к выходам регистров сдвига.

Кадр сканирования фотоприемника формируется сигналом 06 (фиг. 3), вырабатываемым в блоке 3 управления фотоприемником и поступающим на затвор накопления фотоприемника: В течение периода накопления Тн (низкий уровень напряжения íà затворе накопления) происходит преобразование спроецированного изображения в зарядовый рельеф. Ilo истечении Тн на затворе хранения формируется высокий уровень сигнала, во время действия которого (период переписи

Тп). равного 16 периодам Т, частоты сдвига, происходит перепись накопленных зарядовых пакетов в первый и второй регистры сдвига фотоприемника 2.

Сдвиг зарядовых пакетов в регистрах сдвига происходит во время действия высокого уровня сигнала 07 на разрешающем затворе второго регистра сдвига. Сдвиг синхронизирован е первом регистре первой, второй и третьей импульсными последовательностями Ug — U11, поступающими на управляющие входы регистра с выходов блока

3, во втором регистре — импульсными последовательностями 012 — 014. Сдвиг между сигналами 07 и 0е выбран равным половине периода Тс.

Блок 3 управления фотоприемником работает следующим образом (фиг. 2).

Импульсы с выхода задающего генераторэ 14 поступают через первый логический элемент 2И 15 на вход первого формирователя 17 импульсных последовательностей, на выходе которого вырабатываются первая, вторая и третья последовательности импульсов Ug — 011 для управления сдвигом зарядовых пакетов в первом регистре сдвига. Через второй логический элемент 2И 16, первый блок

19 задержки и электронный коммутатор

26 импульсы с выхода генератора 14 поступают на вход второго формирователя 18 импульсных последовательностей, вырабатывающего первую, вторую и третью последовательности импульсов 012 — 014 для управления сдвигом зарядовых пакетов во втором регистре сдвига фотоприемника

2, Формирователи 17 и 18 представляют собой триггерную систему на основе нереверсивного кольцевого регистра на трех

О-триггерах, С выходов третьей импульсной последовательности формирователей 17 и 18 сигналы U11 и 014 соответственно поступают на входы первого и второго формирователей

27 и 28 импульсов сброса, вырабатывающих импульсы сброса U!s и 01в для фотоприемника 2, а также на суммирующие входы первого и второго счетчиков 20 и 21. С выходов последних разрядов счетчиков 20 и

21 импульсы поступают на входы соответственно первого формирователя 22 стробов переписи и второго формирователя 23 стробов переписи, формирующих на выходах сигналы разрешения 0т и 0в, поступающие соответственно на затворы разрешения первого и второго регистров сдвига фотоприемника 2. Дополнигельно сигнал 07 поступает на второй вход первого логического элемента 2И.15. разрешая прохождение через него импульсов с выхода генератора 14, и на вход сброса первого счетчика 20, обнуляя его отрицательным фронтом. Соответственно, сигнал U8 с выхода блока 23 поступает на второй вход второго логического элемента

2И 16 и на вход сброса второго счетчика 21.

Кроме того, сигнал 07 поступает на инвертирующий блок 24 задержки, который формирует на выходе сигнал 0е, поступающий на затвор накопления фотоприемника 2. По положительному фронту сигнала Ue, задержанному вторым блоком 25 задержки, в конце каждого кадра сканирования производится сброс аналогового интегратора 6 и обнуление счетчика 8, По видеосигналам U1 и Uz, поступающим соответственно с выходов первого и

1620970 второго регистров сдвига фотоприемника 2 на суммирующий и вычитающий входы аналогового сумматора 4, аналоговым сумматором 4 вырабатывается разностный сигнал

0э (фиг. 1), который поступает на вход аналогового интегратора 5 и на первый вход компаратора 7, Эти же сигналы U> и 02 поступают в оптико-электронный прибор 13, где они суммируются и сглаживаются в режиме измерения, а по результирующей огибающей формируется результат измерения, Постоянная времени аналогового интегратора выбрана равной длительности кадра фотоприемника для того, чтобы к концу кадра сканирования на выходе аналогового интегратора формировалось напряжение, пропорциональное среднему значению видеосигналов за время кадра сканирования.

Таким образом, в конце каждого кадра сканирования на выходе аналогового интегратора формируется напряжение среднего .значения видеосигналов во время данного кадра сканирования.

Перед каждым циклом измерения в (i — 1)-м кадре сканирования со второго выхода прибора 13 поступает сигнал режима фокусировки, по положительному фронту которо о, синхронизированному с положительным фронтом сигнала Ое„происходит переключение коммутатора 26 в блоке 3 в положение "2" (фиг. 2), в результате чего импульсные последовательности 0и—

0д4 совпада1от по времени с импульсными последовательностями Ug — 011 соответственно, В i-м кадре сканирования с первого .выхода прибора 13 поступает сигнал начала фокусировки, по положительному фронту которого, также синхронизированному с положительным фронтом сигнала Ue, происходит запись в блок 9 выборки и хранения напряжения адаптивного порога, в качестве которого использовано среднее значение видеосигналов, сформированное на выходе аналогового интегратора к концу (i — 1)-ro кадра сканирования, и запись "1" во все разряды регистра 9, Записанное в блок 6 напряжение 04 адаптивного порога устанавливается на втором входе компаратора 7, который путем компарирования с ним поступающих с выхода аналогового сумматора 4 сигналов разностей 0з видеосигналов вырабатывает импульсы Us, соответствующие пересечениям разностей 0э положительной полярности адаптивного порога 04. Выделенные импульсы в течение кадра сканирования подсчитываются счетчиком 8, код суммы с

55 режим, например режим измерения размеров или перемещений.

В устройстве автоматического контроля фокусировки на основе фотоприемника 2 с переносом заряда, имеющего два регистра сдвига с блоками выборки и хранения на

50 выходов которого подается на информационные входы цифрового компаратора 10.

В цифровом компараторе 10 код суммы сравнивается с кодом "1", записанным в регистр 9. При первом сравнении на выходе

"Меньше" цифрового компаратора 10 формируется сигнал, так как код, записанный в регистр в 1-ом кадре сканирования, является максимально возможным. Указанный сигнал задерживается для завершения переходных процессов блоком 11 задержки. По положительному фронту задержанного сигнала, поступающего с выхода блока 11 происходит перепись в регистр кода суммы, подсчитанной счетчиком 8 в i-м кадре сканирования.

В последующих (i+1), (!+2)-м и т.д. кадров сканирования происходит выделение разностей 0з видеосигналов, превысивших в текущем кадре сканирования напряжение адаптивного порога, зафиксированного в конце (i-1)-го кадра сканирования, Каждый раз в текущем кадре сканирования на выходе "Меньше" цифрового компаратора вырабатывается импульс, по которому в приборе

13 формируется сигнал подвижки объектива в прямом направлении, а по задержанному блоком 11 фронту сигнала "Меньше" происходит перепись кода счетчика 8 в регистр 9.

Выработка сигнала "Меньше" продолжается в каждом кадре сканирования до тех пор, пока код суммы счетчика не сравняется с кодом, записанным в регистр в предыдущем кадре сканирования. При этом на выходе "Равно" цифрового компаратора

10 вырабатывается импульс, по которому в приборе 13 прекращается выработка сигналов, управляющих приводом (не показан) объектива 1.

В случае превышения кодов суммы кода, записанного в регистр, на выходе

"Больше" цифрового компаратора 10 вырабатывается импульс, по которому в приборе

13 вырабатывается сигнал подвижки объектива в обратном направлении. Данные сигналы вырабатываются до сравнения кодов, в результате которого на выходе "Равно" появляется импульс завершения процесса фокусировки, По отрицательному фронту сигнала режима фокусировки, поступающего со второго выхода прибора 13, электронный коммутатор 26 в блоке 3 переключается в положение "1", режим фокусировки завершается, и прибор 13 переходит в другой

1620970

10 выходе, фокусировка осуществляется без совмещения импульсных последовательностей в режиме фокусировки (фиг. 4). В этом случае исключены электронный коммутатор и связь блока 3 с прибором 13. Раэностный сигнал формируется по сигналам 0 и Uz, поступающим с выходов первого и второго блоков выборки и хранения фотоприемника

2. Режим фокусировки начинается с прихода сигнала начала фокусировки и завершается с изменением его уровня с "1" на "0", после чего прибор 13 переходит в другой режим, например режим измерения размеров или перемещений. Момент переключения режимов связан с приходом в прибор 13 положительного фронта сигнала, поступающего с выхода "Равно" цифрового компаратора 10, Формула изобретения

1. Способ автоматического контроля фокусировки иэображений в оптико-электронном приборе, заключающийся в том, что проецируют изображение объекта на фотоприемник, преобразуют спроецированное изображение в видеосигналы, в каждом кадре сканирования выделяют разности видеосигналов пар соседних элементов фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта, выделяют разности одной полярности, превысившие адаптивный порог, в качестве которого выбирают среднее в течение кадра сканирования значение разностей той же полярности, определяют количество выделенных разностей, по минимуму полученной суммы судят о завершении автоматической фокусировки.

2, Устройство для автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе, содержащее оптически связанные объектив и фотоприемник с линейкой фоточувствительных элементов и двумя регистрами сдвига, все

45 нечетные и четные элементы которого связаны соответственно с первым и вторым регистрами сдвига, блок управления фотоприемникомм, выходами управления подключенный к управляющим входам фотоприемника, компаратор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта, устройство снабжено аналоговым сумматором, первым и вторым входами подключенным соответственно к выходам первого и второго регистров сдвига фотоприемника, аналоговым интегратором, входом подключенным к выходу аналогового сумматора, блоком выборки и хранения, информационным входом подключенным к выходу аналогового интегратора. счетчиком, суммирующим входом подключенным к выходу компаратора, регистром, цифровым компаратором и блоком задержки, причем первый вход компаратора подключен к выходу аналогового сумматора, второй вход — к выходу блока выборки и хранения, входы регистра объединены с выходами счетчика и подключены к информационным входам цифрового компаратора, выходы регистра — к входам сравнения цифрового компаратора, выход "Меньше" которого через блок задержки подключен к входу записи регистра, в блоке управления фотоприемником имеется устройство для формирования сигнала сброса, выходом подключенное к входам сброса аналогового интегратора и счетчика, вход синхронизации блока выборки и хранения и вход установки регистра объединены и подключены к первому выходу оптико-электронного прибора, к второму выходу которого подключен вход переключения блока управления фотоприемником, выходы фотоприемника, выход сброса блока управления фотоприемником и выходы

"Больше", "Равно", "Меньше" цифрового компаратора подключены к соответствующим входам оптико-электронного прибора.

1620970

1620970

Тр =/б Tg

Составитель А,Вольппв

Редактор Т.Парфенова Техред M.Moðãåíòàë Корректор С,Шекмар

Заказ 4244 Тираж Подписное

ВНИИПИ осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101