Телевизионный измеритель координат подвижных точечных объектов

 

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано в телевизионных (ТВ) системах, следящих за множеством подвижных точечных объектов. Цель изобретения - увеличение количества одновременно измеряемых подвижных точечных объектов. Цель достигается за счет включения в известное устройство квантователя 3, блока 4 задержки, блока 5 выделения изолированной фигуры, блока 6 измерения размера проекций, блока 7 выделения центра объекта, блока 8 формирования грубой оценки координат и блока 9 хранения координат и размеров проекций, что позволяет осуществлять запись в блок 10 памяти в темпе ТВ развертки, а считыватель - в темпе обработки фрагментов, содержащих изображение объектов. Такой режим работы блока 10 позволяет уменьшить избыточность поступающей информации. 5 ил.

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано в телевизионных системах, следящих за множеством подвижных точечных объектов (МПТО). Цель изобретения - увеличение количества одновременно измеряемых подвижных точечных объектов. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - совместная структурная электрическая схема блока измерения размера проекций, блока выделения центра объекта и блока формирования грубой оценки координат; на фиг. 3-5 - представлены соответственно структурные электрические схемы блока хранения координат и размеров проекций, блока памяти и формирователя адреса считывания. Устройство содержит (фиг. 1) передающую телевизионную камеру (ПТК) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, квантователь 3, блок 4 задержки, блок 5 выделения изолированной фигуры, блок 6 измерения размера проекций, блок 7 выделения объекта, блок 8 формирования грубой оценки координат, блок 9 хранения координат и размеров проекций, блок 10 памяти, блок 11 регистров и вычислитель 12. Совместная структурная электрическая схема блока измерения размера проекций, блока выделения центра объекта и блока формирования грубой оценки координат (фиг. 2) содержит логический блок 13, первый, второй и третий сумматоры 14, 15 и 16, первый и второй блоки 17 и 18 ключей, компаратор 19, схему И 20, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 21 и первый и второй счетчики 22 и 23. Блок хранения координат и размеров проекций содержит (фиг. 3) ГТИ 24, первый и второй счетчики 25 и 26, первую и вторую линии задержки (ЛЗ) 27 и 28, элемент 2И-НЕ 29, схему 30 формирования импульсов состояния ОЗУ, коммутатор 31, элемент НЕ 32, с первого по четвертое ОЗУ 33-36 и первый и второй регистры 37, 38. Блок запоминающего устройства содержит (фиг. 4) ГТИ 39, первый и второй счетчики 40 и 41, схему 42 формирования импульсов состояния ОЗУ, триггер 43, ЛЗ 44, первую и вторую схемы 45 и 46 3И, формирователь 47 адреса считывания, коммутатор 48, инвертор 49, первое и второе ОЗУ 50 и 51 и регистр 52. Формирователь адреса считывания содержит (фиг. 5) с первой по четвертую ЛЗ 53-56, первый и второй делители 57 и 58 на два, с первого по четвертый элементы 59-62 2И, с первого по четвертый сумматоры 63-66, первый и второй счетчики 67 и 68 и первый и второй компараторы 69 и 70. Устройство работает следующим образом. Изображение наблюдаемой сцены (например, звездного неба) преобразуется ПТК 1 (фиг. 1) в электрический сигнал. С выхода ПТК 1 ТВ сигнал поступает в АЦП 2 для преобразования в цифровую форму и последующей записи в блоке 10, одновременно ТВ сигнал поступает в квантователь 3, в котором преобразуется в бинарную форму, таким образом, что видеосигнал от объектов принимает значение "1", а от фона "0". Преобразование телевизионного сигнала в бинарную форму позволяет существенно снизить объем телевизионной информации и упростить алгоритмы обработки сигнала с целью выделения МПТО. Квантователь построен на базе цифрового компаратора. С выхода квантователя 3 сигнал поступает в блок 4, в котором формируется сканирующая многоэлементная апертура (МА). МА позволяет осуществить в темпе реального времени анализ окрестности текущего элемента. МА формируется с использованием линий задержек на строки и элементы. Существует несколько вариантов реализации блока задержек для формирования МА. Например, блок 4, представляющий собой М последовательно соединенных сдвиговых регистров, содержащих К ячеек, где К равно числу элементов разложения в строке, выходы первых N ячеек сдвиговых регистров поступают на выход блока 4. С выхода блока 4 М х N сигналов МА одновременно поступают в блок 5 для выделения изолированной фигуры в телевизионном изображении. Наличие этого блока связано с необходимостью разрешения близко расположенных объектов. При сканировании изображения в зону МА последовательно попадают все МПТО. При попадании нескольких объектов их необходимо различить. В блоке 5 осуществляется выделение единственного объекта (изолированного от других), у которого хотя бы один элемент совпадает с центральным элементом зоны МА. Выделение объекта осуществляется с помощью выполнения логических операций путем проверки связности элементов, начиная от центрального и периферийным. Центральный элемент называется точкой инициализации. Выделение всей изолированной фигуры осуществляется за время длительности одного элемента разложения телевизионного изображения Т_э. В результате обработки сигналов в блоке 5 на его выход поступают (М х N) сигналов, которые содержат изображение только одной, находящейся в центре фигуры. Эти (М х N) сигналов поступают в блок 6 для измерения размеров проекций. В блоке 6 осуществляется измерение линейных размеров объекта. Под размерами понимаются проекции объекта на горизонтальную и вертикальную оси координат Х, Y. Измеряются только те объекты, центры которых с точностью до дискрета совпадают с центральным элементом апертуры. Конкретная форма объекта в процессе измерения роли не играет. Одновременно при измерении проекции осуществляется выделение момента времени, когда объект находится в центре апертуры, формируется импульс объекта (ИО) и происходит измерение координат выделенного центра объекта. Все эти операции выполняются блоками 6, 7 и 8. Работа блоков взаимосвязана, поэтому их структурная схема приведена на общей фиг. 2. Измерение проекции L_x, L_y координат Х, Y и формирование ИО происходит следующим образом. Все (М х N) сигналов, содержащих изолированную фигуру, с выхода блока 5 поступают на вход блока 6 для измерения размера проекций. Группами построчно сигналы подключаются к входу канала Y (блок 13, состоящий из M, N-входовых схем ИЛИ), все М х N сигналов блока 5 группами по столбцам подключаются к входам канала Х (второй логический блок которого аналогичен блоку 13 и состоит из N x M-входовых схем ИЛИ). Таким образом, сигналы с выходов каждой строки и выходов каждого столбца МА блока 5 поступают на входы одной из схем ИЛИ логических блоков. Подключение выходов элементов каждой строки по входам соответствующего этой строке элементу ИЛИ логического блока 13 эквивалентно формированию проекции изображения изолированной фигуры в зоне МА на вертикальную ось. Аналогичная операция с элементами столбцов изолированной фигуры в зоне МА эквивалентна формированию проекции такого же изображения на горизонтальную ось. С выходов логических блоков сигналы, соответствующие проекциям объектов, подвергаются преобразователям в каналах Х и Y обработки. Рассмотрим работу одного из каналов - канал Y. Все сигналы проекции делятся на две равные части, содержащие по M/2 сигналов (если количество сигналов М - нечетное, центральный элемент исключается). Сигналы, соответствующие первой половине проекций фигуры, поступают на сумматор 14, сигналы второй половины - на сумматор 15, с выходов сумматоров полученная сумма поступает на вход сумматора 16 и одновременно на компаратор 19. При равенстве сумм на входе компаратора 19 на его выходе формируется импульс, означающий что объект по оси Y находится в центре апертуры. При одновременном формировании импульсов на выходах компараторов каналов Х, Y на выходе схемы 20 (выход блока 7) формируется импульс объекта (ИО). Одновременно на выходе сумматора 16 формируется код размера проекции объекта. Через блок 17, который открывается ИО, код размера проекции объекта L_x, L_y поступает на выход блока 6. Коды координат Х, Y объектов формируются с помощью счетчиков 22 и 23 и стробируются ИО с выхода схемы 20 в блоке 18. Синхронизация в блоке 88 осуществляется с помощью ГТИ 21. Полученные координаты объектов Х, Y и размеры их проекций L_x, L_y поступают в блок 9 (фиг. 3). Этот блок предназначен для записи данных об объектах текущего кадра и считывания предыдущего кадра. Блок 9 содержит две группы ОЗУ (ОЗУ 33, 35 для хранения хода координат Х, Y и ОЗУ 34, 36 для хранения кода размера L_x, L_y). ОЗУ 33-36 работают в режимах записи и считывания поочередно от кадра к кадру. Управление режимами работы осуществляется сигналом 3п/Сч, поступающим через элемент 32 из блока 10. Блок 9 состоит из формирователя адреса записи и считывания (счетчики 25 и 28), схемы 30, построенных на базе линий задержек 27, 28 и элемента 29. С помощью коммутатора 31 происходит коммутация адресов записи, считывания и импульсов ВК1, ВК2 на входах ОЗУ, в зависимости от того, в каком из режимов записи или считывания находится то или иное ОЗУ. На выходе ОЗУ установлены регистры 37, 38. Синхронизация всех схем блока 9 осуществляется генератором тактовых импульсов 24. Координаты Х, Y и размеры L_x, L_y, считанные из ОЗУ блока 9, поступают в блок 10, а координаты Х, Y одновременно и в блок 11. Блок 10 предназначен для записи ТВ изображения (данных) текущего кадра и считывании фрагментов изображения (данных), содержащих объекты предыдущего кадра. При этом запись данных в блок 10 осуществляется в темпе телевизионной развертки, а считывание (регистр 52) - в темпе, обеспечивающем работу вычислителя. Блок 10 (фиг. 4) содержит блоки ОЗУ 50 и 51, работающие поочередно в режимах записи и считывания, которые управляются сигналом Зп/Сч, формируемым триггером 43, через элемент 49. В блок 10 входит также формирователь адреса записи (счетчики 40, 41), схема 42, состоящая из триггера 43, ЛЗ 44 и элементов 45 и 46, и формирователь 47. Так как ОЗУ 50 и 51 от кадра к кадру поочередно работают в разных режимах, то должны меняться на их входах адреса, данные и импульсы состояний. Коммутация адресов считывания, записи, а также импульсов состояний ВК1 и ВК2 осуществляется коммутатором 48. Синхронизация в блоке 10 осуществляется ГТИ 39. Запись изображения в блок 10 осуществляется по всему кадру, а считывание производится только фрагмента изображения, содержащего объект. Код адреса считывания формируется с использованием грубой оценки координат Х, Y и размера проекций объекта L_x, L_y, считываемых из блока 9. В формирователе 47 формируется код адреса для считывания фрагментов изображений, ограниченных координатами X- , X+ , Y- , Y+ Формирователь 47 (фиг. 5) построен с использованием делителей 57, 58, элементов 60, 61, сумматоров 63-66, счетчиков 67, 68, компараторов 69, 70. Сброс счетчиков 67, 68 производится задним фронтом кадрового синхроимпульса, выделенного с помощью ЛЗ 53 и элемента 59. Линии задержки 54-56 предназначены для компенсации задержки сигналов. На выходе элемента 62 формируется импульс конца считываемого фрагмента. Вычислитель 12 предназначен для расчета с высокой точностью координат Х, Y множества подвижных точечных объектов. Вычисление координат происходит с помощью выражения для центра масс в два этапа. Вначале рассчитываются координатные ошибки объекта Δ Х, ΔY относительно центра строба ΔX= ; Y= , где S_ij - отсчеты видеосигнала, а затем получают координаты объекта X= X_го+ΔX; Y= Y_го+ΔY; где Х_го, Y_го - оценка координат с точностью до дискрета, полученных в блоке 8 формирования грубой оценки координат. (56) Системы технического зрения. /Под ред. А. Н. Писаревского и А. Ф. Чернявского. - Л. : Машиностроение, 1988, с. 137, рис. 3.19.

Формула изобретения

ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КООРДИНАТ ПОДВИЖНЫХ ТОЧЕЧНЫХ ОБЪЕКТОВ , содеpжащий последовательно соединенные пеpедающую телевизионную камеpу, аналого-цифpовой пpеобpазователь, блок запоминающего устpойства, блок pегистpов и вычислитель, выход котоpого является выходом устpойства, отличающийся тем, что, с целью увеличения количества одновpеменно измеpяемых подвижных точечных объектов, в него введены последовательно соединенные квантователь, блок задеpжки, блок выделения изолиpованной фигуpы, блок измеpения pазмеpа пpоекций, блок выделения центpа объекта, блок фоpмиpования гpубой оценки кооpдинат и блок хpанения кооpдинат и pазмеpов пpоекций, пеpвый выход котоpого соединен с объединенными втоpыми входами блока pегистpов и блока памяти, тpетий вход котоpого соединен с втоpым выходом блока хpанения кооpдинат и pазмеpов пpоекций, втоpой, тpетий, четвеpтый и пятый входы котоpого соединены соответственно с втоpым выходом блока измеpения pазмеpа пpоекций, втоpым и тpетьим выходами блока памяти и выходом блока выделения центpа объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5