Цифровое телевизионное следящее устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sr>s Н 04 Ы 7/18

1 ! и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMNTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4912378/09 (22) 25.12.90 (46) 15.07.92. Бюл, N 26 (71) Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" (72) С,В.Кодочигов и Е.Я,Курьянович (53) 62 1 .397 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 759034, кл. Н 04 M 7/18, 1978. (54) ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИЗИОННОЕ СЛЕДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: телевизионная автоматика ителевизионные устройства и системы

„„. И „, 1748285 А1 слежения за обьектами, перемещающимися на неравномерном фоне. Сущность изобретения: устройство содержит телевизионный датчик 1, блок 2 аналогового вычитания, усилитель 3, АЦП 4, дискриминатор 5, три филь- тра 6, t4 и 15, генератор строба 7, коммутатор 8, блок определения максимума

9, блок определения минимума 10, блок вы-, читания 11, два блока нормирования 12 и 13 и блок масштабирования 16 1-2-3-4-5-67-8-9-11-12-14-16, 10-13-15-1.6, 4-8, 7-5, 8 — 10, 10-11, 16 — 12, 16-13, 16-2, 16-3, 16-3, Повышается точность слежения ь условиях меняющейся яркости фона и обьекта. 9 ил.

1748285

Изобретение относится к телевизионной автоматике-и может быть использовано в телевизионных устройствах и системах слежения за объектами, перемещающимися на неравномерном фоне..

Наличие неравномерного фона снижает точность определения координат объекта телевизионной следящей системой, Для обеспечения необходимой точности слежения возникает необходимость компенсации существующей неравномерности видеосигнала.

Известно устройство для компенсации неравномерности видеосигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь

{АЦП), строчный и кадровый счетчики адреса, цифровую память, коммутатор, цифроаналоговый преобразователь (ЦAn).

Компенсация неравномерности видеосигнала осуществляется за счет изменения величины опорного напряжения АЦП путем подачи на опорный вход АЦП через ЦАП и коммутатор сигнала неравномерности, предварительно записанного в. цифровую память.

Однако данное устройство при использовэйий его в телевизионном следящем устройстве не обеспечивает достаточной точности определения координат наблюдаемого обьекта, как из-за отсутствия компенсации фоновой составляющей сигнала, так и за счет медленных флуктуаций амплитуды сигнала объекта.

Известно устройство, в котором при слежении за объектом, перемещающимся на неравномерном фоне, за счет увеличения отношения сигнал/шум, добиваются максимальной точности" определения координат наблюдаемого объекта, Недостатком данного устройства является отсутствие согласования диапазона

{сетки) АЦП с амплитудой сигнала. Это приводит к потерям точности при аналого-цифровом преобразовании сигнала в цифровых телевизионных следящих устройствах, а следовательно, к потерям в точности при определении координат объекта.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровое телевизионное следящее устройство, содержащее телевизионный датчик и последовательно соединеннь!е с ним АЦП, дискриминатор, фильтр, генератор строба, выход которого, подключен к . второму входу дискриминатора, а второй выход фильтра являетая выходом устройства, B данном устройстве слежейия осуществляется за счет определения величины и знакэ сигнала рассогласования в дискриминаторе. В соответствии с величиной и знаком сигнала рассогласования вырабатываются весовые коэффициенты фильтра так, что в следующем кадре осуществляется совмещение энергетического центра изображения объекта и центра строба.

5 Однако данное устройство не обладает достаточной точностью определения координат объекта, так как динамический диапазон АЦП не согласован с изменением амплитуды видеосигнала, Амплитуда видео10 сигнала, получаемого при слежении за реальными объектами, движущимися на реальном фоне, претерпевают изменения из-за меняющегося уровня фона и медленных флуктуаций величины яркости объекта, 15 Цель изобретения — увеличение точности измерения координат обьекта за счет согласования динамического диапазона

АЦП с амплитудой сигнала объекта, Указанная цель достигается тем, что в

20 устройство, содержащее телевизионный датчик и последовательно соединенные

АЦП, дискриминатор, первый фильтр, первый выход которого является выходом цифрового телевизионного следящего

25 устройства, и генератор строба, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора, введены последовательно соединенные блок аналогового вычитания, первый вход которого соединен с выходом

30 телевизионного датчика и усилитель, выход которого соединен с входом АЦП, коммутатор, два входа которого соединены соответственно с выходами АЦП и генератора строба, последовательно соединенные блок

35 определения максимума, блок вычитания, первый блок нормирования, второй фильтр и блок масштабирования и последовательно соединенные блок определения минимума, второй блок нормирования и третий

40 фильтр, выход которого соединен с вторым входом блока масштабирования, первый выход которого соединен с вторым входом усилителя и вторыми входами первого и второго блоков номирования, а второй выход

45 соединен с третьим входом второго блока нормирования и вторым входом блока аналогового вычитания; э второй вход блока вычитания соединен с выходом блока определения минимума.

На фиг,1 представлена структурная схе-. ма устройства; на фиг,2 — структурная схема блока 2 аналогового вычитания; на фиг.3— структурная схема усилителя 3; на фиг,4 и 5

55 — структурные схемы блоков 9 и 10 соответ-. ственно определения максимума и миниму ма; на фиг.6 и 7 — структурные схемы соответственно первого 12 и второго 13 блоков нормирования; на фиг.8 — структурная схема блока 16 масштабирования; на фиг,9

1748285 выхода коммутатора 8 цифровой код поступает одновременно на входы блока 9 определения максимума и блока 10 определения минимума, где происходит вычисление значений максимальной и минимальной величин сигнала в соответствии с алгоритмами пг = макс X(t), h1 =. мин X(t), где X(t) — выходной сигнал коммутатора 8, hz — максимальное значение сигнала

X(t), h1 — минимальное значение сигнала X(t), . t — время текущего кадра.

Структурные схемы блоков определения максимума 9 и минимума 10 изображены на фиг.4 и 5 соответственно. Сигнал X(t) с выхода коммутатора 8 поступает на первый вход комнаратора 21 кода (см. фиг.4), на второй вход которого поступает сигнал с выхода регистра 22 перезаписи. Выходной сигнал компаратора 21 кода является переэаписывающим для регистра 22 перезаписи и подается на второй вход регистра 22 перезаписи. В регистр 22 перезаписи записывается код входного сигнала X(t), если его значение превосходит число, записанное в регистре. Таким образом, по окончании сигнала строба на выходе блока 9 определения максимума формируется величина кода, соответствующая его максимальному значению Ьг, Блок 10 определения минимума (фиг.5) работает аналогично, формируя на выходе минимальное значение кода h1, Полученная.в блоке 11 вычитания разность (Иг — h1) и код h1 поступают соответственно на первые .входы блоков 12 и 13 нормирования, на вторые входы которых, подается код Д Н с первого выхода блока 16 масштабирования. Выходные сигналы блоков 12 и.13 нормирования формируются в соответствии с алгоритмами

ДHt= ДН/2 (h2 — h1), Н ДН/2" h1+ Н, где Д Н вЂ” код, соответствующий величине разрядной сетки АЦП в текущем кадре;

Н вЂ” код, соответствующий сдвигу разрядной сетки относительно аналогового нуля в текущем кадре, Д Ht —, код, соответствующий размаху . сигнала объекта в текущем кадре (выходной сигнал блока 12 нормирования);

Ht — код, соответствующий фону в текущем кадре (выходной сигнал блока 13 нормирования).

В результате величины (Ьг-h1) и h1, измеренные относительно текущего масштаба, который имеет разрядная сетка, приводятся к масштабу, неизменному от кадра к кадру.

Вар .анты реализации блоков 12 и 13 нормирования приведены соответственно на фиг,6 и 7, Коды ДН< и Ht поступают на входы

5 фильтров 14 и 15 соответственно, где, используя их значения, а также значения кодов, записанных в предыдущих кадрах

Н -1, Ht 1 +Ht г, Н вЂ” г...„, прогнозируются величины сигналов объекта и фона на следу10 ющий кадр (соответственно ДН +1 и Ht+1).

Прогнозируемые величины Ь Н +1 и Ht+1 поступают соответственно на первый и второй входы блока 16 масштабирования,для учета неточностей их прогноза. На первом выходе

15 блока 16 масштабирования при этом формируется код, задающий величину разрядной сетки АЦП в следующем t+1 кадре

h.H= --h,H+1 К, а на втором выходе — код, задающий значе20 ние величины сдвига разрядной сетки АЦП относительно аналогового нуля в t+1 кадре

Н = Ht+1 — (ДН вЂ” ДН1+1)/2, где К вЂ” постоянный коэффициент > 1, Вариант реализации блока 16 масшта25 бирования приведен на фиг.8. Коды Н и ДН поступают соответственно. на второй вход блока 2 аналогового вычитания и второй вход усилителя 3. На первый вход блока 2 аналогового вычитания с выхода телевизи30 онного датчика 1 поступает аналоговый сигнал y1(t), а на выходе блока 2 аналогового вычитания формируется аналоговый сигнал в соответствии с алгоритмом уг(с) = y 1(t) — сар (Н), 35 где сар (*) — функция преобразования цифрового кода в аналоговую величину, Вариант реализации блока 2 аналогового вычитания изображен на фиг.2.

Сигнал уг(т) далее поступает на первый

40 вход усилителя 3. На выходе усилителя 3 формируется сигнал уз = уг(i) сар (M/Ë H), где М вЂ” максимальное значение Д Н, полученное заранее, исходя, из используемого . варианта реализации усилителя 3.

Например, для варианта реализации уСилителя 3, изображенного на фиг.3, значение М равно 2, где m —. разрядность ЦАП

20.

50 .Таким образом, сигнал с выхода усилителя 3 уф), подаваемый на вход АЦП 4, является фактически преобразованным сигналом объекта, который полностью вписывается в разрядную сетку АЦП 4, 55

Формула изобретения

Цифровое телевизионное следящее устройство, содержащее теле виз ион н ы и датчик и последовательно соединенные

5 1748285 — графическая иллюстрация работы устройства.

Цифровое телевизионное следящее устройство содержит телевизионный датчик

f, блок 2 аналогового вычитания, усилитель 5

3, АЦП 4, дискриминатор 5, первый фильтр

6, генератор 7 строба, коммутатор 8, блок 9 определения максимума, блок 10 определения минимума, блок 11 вычитания, первый блок 12 нормирования, второй блок 13 нор- 10 мирования; второй фильтр 14, третий фильтр 15, блок 16 масштабирования. К выходу телевизиойного датчика 1 подключены последовательно соединенные блок 2 аналогового вычитания, усилитель 3, АЦП 4, ди- 15 скриминатор 5, первый фильтр 6; первый . выход которого является выходом цифрового телевизионного следящего устройства, генератор 7 строба, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора 5, и 20 коммутатор 8, второй вход которого соединен с выходом АЦП 4, а к выходу подключены последовательно соединенные блок 9 определения максимума, блок 11 вычитания, первый блок 12 нормирования, второй 25 фильтр 14 и блок 16 масштабирования, последовательно соединенные блок 10 определения. минимума, второй блок 13 нормирования и третий фильтр 15, выход которого соединен с вторым входом блока 30

16 масштабирования, первый выход которого соединен с вторым входом усилителя 3 и вторыми входами блоков 12 и 13 нормиро-. вания, а второй выход соединен с третьим . входом второго блока 13 нормирования и 35 вторым входом блока 2 аналогового вычитания, а второй вход блока 11 вычитания соединен с выходом блока 10 определения мийимума. Устройство содержит также аналоговый вычитатель 17, ЦАП 18, дифферен- 40 циальный усилитель 19, ЦАП 20, компаратор

21, регистр,22, компаратор 23, регистр 24, умножитель 25, делитель 26 на 2", ... умно житель 27, делитель 28 на 2", сумматор 29, умножитель 30 на постоянный коэффициент 45

К, вычитатель 31, делитель 32 на 2, вычита тель 33.

Устройство работает следующим образом, В соответствии с решаемыми задачами — 50 поиск целей и слежение за ними, устройство имеетдва режима работы: режим обнаруженйя цели и режим измерения ее координат.

В режиме обнаружения цели устройство производит последовательный поэлемент- 55 ный анализ всего поля зрения, В случае обнаружения объекта стробируются его те кущие координаты, В режиме измерения координат устройство. производит анализ информации внутри строба, В режиме слежения положение центра строба сравнивается с положением энергетического центрб видеоимпульса от объекта, Выработанная на основе сравнения сигналов ошибка изменяет положение строба в растре(по строкам и по кадру), При этом телевизионный сигнал, соответствующий полю зрения устройства, формируется телевизионным датчиком 1. С выхода телевизионного датчика 1 сигнал через блок 2 аналогового вычитания и усилитель 3 поступает на вход АЦП 4, который преобразует. видеосигнал в цифровую форму. Далее видеосигнал в цифровой форме поступает на вход дискриминатора 5, где формируется сигнал ошибки рассогласования положения объекта и центра следящего строба в каждом текущем кадре, Фильтр 6, на вход которого поступает сигнал ошибки, формирует цифровой код координат Х и У, положения центра объекта по строке и по кадру, а также сигналы управления, предназначенные для, управления генератором 7 строба, Последний вырабатывает следящий строб, положение которого на телевизионном растре соответствует координатам изображения объекта. При слежении за реальными объектами амплитуда видеосигнала изменяется из-за изменений в освещенности обьекта и яркости фона. Изменение амплитуды видеосигнала приводит к снижению точности преобразования аналогового сигнала в цифровой код, что, в свою очередь, уменьшает точность определения координат объекта слежения. Поэтому в предлагаемом устройстве в каждом текущем кадре производится оценка сигнала обьекта и фона с целью коррекции видеосигнала следующего кадра для вписывания его в разрядную сетку АЦП. При этом квантование сигнала объекта осуществляется на максимально возможное для данного АЦП число уровней, что уменьшает погрешность преобразования аналогового сигнала объекта в цифровой код и увеличивает точность определения координат объ- екта в устройстве в целом..

Под разрядной сеткой АЦП подразумевается величина опорного напряжения, rioдаваемого на АЦП, относительно которого осуществляется аналого-цифровое преобразовайие сигнала, Если п — число разрядов

АЦП; то .цифровой эквивалент разрядной сетки равен 2" "квантов".

На фиг.9 приведено условное иэображение сигнала объекта .в одной строке на входе АЦП 4 с иллюстрацией используемйх далее обозначений, Цифровой код сигнала с выходов АЦП 4 поступает на входы комМутатора 8, где стробируется сигналом, поступающим с выхода генератора 7 строба. С

1748285

10 аналого-цифровой преобразователь (АЦП), дискриминатор, первый фильтр, первый выход которого является выходом цифрового телевизионного следящего устройства, и генератор строба, выход которого соединен с вторым входом дискриминатора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности слежения, введены последовательно соединенные блок аналогового вычитания, первый вход которого соединен с выходом телевизионного датчика, и усилитель, выход которого соединен с входом

АЦП, коммутатор, два входа которого соединены соответственно с выходами АЦП и ге. нератора строба, последовательно соединенные блок определения максимума, блок вычитания, первый блок нормирования, второй фильтр и блок масштабирования, и последовательно соединенные блок

5 определения минимума, второй блок нормирования и третий фильтр, выход которого соединен с вторым входом блока масштабирования, первый выход которого соединен с вторым входом усилителя и вторыми входа10 ми первого и второго блоков нормирования, а второй выход — с третьим входом второго блока нормирования и вторым входом блока аналогового вычитания, второй вход блока вычитания соединен с выходом блока опре15 деления минимума, 1748285

Про ноЗ а Следующими следующий кадр

tfiPOp .

Составитель С.Кодочигов

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор M,Äåì÷èê

Редактор Е.Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2512 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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