Устройство для центрирования изображений объектов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 06 К 9/36

ГОСУД4РСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4887517/24 (22) 04.12,90 (46) 23.08.93. Бюл. 1Ф 31 (71) Научно-производственное объединение космических исследований (72) А.И.Гавриш, Э.Б.Ширинов, 0,М.Øèêaeко и H.À.Ãàeðèø . (73) Научно-производственное обьединение космических исследований (56) Авторское свидетельство СССР

Ь 911570, кл. 6 06 К 9/38, 1982.

Авторское свидетельство СССР

hL 943777, кл. 6 06 К 9/36, 1982.

Авторское свидетел ьство СССР

М 1187186, кл. G 06 К 9/36; 1985 (прототип), (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРИРОВАНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ

Ы3. „, 1836697 АЗ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в адаптивных системах автоматического распознавания изображений. Цель изобретения — повышение быстродействия с одновременным увеличением точности центрирования изображений обьектов. Устройство содержит фотоэлектрический преобразователь 5, механически связанный с блоком 12 формирования сигналов управления, генератор 1 синусоидальных колебаний, фазорасщепитель 2, два аналоговых умножителя 3,4, детектор 6 нуля, триггер 7, два элемента И 8; 13, груп-, пу ключей 11, коммутатор 9,арифметический блок 10и синхронизатор 14, 1 э,п, ф-лы, 1836697

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения промышленных роботов.

Цель изобретения — повышение быстродействия с одновременным увеличением точности центрирования, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, для центрирования изобран<ений объектов; содержащеа синхронизатор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента И, второй выход которого также подключен и к управляющему входу группы ключей, а третий выход подсоединен к тактируемому входу арифметического блока, который содержит четыре аналого-цифровых преобразователя и четыре накапливающих сумматора, выходы которых через группу ключей подсоединены

20 по входам блока формирования сигналов управления, а входы соединены с соответствующими цифровыми выходами аналого-, цифровых преобразователей, аналоговые входы которых подключены к выходам коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом первого элемента И, введены фотоэлектрический преобразователь, механически связанный с блоком формирования сигналов управления, первый и 30 второй умножители, фазорасщепитель, генератор синусоидальных колебаний, детектор нуля, D-триггер и второй элемент И, выход которого подключен ко входу синхронизатора, а первый вход соединен с выхо- 35 дом D-триггера, вход которого соединен со вторым входом второго элемента И с выходом детектора нуля, вход которого подключен к выходу генератора синусоидальных колебаний и ко входу фазорэсщепителя, вы- 40 ходы которого соединены с первыми входами умножителей, выходы которых соединены с управляющими входами фотопреобрэзователя, информационный выход которого подключен по вторым входам ум- 45 ножителей и к информационному входу ком- . мутатора.

При этом блок формирования сигналов управления содержит цифровой компаратор, вычитатель, цифроаналоговый преоб- 50 разователь, генератор прямоугольных . импульсов, два трехвходовых элемента И, реверсивный счетчик, дешифратор и механизм перемещения фотопрвобразователя, Отличием предлагаемого устройства для центрирования изображений объектов является то, что оно обеспечивает значительно более точное центрирование за счет использования вместо блока сканирования с вращающимся диском с щелью фотоэлектрического преобразователя — передающую телевизионную трубку типа видикон или суперортикон с генератором синусоидальных колебаний, фазорасщепителем и группой умножителей, обеспечивающих слежение электронным лучом контура контрастных изображений объектов, и позволяет получить аналоговый управляющий сигнал, обеспечивающий удержание сканирующего пятна (апертуры) фотоэлектрического преобразователя на контуре изображения.

Этот аналоговый сигнал позволяет с большей точностью и за значительно меньшее время, чем в прототипе, определить центр тяжести фигуры, ограниченной контуром.

Наличие вышеперечисленных отличительных признаков предлагаемого устройства для центрирования изображений объектов обеспечивает высокое быстродействие.и большую точность центрирования и свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В результате проведенного анализа научно-технической и патентной литературы, установлено, что известны устройства (а.с.

СССР 1103263, G 06 К.9/36, Бюл, % 26, 1984г.), содержащие генератор синусоидальных сигналов, фазорасщепитель, группу умножителей и фотоэлектрический преоб разо вател ь.

Наличие укаэанных признаков в извест- . ном устройстве не обеспечивает процесс центрирования изображения, т,е. совмещение центра тяжести с оптической осью устройства, а позволяет лишь с невысокой точностью определить площадь изображения объекта по соответствующему ей напряжению, выделенному пиковым детектором.

При этом центрирование выходного напряжения фотопреобразователя для обеспечения заданной точности определения площади изображения обьекта осуществляется за несколько периодов развертки.

Отличием предлагаемого устройства является то, что в нем фотопреобразователь, группа умножителей, фазорасщепитель, генератор синусоидальных колебаний, детектор нуля, О-триггер, второй элемент И в сочетании с синхронизатором, коммутатором, группой ключей и арифметическим блоком позволяют совместить оптическую ocb устройства. проходящую через центр фотопреобразователя, с центром тяжести изображения объекта. Такое сечение признаков предлагаембго технического решения позволяет сделать вывод о существенности отличительных признаков заявленного устройства.

1836697

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для центрирования изображений объектов; на фиг.2 — структурная схема синхронизатора; на фиг.3 — структурная схема блока формирования сигналов управления (по одной оси); на фиг.4 — показаны временные диаграммы работы устройства; на фиг.5 — структурная схема арифметического блока.

Устройство для центрирования изображений объектов содержит генератор 1 синусоидальных колебаний, фаэорасщепитель 2 первый 3 и второй 4 умножители, фотопреобраэователь 5, детектор 6 нуля, 0-триггер

7, второй элемент И 8, коммутатор 9, арифметический блок 10. группу ключей 11, блок

12 формирования сигналов управления, первый элемент И 13 и синхронизатор 14.

При этом синхронизатор (фиг.2) содержит генератор импульсов деления периода развертки 15, тактовый генератор 16, элемент

И 17, ждущий мультивибратор 18, схему выделения фронта 19 и схему выделения среза

20 импульсов периода развертки.

Блок формирования сигналов управления (фиг,З) содержит два одинаковых субблока, осуществляющих управление движением фотопреобразователя по осям Х и У. Один субблок содержит цифровой компаратор 21; вычитатель 22, первый 24 и второй 25 трех входа вые элементы И, цифроаналоговый преобразователь 23, реверсивный счетчик 27, преобразователь напряжение — длительность 26, дешифратор

28, генератор прямоугольных импульсов 29 и механизм перемещения 30 по одной оси.

Блок 12 механически связан с фотопреобразователем 5 и обеспечивает его перемещение в плоскости, параллельной плоскости изображения объекта. Выход фотоэлектрического преобразователя 5 подключен к информационному входу коммутатора 9 и ко вторым входам первого 3 и второго 4 умножителей, выходы которых подключены к управляющим входам фотоэлектрического преобразователя 5, которыми являются входы управляющих катушек в случае использования в качестве фотопреобразователя передающей телевизионной трубки тина видиком или суперортинон. Выход генератора синусоидальных колебаний 1 подключен ко входу фазорасщепителя 2 и «о входу детектора нуля 6, выход которого подключен ко входу О-триггера 7 и ко второму входу второго элемента И 8, первый вход которого соединен с выходом 0-триггера 7, выход второго элемента И подключен ко входу синхронизатора 14, первый выход которого подключен к первому входу nepsoro элемента И 13, второй выход ко второму входу

30 использована передающая телевизионная трубка типа суперортинон, находится в цен35

5

15 первого элемента И 13 и к управляющему входу группы ключей 11, третий и четвертый выходы синхронизатора 14 подключены соответственно к тактируемому входу и ко входу обнуления арифметического блока 10, который содержит (фиг.5) четыре аналогоцифровых преобразователя 31,32.33,34 и четыре накапливающих сумматора НС 35, 36, 37, 38, Входы АЦП 31 — 34 являются входами блока, а выходы по кольцевой схеме подсоединены по входам накапливающих сумматоров, т,е. выход АЦП 31 подключен ко входам НС 36 и НС 39, выход АЦП 32 подключен ко входам НС 36 и НС 37, выход

АЦП 34 подключен ко входам Н С ЗВ и НС 37.

Первые четыре входа блока являются информационными аналоговыми входами, пятый и шестой входы я вл я ются управляющими входами накапливающих сумматоров, предназначены для передачи тактовых импульсов и импульсов QGHyneния.

Четыре выхода блока являются цифровыми выходами.

Устройство работает следующим образом, В первый момент времени после включения устройства апертура фотопреобразователя 5, в качестве которого может быть тре фотокатода, на который спроецировано изображение объекта, так как напряжения на управляющих входах фотопреобразователя (ФП) 5 и на выходах аналоговых умножителей 3 и 4 в этот момент равны нулю.

Появление на информационном выходе ФП

5 видеосигнала, поступающего на вторые входы аналоговых умножителей 3 и 4, образует на их выходах квадратурно-связанные напряжения, которые вызывают отклонение апертуры от центра и обеспечивают ее слежение по контуру изображения объекта за период, определяемый частотой генератора синусоидальных колебаний (ГСК) 1. С выхода ГСК 1 синусоидальные колебания определенной частоты поступают на фазорасщепитель 2, на выходах которого появляются колебания, сдвинутые по фазе на угол к/2 (90О).

Синусоидальные колебания с частотой в поступают и на вход детектора нуля 6, на выходе которого появляются импульсы в момент перехода синусоидального напряжения через нуль, то есть период следования импульсов в два раза меньше периода синусоидальных колебаний, С приходом первого импульса с выхода детектора нуля 6 на вход О-триггера 7 на

50 выходе 0-триггера 7 устанавливается единичное состояние и на втором входе второго элемента И 8 формируется "лог,1". а на его первый вход подается короткий импульс с выхода детектора нуля 6. С приходом на вход О-триггера второго импульса с выхода блока 6 триггер пересбрасывается в нулевое состояние, а на выходе второго элемента И 8 сигнал отсутствует, С приходом третьего импульса, через время, равное периоду развертки, на вход 0-триггера 7 порядок работы блоков 7 и 8 такой же, как в случае прихода первого импульса.

На выходе второго элемента И 8 получается последовательность коротких импульсов с периодом следования, равным периоду синусоидальных колебаний с выхода Ck .

Последевательность импульсов с выхода И 8 (показана на фиг.4б), поступает на вход синхронизатора 14. временные диаграммы выходов синхронизатора 14 показаны на фиг,4в, е, ж, з.

На выходе 1 блока 14 генератором 15 формируется последовательность коротких импульсов с периодом повторения, равным

Т/4, где Т вЂ” период синусоидальных колебаний.

На выходе 2 блока 14 формируется ждущим мультивибратором 18 последовательность импульсов длительностью 2 = Т и интервалом следования Т = 10Т, которая определяет последовательность режимов работы устройства, Время импульса г= Т определяет режим сканирования изображения апертурой фотопреобразователя 5, За зто же время осуществляется оцифровка видеосигнала с выхода ФП 5 и процесс суммирования ординат кривой в накапливающих сумматорах арифметического блока 10.

За период между импульсами (см. фиг.4в) производится отработка сигналов рассогласования и перемещение фотопреобразователя по осям Х и У, в плоскости, параллельной плоскости изображения объекта. На выходе 3 блока 14 формируется последовательность тактовых импульсов с длительностью Т»к = Т/360, которая подаетСя на тактовый вход накапливающих сумматоров 35 — 38 в арифметическом блоке 10.

На выходе 4 блока 14 схемой выделения фронта импульса 19 формируется последовательность коротких импульсов, которая подается на вход обнуления накапливающих сумматоров в блоке 10, за счет чего происходит обнуление сумматоров перед началом режима сканирования и оцифровки аналогового сигнала с выхода ФП 5, 5

Импульсы с выхода 2 блока 14 управляют группой ключей 11, открывая их на период Тсл =- 10Т и закрывая на время сканирования и оцифровки т = Т. Одновременно. эта последовательность импульсов режима работы подается на второй вход первого элемента И 13, С приходом на первый вход первого элемента И 13 импульса с первого выхода синхронизатора 14 на его выходе появляется первый импульс, поступающий на управляющий вход коммутатора

9, С этого момента и до прихода с выхода элемента И 13 следующего импульса информационный вход коммутатора 9 подключен K его первому выходу. С приходом второго импульса с выхода элемента И 13 на управляющий вход коммутатора 9 через четверть периода Т/4 развертки его информационный вход подключается ко второму входу, с приходом третьего и четвертого импульсов с выхода элемента И 13, соответственно, появляются сигналы на третьем и четвертом выходах коммутатора 9. С началом режима перемещения ФП 5 по окончании импульса на выходе 2 синхронизатора

10 с выхода первого элемента И 13 импульсы на управляющий вход коммутатора 9 не поступают, так как на выходе 2 блока 14

"лог.1". а ключи группы 11 оказываются открытыми и цифровые выходы арифметического блока 10 подключаются ко входам формирователя сигналов управления 12.

За четверть периода развертки, время одного квадранта, производится 90 отсчетов, которые являются последовательными слагаемыми суммы, характеризующей площадь, ограниченную четвертой частью контура, прослеживаемого апертурой фотопреобразователя 5, Процесс центрирования оканчивается в тот момент, когда площади, образованные под кривой электрического аналога изображения обьекта, в первом и третьем, втором и четвертом квадрантах будут равны. При этом перемещение фотопреобразователя 5 в плоскости, параллельной плоскости изображения, отсутствует и оптическая ось (центр фотокатода) оказывается совмещенной с центром тяжести изображения обьекта.

Режим отработки результатов оцифровки и суммирования по квадрантам начинается по окончании импульса с выхода 2 блока 14 (см. фиг,4в). В этот момент группа ключей 11 открыта и цифровые выходы результата суммирования по квадрантам поступают на входы блока формирования сигналов управления 12. Блок ".2 состоит из двух субблоков 12.1 и 12.2, обеспечивающих перемещение фотопреобразователя по осям Х и V, Работа их идентична. На вход

1836697 субблока 12.1 поступают результаты суммирования за первую и тре ью четверти периода, на входы субблока 12,2 поступают результаты суммирования за вторую и четвертую четверти периода развертки, Два цифровых входа поступают параллельно на входы цифрового компаратора 21 и на входы вычитателя 22, с выхода цифровой код абсолютной величины разности двух чисел поступает на вход цифроаналогового преобразователя 23, выход которого соединен с

70 управляющим входом преобразователя наи ряжен ие — дл ител ь ность 26, в котором формируется с момента поступления íà его тактируемый вход импульса с выхода 5 синхронизатора 14 (см. фиг.4,3), импульс (см. фиг.4 и),длительность которого пропорциональна величине напряжения на управляющем входе ПНД 2б, Этот импульс подается на третьи входы элементов И 24 и И 25.

Генератор прямоугольных импульсов 29 формирует импульсы длительностью, определяемой соотношением т д = Tcn/и, где

n — максимальное число шагов по соответствующей оси. Импульсы длительности тшл подаются на первые входы элементов И 24 и И 25.

Выход компаратора 21 подключен ко выхода генератора 29 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 27 в течение времени существования импульса с выхода ПНД 26. Выходы счетчика 27 подключены ка входу дешифратора 28. Количество выходов счетчика, no@,êëþ÷àåìû>. ко входу дешифратора, выбираются соответственна числу фаз, используемых в механизме перемещения 30 шаговых двигателей. При

40 суммировании импульсов генератора 29 шаговые двигатели обеспечивают перемещенив в прямом направлении по соответствующей оси, п ри вычитании — в обратном.

Счетчик 27 работает в режиме вычитания в случае, когда на выходе компаратора

21 "<" устанавливается уровень "лог.1", В случае равенства двух входных чисел, на абаих выходах ">" и "<" устанавливается низкий уровень напряжения, уровень

"лог.0" и на механизм перемещения 30 импульсы включения шаговых двигателей не поступают и отсугствует перемещение ФП

5 по соответствующей оси.

Формула изобретения

1. Устройство для центрирования изображений объектов. содержащее синхронизатор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с тактовым вховторому входу элемента И 24 и при наличии на нем высокого уровня "лог,1" импульсы с 30 дом арифметического блока и первым Вхо дам первого элемента И, выход которого падкл!очен к управляк>щему входу каммутатОРа, тРЕтИй ВЫХОД СИНХРОНИЗатОРа ПОДКЛЮчен к управляющему входу группы ключей и второму входу первого элемента И. выходы коммутатора подключены к соответствующим информационным входам арифметического блока, выходы которого соединены с информационными входами группы ключей. выходы которых подключены к соатветству ощим информационным входам блока формирования сигналов управления, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при увеличении гочности центрирования, в него введены фотаэлеKT рический преобразователь в виде передающей телевизионной трубки. генератор синусоидального напряжения, фазорасщепитель, умножители, детектор нуля, триггер и второй элемент И, выходы фотоэлектрического преобразователя подключены к первым входам первого и второго умножителей и информационному входу коммутатора, выход генератора синусоидального напряжения соединен с входами фазорасщепителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к вторым входам первого и второго умножителей, выходы которых подключены соответственно к пер вому и второму управляющим входам фотоэлектрического преобразователя и детектора нуля, выход второго элемента И подключен к входу триггера и первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход — с входом синхронизатора, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственна с входом обнуления арифметического блока и управляющим входом блока формирования сигналов управления, выходами механически связанного с фотоэлектрическим преобразователем, 2, Устройство пап.1, отл ича ющеес я тем, что блок формирования сигналов управления выполнен в виде двух идентичных подблокав, каждый из которых содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, дешифратор и узел перемещения па одной из осей, выход которого является соответствующим выходом блока формирования сигналов управления, цифровой компаратор, последовательно соединенные вычитатель и цифроаналоговый преобразователь, преобразователь напряжение — длительность импульса, генератор импульсов, элементы И, первый и второй входы цифрового компаратора и вычитателя объединены и являются информационными входами блока формирования сигналов уп1836697

12 равления, выходы "Больше" и "Меньше" цифрового кампаратора, выходы ареобразователя напряжение — длительность имйульса и генератора импульсов подключены соответственно к первым, вторым и третьим входам элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, управляющий вход преобразователя напряжение — длительность импульса соединен с выходом цифроаналогового пре5 образователя, а тактовый вход является управляющим входом блока формирования сигналов управления.

1836697

Йх.

O К 7

Юых и "г

g Вих2

Ь. 79

SbrX 7

ЬЖ

Ам

"7/ "Л р дих.5

On. и Выход

On. R

8их5

dn./5

Ц 8ых пу

К дых.

2Ж. Л7 юг Х

Составитель В. Алешин

Редактор М. Васильева Техред M. Моргентал Корректор П. Гереши

Заказ 3021 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного 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