Датчик скорости изображения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Республик («> 822О32 (63) Дополнительное к авт. свид-ву (51) м. нл.з (22) Заявлено 1306.79 (21) 2779774/18-10 с присоединением заявки HP

G 01 P 3/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150481 Бюллетень М 14

Дата опубликования описания 15.0481 (53) УДК 531. 7: 621. . 317. 39 (088. 8) Е (72) Авторы изобретения

A. В.Летуновский, Ш. Х. Бяширов, Б. В. Кой (71) Заявитель (54 ) ДАТЧИК СКОРОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к приборо= строению и может быть использовано для измерения скорости движения

1 изображения подстилакщей поверхности или среды в различных устройствах asтоматики, например в компенсаторах скорости смаза при аэрофотографиров анин.

Известны оптико-электронные датчики скорости иэображения (1).

Однако данные датчики имеют малую точность измерения скорости изображения.

Известен также корреляционный датчик скорости изображения, который содержит объектив, два фотоэлемента, разнесенные по базе, блок регулируемой задержки, коррелятор, состоящий из перемножителя, интегратора и экстремального регулятора. Величина времени задержки, соответствующая максимальному значению корреляционной функции, поступает на делитель, в котором величина базы делится на время задержки, с выхода делителя снимается электрический сигнал, пропорциональный скорости изображения (2).

Однако данному устройству присущи недостатки. Во-первых, такой корреляционный датчик скорости изображения обладает низкой точностью измерения вектора скорости изображения при наличии сноса в горизонтальной плоскости, так как в этом случае корреляция сигналов от фотопреобразователя уменьшается (максимум корреляционной функции уменьшается, а сама она становится более пологой). Во-вторых, при наличии угла сноса 1 значение базового расстояния между фотоприемниками уменьшается 1 = 1р cos +, что приводит к ошибке, где 1с — установочное расстояние между фотоприемниками, оно равно базовому расстоянию при отсутствии угла сноса. В-третьих при наличии отклонения по тангажу на у1ол g, аналогично рассмотренному выше для угла сноса, происходит уменьшение базового расстояния 1у

0:

1 cos×, что приводит к дополнительной ошибке. В общем случае, при наличий угла сноса и отклонения по тангажу, базовое расстояние определяется выражением

1y = 10 cos cQSЧ.

Цель изобретения — повышение точности измерения вектора скорости иэображения при наличии угла сноса и с учетом тангажа.

822032 указанная цель достигается тем, что второй по продольной оси носителя фотоприемник выполнен в виде матрицы из и фотоприемников, ориентированной по поперечной оси носителя, и в него введены схема поиска максимума, и ключей, две и-входных схемы

ИЛИ, датчик тангажа, выходной перемно>китель, генератор тактовых им.пульсов и дополнительные и-1 цепи, состоящие из ключа, делителя и последовательно соединенных блока регулируемой задержки, перемножителя, интегратора и экстремального регулятора, причем генератор тактовых импульсов соединен со считывающими входами фотоприемников, выход первого фото- 15 приемника соединен со вторыми входами перемно>кителе, выход каждого фотоприемника матрицы соединен с первым входом соответствующего блока регулируемой задер>кки, второй вход ко- щ торого подключен к выходу соответствующего экстремального регулятора, а выход — ко второму входу соответствующего ключа, первый вход которого соединен с соответствующим выходом схемы поиска максимума, а выход — с входом соответствующего делителя, выход которого подключен к соответствующему входу первой схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом выходного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика тангажа, выход каждого интегратора соединен с соответствующим входом схемы поиска максимума, выходы которой через вторую группу и ключей подключены к соответствующим входам второй схемы ИЛИ.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого датчик- скорости изображения. 40

Датчик включает объектив 1,фотоприемник 2, линейную матрицу 3 фотоприемников, блок 4-4п регулируемой задержки, перемножители 5-5п, инте-. гратор б-бп, экстремальные регулято-. ры 7-7п, электронные ключи 8-8п, делители 9-9п блок 10 поиска максимума, схему ИЛИ 11, генератор 12 тактовых импульсов (ГТИ), выходной перемножитель 13, датчик 14 тангажа, электронные ключи 15-15п, схему

ИЛИ 16 °

Оптическое изображение движущейся подстилающей поверхности объекти- ва 1 проецируется на светочувствиков тельные поверхности двух фотоприемн — 5 их в. Первый представляет собой одноэлементный фотоприемник 2, второй выполняется в виде линейной матрицы фотоприемников, ориентированной поперек маршрута носителя. Фотоприемни- 60 ки 2 и 3 размещаются на одном жестком основании, что обеспечивает постоянство в процессе работы базовых расстояний между отдельными фотоприемниками линейной матрицы 3 и одно- 65 элементным фотоприемником 2 и углов между соединяющими их линиями и продольной осью носителя. При установке панели фотоприемников в носителе одноэлементный фотоприемник 2 и центральный фотоприемник линейной матрицы 3 фиксируются в продольной вертикальной плоскости носителя. Оба фото- преобразователя 2 и 3 предназначены для преобразования светового потока в электрический сигнал. Они могут быть выполнены, например, на ПВ< приборах, считывание зарядов с которых осуществляется с помощью тактовых импульсов генератора 12. Выход каждого из п фотоприемников линейной матрицы 3 подсоединен ко входу соответствукщего блока 4-4п регулируемой задержки, выходы которых подсоединены к соответствующим первым входам перемножителей 5-5п.

Вторые входы каждого из и перемножителей 5-5п соединены с выходом фотоприемника 2. Выход каждого из и перемножителей 5-5п подсоединены ко входу соответствующего интегратора б-бп. Выход каждого из и интеграторов б-бп подсоединены ко входу соответствующего экстремального регулятора 7-7п, причем каждый из и выходов последних подсоединен к соответствующему входу блока 4-4п регулируемой задержки. Таким образом определяется корреляционная функция сигналов фотоприемника 2 и оцного фотоприемника из линейной матрицы 3. Каждый экстремальный регулятор предназначен для поддержания на своем выходе такого управляющего напряжения, при котором сигнал на выходе соответствующего интегратора 6-án максимален.

Выход каждого и интеграторов б-бп подсоединен к соответствующему входу блока 10 поиска максимума, который обеспечивает формирование импульса напряжения на одном из и своих раздельных выходов, соответствующем входу с максимальным значением корреляционной функции.

Каждый из и раздельных выходов блока 10 поиска максимума подсоединен к первому входу соответствующего электронного ключа 8-8п, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих блоков 4-4п регулируемОй задержки. Выходы каждого из электронных ключей 8-Вп подсоединены ко входу соответствующего делителя 9-9п> выходы которого подсоединены к входам схемы ИЛИ 11. При наличии импульса на k-м выходе блока 10 ключ 8k пропускает значение времени задержки Гк из регулируемой линии задержки 4k в делитель 9k„ на второй вход которо по дана величина базы I <, известго ная из конструкции панели фотоприемников. Результат деления 1 к/Ц„ с выхода схемы поступает на выходной перемножитель 13, на второй вхо вход

822032

Формула изобретения

1. Датчик скорости изображения, 60 установленный на носителе и содержащий объектив, два разнесенных по продольной оси носителя фотоприемника, последовательно соединенные блок регулируемой задержки, перемножитель, 65 интегратор, экстремальный регулятор, которого подается величина косинуса угла тангажа с датчика 14. На выходе перемножителя 13 образуется сигнал, соответствующий значению модуля вектора скорости. Система электронных ключей 15-15п вместе со схемой ИЛИ 1 образует схему получения сигнала, соответствующего углу сноса. Каждый из указанных выше и раздельных выходов блока 10 поиска максимума подсо единен к первому входу соответствующего электронного ключа 15-15п, на вторые входы которых поданы величины углов, образованных продольной осью носителя и направлением, проходящим через фотоприемники 2 и 3k, сигналы которых наиболее коррелированы в дан ный момент, величины этих углов для каждого фотоприемника 3-3п известны из конструкции панели фотоприемников

Выходы ключей 15-15п подсоединены к п входам cxtMbl ИЛИ 16, на выходе которых получается сигнал, соответствующий углу сноса носителя.

Датчик скорости изображения работает следующим образом.

Изображение подстилающей поверхности проецируется объективом 1 на светочувствительные поверхности одноэлементного фотоприемника 2 и линейной матрицы фотоприемников 3. В зависимости от скорости движения подстилающей поверхности один и тот же участок изображения за счет разнесения фотоприемников 2 и 3 по базе попадает на их светочувствительные поверхности в различные моменты времени, причем на линейную матрицу 3 раньше, чем на одноэлементный фотоприемник 2. Видеосигналы с выхода каждого из и элементов линейной матрицы фотоприемников 3, задержанные в соответствующем блоке 4-4п регулируемой задержки, поступают на первые входы соответствующих перемножителей 5-5п. На вторые входы каждого из перемножителей 5-5п поступа- ет видеосигнал с выхода фотоприемника 2. Сигнал с выхода каждого иэ и перемножителей поступает на вход соответствующего интегратора б-бп, на выходе которого получают электрический сигнал, пропорциональный значению корреляционной функции видеосигналов фотоприемника 2 и соответствующего фотоприемника линейной матрицы

3. Сигнал с выхода каждого из и интеграторов 6-бп поступает на вход .соответствующего экстремального регулятора 7-7п. Выходное напряжение каждого из и экстремальных регуляторов 7-7п поступает на регулирующий вход соответствующего блока регулируемой задержки 4-4п, что вызывает изменение величины задержки до тех пор, пока сигнал на выходе соответствующего интегратора б-бп не будет максимальным. Одновременно электрические сигналы с выхода каждого из и интеграторов 6-бп поступают на и раздельных входов блока 10 поиска максимума,,которая производит сравнение по амплитуде величин напряжений, пропорциональных значениям кор

6 5 реляционных функций сигналов фотоприемников,2 и соответствующего элемента линейной матрицы 3, поступающих ,»а и ее входов. Блок 10 поиска максимума формирует сигнал на одном иэ п своих выходов, который соответствует входу с максимальным значением корреляционной функции. Сигнал, формируемый на одном из и выходов блока

10 поиска максимума, отпирает состt5 ветствующий электронный ключ 8-8п.

В результате величина времени задержки т с одного из блоков 4-4п поступает на .соответствующий делитель из

9-9п, На второй вход каждого из делителей 9-9п подается сигнал, пропор 20 циональный величине фактического базового расстояния 0, между фотоприемником 2 и соответствующим k-м фотоприемником из линейной матрицы 3.

На выходе делителя получается сигнал, 25 пропорциональный модулю вектора скорости изображения.

Таким образом, вычисление и корреляционных функций сигналов фотоприемника 2 с каждым из и фотоприемников линейной матрицы 3 позволяет после их сравнения по величине максимума найти элемент линейной матрицы е

3, по положению которого в линейке 3 рассчитывается с учетом тангажа, скорость иэображения, и определить угол сноса носителя. Электрические сигналы с выходов и делителей 9- 9п поступают на соответствующие входы схемы

ИЛИ 11, с выхода которой полученный сигнал поступает на выходной перемно40 житель 13. На второй вход перемножителя 13 подается сигнал, соответствующий величине косинуса угла тангажа V с датчика 14. На выходе перемножителя

13 получается сигнал, пропорциональ45 ный значению модуля вектора скорости изображения в соответствии с выражением %= †-.cosь . Сигнал, форми к руемый на выходе блока 10 поиска максимума, отпирает один из ключей

15-15п (15k) и сигнал, поступающий на второй его вход и соответствующий значению угла сноса, проходит на схему ИЛИ 16, имеющую и входов. На выходе схемы ИЛИ 16 получается сигнал угла сноса носителя.

822032

ВНИИПИ Заказ 1805/67

Тираж 907 Подписное выход которого соединен со вторым входом блока задержки, первый вход которого подключен к выходу второго фотоприемника, ключ и делитель, при этом выход первого фотоприемника соединен со вторым входом перемножителя, а выход блока регулируемой задержки через ключ подключен к входу делителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения вектора скорости изображения при наличии угла сноса и с учетом тангажа, второй по продольной оси носителя фотоприемник выполнен в виде линейной матрицы из и фотоприемников, ориентированной по поперечной оси носителя, и в него введе- 15 ны схема поиска максимума, п ключей, две и-входные схемы ИЛИ, датчик тангажа, выходной перемножитель, генератор тактовых импульсов и дополнительные и -1 цепи, состоящие из ключа, yg делителя и последовательно соединенных блока регулируемой задержки, перемножителя, интегратора и экстремального регулятора, причем генератор тактовых импульсов соединен со считывающими входами фотоприемников, выход. первого фотоприемника соединен со вторыми входами перемножителей, выход каждого фотоприемника матрицы соединен с первым входом соответствующего блока регулируемой задержки, второй вход которого подключен к выходу соответствующего экстремального регулятора, а выход - ко второму входу соответствующего ключа, первый вход которого соединен с соответствующим выходом схемы поиска максимума, а выход — с входом соотвЕтствующего делителя, выход которого подключен к соответствующему входу первой схемы ИЛИ, выход которого соединен с первым входом выходного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика тангажа, выход каждого интегратора соединен с соответствующим входом схемы поиска максимума, выходы которой через вторую группу h ключей подключены к соответствующим входам второй схемы ИЛИ.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что одноэлементный фотоприемник и фотоприемник в виде линейной матрицы закреплены на одном жестком основании.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П.

Корреляционно-экстремальные системы.

N., "Советское радио", 1974.

2. Козубовский С.Ф. Корреляционные экстремальные системы. Киев, "Наукова думка", 1973, с. 36 (прототип).

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4