Устройство для определения параметров движения изображения

 

{72) Автори изобретения

И. И, Валков и В. К. Семеныч

{7!) Заявитель Куйбышевский ордена Трудового Красного 3 политехнический институт им. В. В. Куйбы ева

Ъ

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ДВИЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к приборостроению и может быль использовано для бесконтактного измерения параметров движения движущихся сред и поверхностей.

Известно устройство для определения параметров движения изображения, основанное на измерении временного сдвига(транспортного . запаздывания) между двумя сигналами путем вычисления корреляционной функции этих сигналов (1 l.

Известно также устройство для опрецеления параметров движения иэображения, содержащее фотоэлектрический преобразователь, коррелятор, состоящий из двух регистров, одноименные выходы. которых соединены с входами поразрядной схемы премножения, выходы которой соединены с входами сумматора, и блок управления, соединенный с управляющими входами фотоэлектрического преобразователя и коррелятора Щ.

Однако указанные устройства имеют низкую точность определения параметров движения изображения в случае, когда функ. ция взаимной корреляции сигналов с фотодатчиков имеет колебательный характер, так как устройство может выйти на локальный максимум (или даже локальный минимум).

При пологой форме взаимокорреляционной функции поиск экстремума затруднен H также осуществляется с большой погрешностью.

Кроме того, для исключения вероятности выхода на локальный максимум устройство должно пройти его с запасом по времени, проверить, что другого максимума нет вблизи, что снижает быстродействие устройства. Ьль изобРетениЯ вЂ” повышЬиие быстродействия и точности измерения времени транспортного запаздывания и других параметров движения изображения, Указанная цель достигается тем, что в устройство введены блок дополнительного суммировании, сравнения и отсчета времени, блок вычитания, ключ и блок запаздывания на постоянную величину времени, а фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде матрицы фотоприемников, при этом вход

994 где 2 (to) = Х (to- Г ), (,o — эталонное запаздывание,, вносимое блоком 9. Затем ключ 2 закрывается, а разность хранится в регистре 5 в течение всего цикла измерения, умножаясь поразрядно в схеме 6 на нулевом и последующих тактах работы на сигнал, поступающий в регистр 3. После перемножения в схеме 6 результаты суммируются в сумматоре 7, т. е. формируется,на каждом такте работы разность оценок ординат двух корреляционных функций и"(1х(+ (-е(е (э,())=(,„(е (-к" (ед-- ), где М вЂ” оператор усреднения по множеству, .реализуемый сумматором 7, 3 = О, 1, 2, N.

Указанные разности заносятся в блок 10, суммируются, начиная с первого такта, и сравниваются с нулем, т. е. формируется величина еп - Al (к„"(еа)-к"„(еа-,))= к"„(ед)8=0 м —, С к (ea--- ), 00 равная разности плошадей двух заштрихованных на фиг. 2 а и б фигур, m — переменный верхний индекс суммирования (для примера на рис. 2 m = 2).

Очевидно, что при любом виде корреляционной функции указанные плошади будут равны в единственном случае г„55 mД 70 или m д

Таким образом, номер m строки матрицы фотоприемников (номер такта работы устройе ства), при котором накопленная разность оцеключа подключен к выходу матрицы и входу второго регистра, выход ключа подключен к первому входу блока вычитания непосредственно, а к второму — через блок запаздывания, выход блока вычитания подключен к входу первого регистра, выход коррелятора соединен с входом блока дополнительного суммирования, сравнения и отсчета времени, блок управления подключен к управляющему входу ключа и выходу блока дополнительного суммирования, сравнения и отсчета времени.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — возможный вид автокорреляционной функции К,е(Гд ) сигнала первого фотоприемника (а) и взаимокорреляционной функции К„ (0 а ) сигналов первого и второго фотоприемников (б) .

Устройство содержит матрицу 1 фотоприемников, например строчно-кадровую матрицу прибора с зарядовой связью (ПЗС), выход которой соединен с входом ключа 2 и вторым регистром 3 коррелятора 4, в который входят также первый регистр 5, поразрядная схема 6 перемножения, выходы которой подключены к сумматору 7. Выход ключа 2 подключен к инвертирующему входу блока 8 вычитания непосредственно, а к неинвертирующему входу блока 8 вычитания через блок 9 постоянного временного запаздывания. Выход сумматору 7 соединен с входом блока 10 дополнительного суммирования, сравнения и отсчета времени, выход которого является вы)ходом устройства. Блок 11 управления подключен к матрице 1 фотоприемников (импуль сы строчной и кадровой разверток), управляющему входу ключа 2, коррелятору 4, выходу блока 10 дополнительного суммирования, сравнения и отсчета времени.

Устройство работает следующим образом.

На нулевом такте работы в момент времени t о экспонируется матрица 1 фотоприемников, начинается отсчет времени в блоке

10. Изображение в верхней (нулевой) строке матрицы Ы Х (t о) представляет собой последовательность импульсов, амплитуда которь пропорциональна освещенности в ячейке строки. Изображение У„(1, записанное в первой строке матрицы 1, отстоящей от нулевой строки на расстоянии L, можно рас" сматриват как изображение в нулевой строке

X (to), смещенное на время запаздывания и = L /Ч, где Ч вЂ” скорость движения изображения, т. е. Х(1о) через время е".( прошло бы расстояние L со скоростью V u заняло бы место изображения У 1(1 )=

X(t -cl). В качестве Ь выступает запаздывао ние (транспортное) движущегося со скоростью V изображения во втором фотоприемник

994 4 относительно первого фотоприемника, разнесенные на кадровое (базовое) расстояние. Изоб1 ражение У (т ), записанное во второй строке, аналогично может быть представлено так

Y2(to) = X(to — 2Ь), если расстояние между строками, что обычно и имеет место, одинаковое и равно L. Вообще для любой из строк матрицы может быть предложена модель

Y (to) X (о 9Z )

10 где 1 = 0 1, 2, Штриховкой в блоке показаны для примера регистры памяти в строчно †кадров матрице ПЗС куда У в (t ) заносятся на нулевом такте работы и откуда они затем по одному опрашиваются соответствующими командами блока 11 управления.

На нулевом такте ключ 2 открыт и в регистр 5 записывается разность

" о 4 о 2=)((о )- (+o 2= "(+o2-1((то-"о 2

5 994994 нок ординат корреляционных функций будет равна нулю

t t . (Oa)-Ê"„(Ю -,-. )=0 к=о Х

5 будет прямо пропорционален скорости движения изображения и в этот момент на выходе блока 10 появляется отсчет. После получения отсчета ;сигнал поступает в блок 11 и работа устройства повторяется сначала заданием соответствующих. команд, блоком 11.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность определения параметров движения изображения, некритично к виду корреляционной функции сигналов изображения.

Отсчет производится сразу же в момент достижения абсциссы максимума сформированной взаимокорреляционной функции (при этом максимум в явном виде не определяется.).

Быстродействие устройства, длительность цикла измерения определяется целиком и полностью лишь быстродействием выполнения ариф фметических операций опроса матрицы, перемножения, суммирования.

В предлагаемом устройстве отпадает необходимость в реализации специального блока центрирования хотя бы одного из сигналов, отсутствует указатель экстремума функции, реализация которого обычно сложна.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров движения изображения, содержащее фотоэпектрический преобразователь,. коррелятор, состоящий из двух регистров, одноименные выходы которых соединены с входами поразрядной схемы перемножения, выходы которой подключены к входам сумматора, и блок управления, соединенный с управляющими входами фотоэлектрического преобразователя и коррелятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,,что, с целью повышения быстродействия и точности, в него введены ключ, блок постоянного временного запаздывания, блок вычитания н блок дополнительного суммирова.. ния, сравнения и отсчета времени, вход которого подключен к выходу коррелятора, а выход — к входу блока управления, при этом фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде матрицы фотоприемников, выход которой соединен через ключ с первьщ входом блока вычитания, подключенного к входу первого регистра, и непосредственно с входом второго регистра, управляющий вход ключа соединен с блоком управления, а вто,. рой вход блока вычитания соединен через .блок постоянного временного запаздывания с выходом ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

- 1. Козубовский С. Ф. Корреляционные экстремальные системы. Киев, *Наукова думка", 1973, с. 7.

2. Авторское свидетельство СССР У 378896, кл. G 06 G 9/00, 1971 (прототип).

994994

Составитель В. Киселев

Техред М.Надь

Корректор Е. Рошко

Редактор А. Шандор

Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 631/29

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4