Устройство для определения составляющих вектора скорости движения изображения

СЮ 4 С И КОМИТЕТ ССС ТЕНИЙ И ОТНРЫТ ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАЮ ИЗОБ ЕТЕНИЯ, " СТВУ СР 1980, СОС НИЯ оставлявщую вектония и величину 8 зепи ф-лы, 10 иле ТАВИЗ ОПИСАНИЕ ИЗО Н А 8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Куйбышевский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им.В.В,Куйбьппева) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯЛЯК 61 ИХ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ДВБРАЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения параметров движения объектов относительно поверхностей со случайным распределением яркостей. Целью изобретения является повыюенне точ- ности устройства. Поставленная цель достигается введением блока памяти, трех сумматоров, блока сравнения, вычитателя, блока преобразования кода в число импульсов, блока формирования кода величины сноса иэображения, блока отсчета времени, блока управления, двух коммутаторов и разрядныхИ счетчиков. Устройство позволяет опре- щ делять продольную сра скорости изображесноса изображения, С:Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для бесконтактногоизмерения параметров движения объектов относительно поверхностей со случайным распределением яркостей.Цель изобретения - повышение точностиустройства.Иа Фиг, представлена структурнаясхема устройства; на Фиг.2 - схемаФормирователя сигналов изображения;на Фиг.З - схема первого блока памяти; на Фиг,4 - схема второго блокапамяти; на Фиг.5 - схема блока преобразования кода в число импульсов;на Фиг.б - схема блока определенияэкстремума; на Фиг.7 - схема блокаотсчета времени; на Фиг,8 - схемаблока Формирования кода величины сноса иэображения; на Фиг.9 - схема блока управления; на фиг,10 - ВКФ.Устройство содержит (Фиг,1) объектив 1, Формирователь 2 сигналов изображения, генераторы 3 и 4 управляющих напряжений, видеоусилитель 5,первьй коммутатор 6, первый блок 7памяти, второй блок 8 памяти, блоки9 умножения, счетчики 10 импульсов,первый 1, второй 12 и третий 13 сумматоры, блок 14 сравнения, вычита"тель 15, второй коммутатор 16, блок17 преобразования кода в число импульсов, блок 18 Формирования величи"ны сноса изображения, блок 9 определения экстремума, блок 20 отсчетавремени и блок 21 управления.Формирователь сигналов изображения (Фиг.2) содержит первый линейныйФотоприемник 22, второй линейньй ФоГтоприемник 23 и четвертый коммутатор 24.Первый блок памяти (Фиг,З) содержит десятьй регистр 25 и третий коммутатор 26,Второй блок памяти (Фиг,4) содержит девятый регистр 27, четвертыйкоммутатор 28, шестой элемент ИЛИ 29,восьмой триггер 30 и пятый элементИЛИ 31.Блок преобразования кода в числоимпульсов (Жиг.5) содержит пятыйсчетчик 32, второй дешиФратор ЗЗ, пятый генератор 34 импульсов и седьмойФормирователь 35 импульсов.Блок определения экстремума (Фиг.б)содержит восьмой элемент И 36, десятый элемент И 37, седьмой регистр 38,блок 39 сравнения, восьмой регистрО 20 2 ЗО 35 4 О 45 5 О 40, пятый элемент 41 заде.:.,к:шестой регистр 42, девятьй элемент И 43,шестой элемент 44 задержки, и элемент ИСКЛОЧАпЩЕЕ ИЛИ 45.Блок отсчета времени (Фиг,7) содержит седьмой триггер 46, четвертыйгенератор 47 импульсов, четвертыйсчетчик 48, третий регистр 49, четвертый регистр 50 и пятый регистр 51.Блок Формирования кода величинысноса изображения (Фиг.8) содержитседьмой элемент И 52, пятый триггер53, пятый элемент ИЛИ 54, четвертыйэлемент 55 задержки, третий счетчик56, шестой триггер 57, первый регистр 58 и второй регистр 59,Блок управления (фиг.9) содержитчетвертьй элемент И 60, пятый элемент И 61, третий триггер 62, четвертый триггер 63, третий элемент ИЛИ 64,третий элемент 65 задержки, первыйФормирователь 66 импульсов, пятыйФормирователь 67 импульсов, третийэлемент ИЛИ 68, третий Формирователь69 импульсов, первьй элемент 70 задержки, первый элемент ИЛИ 71; второй элемент ИЛИ 72, шестой элементИ 73, шестой Формирователь импульсов74 первый триггер 75, второй счетчик 76, третий элемент И 77, первыйэлемент И 78, четвертый Формирователь 79 импульсов, второй элемент 80задержки, второй Формирователь 8 импульсов второй триггер 82, второйэлемент И 83, четвертьй элементИЛИ 84, третий генератор 85 импульсов, первый счетчик 86, первый цешифратор 87В качестве Формирователя сигналовизображения (ОСИ) применены два линейных Фотоприемника 22 и 23 на приборах с зарядовой связью, расположенных параллельно один другому на Фиксированном расстоянии и поперек направления движения изображения.Видеоусилитель 5 производит квантование видеосигнала с выхода ФСИ подвум уровням и вся,дальнейшая обработка инФормации осуществляется вщнровом коде,Устройство работает следующим образом.При включении питания блок 21 управления устанавливается в исходное состояние и вырабатывает импульс, которьй с восьмого выхода блока 21 управления поступает на блоки 8,171233190 10 ти видеосигнал второй строки иэображения поступает с выхода блока 8 на вторые входы блоков 9 умножения, на 15 20 строк перемножаются, результаты переи производится размыкание коммутатором 26 кольцевого регистра 25. В пос 30 25 видеосигнал базовой строки хранится в нем на протяжении всего цикла ратор 4, формируя вторую строку изображения, считываемую с фотоприемника 20, устанавливая их в исходное состояние.При подаче на четвертый вход блока 21 запускающего импульса производится пуск устройства. В начале цикла измерения сигналы с первого и второго выходов блока 21 управления длительностью, равной времени считывания строки иэображения, возбуждаютгенераторы 3 и 4, тем самым формируяпервую (базовую) строку иэображения,считываемую с первого по направлению движения изображения линейного фотоприемника, например 22. Видеосигналбазовой строки через видеоусилитель 5 и коммутатор 6 записывается по тактовым импульсам, поступающим с пятого выхода блока 21, в блок 7 памяти. Подключение выхода видеоусилителя 5 к первому входу блока 7 памяти обеспечивается подачей с второго выхода блока 21 сигнала на управляющий вход коммутатора 6. По этому же сигналуначинается отсчет времени в блоке 20 ледующих тактах считывания изображения генератор 3, осуществляющий развертку по вертикали , не возбуждается. Это обеспечивает подключение к выходу формирователя сигналов иэображения (ФСИ) коммутатором 24 второгопо направлению движения иэображениялинейного фотоприемника 23, т,е.обеспечивается новое фиксированноеположение считываемой строки изображения. Сигнал на первом выходе блока21 в пределах текущего цикла измерения также более не появляется, чем обеспечивается подключение коммутатором 6 выхода видеоусилителя 5 к первому входу блока 8 памяти и замыкание коммутатором 28 в кольцо регистра 27 сдвига. Записанный в регистре измерения, После считывания и записи базовой строки иэображения с щестого выхода блока 21 на счетчики 10 им,пульсов поступает импульс сброса. В,такте считывания второй строки изображения сигнал с второго выхода блока 21, равный времени считывания строки изображения, возбуждает гене 23. Видеосигнал второй строки изображения записывается в блок 8 памяти. По сигналу с четвертого ныхода блока 21 производится фиксация време ни, соответствующего моменту считывания второй строки изображения, в блоке 20 и размыкание коммутатором 28 кольцевого регистра 27, После окончания сигнала на четвертом выходе блока 21 регистр 27 замыкается в кольцо. Одновременно с записью в блок 8 памяпервые входы которых поступает информация с разрядных выходов блока 7,сдвиг информации в котором осуществляется по тактовым импульсам с пятого выхода блока 21 синхронно с записью видеосигнала в блок 8, В блоках 9 видеосигналы текущей и первой множения (импульсы совпадений) подсчитываются в счетчиках 1 О и складываются в сумматорах 11 и 12. Послезавершения операции считывания и записи видеосигнала второй строкиизображения в сумматоре 12 будет накоплена сумма ординат ВКФ по выводам блока 7 памяти, расположенным справа от среднего, которая пропорциональна площади правого участка ВКФ, а в сумматоре 11 будет накоплена сумма ординат ВКФ по выводам блока 7 памяти,расположенным слева от среднего, которая пропорциональна площади левого участка ВКФ видеосигналов строк изоб"ражения (фиг.2), Если суммы ординатВКФ, накопленные в сумматорах 11 и 12 равны, т.е, сноса изображения нет,то по сигналу "Равно" с выхода блока14, поступающему на управляющий входкоммутатора 16, его информационный вход соединяется с его вторым выходом. Сигнал с седьмого выхода блока 21 через коммутатор 16 поступает на второй вход блока 19, где тактируется запись сигнала суммы всех ординат ВКФ видеосигналов строк изображенияс выхода сумматора 13, и на пятыйвход блока 18, дублируя установку его в исходное состояние. Одновременно сигнал с второго выхода коммутатора 16 поступает на блок 21, где используется как команда для началатакта считывания следующей строкиизображения. После этого импульсомс шестого выхода блока 21 счетчики10 сбрасываются в нулевое состояние.При наличии поперечной составляющей вектора скорости направленной вдоль строки и обусловленной неперпендикулярностью направления вектора скорости к строке, максимум ВКФ ви-" деосигналов строк изображения будет сдвинут относительно среднего вынода блока 7, В этом случае суммы ординат ВКФ, накопленные в сумматорах 11 и 12 оказываются не равными между собой. При отсутствии сигнала "Равно"с выхода блока 14 инФормационный вход коммутатора 16 соединяется с его первым входом, и сигнал с седьмого выхо да блока 21 через коммутатор 16 поступает на второй вход блока 8, напервый вход блока 17 и на. первый входблока 18, где Фиксирует знак разности, поступающий на второй вход блока. 2 О 18 с выхода вычитателя 15, В блоке 17 сигнал с первого выхода коммутатора 16 тактирует запись величины разности сумм ординат ВКФ, накопленныхус в сумматорах 11 и 12, с выходов вычитателя 15. Импульсы с первого выхода блока 17, количество которых пропорционально величине разности суюг ординат ВКФ, накопленных в сумматорах 11 и 12, поступают в блок 18, где подсчитываются и в блок 8, гце осуществляют сдвиг инФормации, записанной в нем на число разрядов пропорциональное величине разности сумм ордина ВКФ, накопленных в суммато рах 11 и 12, Направление сдвига определяется значением знака разности, поступающим на третий вход блока 8 с выхода вычитателя 15 и заФиксированным в блоке 8 по сигналу с перво го выхода коммутатора 16, По окончании сдвига инФормации в блоке 8 сиг-: нал конца сдвига со второго выхоца блока 17 поступает на пятый вход блока 8, устанавливая его в исходное 45 состояние, и на второй вход блока 21, по. этому сигналу блок 21 устайавливает счетчики 10 в нулевое состояние путем подачи на них импульса сброса с шестого выхода блока и повторяет % цикл вычисления ВКФ видеосигналов первой и второй строк изображения до тех пор, пока разность накопленных в сумматарах 11 и 12 сумм ординат ВКФ не станет равной или близкой к нулю. "г 5 При этом сигнал на четвер 1 ом выходе блока 21 не появляется чем обеспечивается замкнутое состояние кольцево. го регистра 27. По сигналу ".анно" с выхода блока 14 сравнения, поступающему на управляющий вход коммутатора 16, его инФормационный вход соединяется с его вторым выходом, Сигнал с седьмого выхода блока 21 через коммутатор 16 поступает на второй вход блока 19, где тактирует запись кода суммы всех ординат ВКФ видеосигналов строк изображения с выхода сумматора 3, и на пятьпг вход блока 18, устанавливая его в исходное состояние, Одновременно сигнал со второго выхода переключателя 16 поступает на блок 21. где используется как коман,ца для начала такта считывания следующей строки изображения. После этого импульсом с шестого выхода блока 21 счетчики 1 О сбрасываются в нулевое состояние.В такте считывания следующей строки изображения текущего цикла измерения обновляется видеосигнал текущей строки изображения в блоке 8 памяти и гроизводится определение суммы ординат ВКФ видеосигналов первой и третьей строк изображения и величины сноса изображения аналогично описанному.Наибольшее значение будет иметь площадь ВКФ соответствующей максимальной корреляционной связи видеосигналов строк изображения, т.е. при. совпадении изображений первой и текущей строк. Блок 19 производит поиск максимальноо значения суммы ординат ВКФ видеосигналов строк изображения и при его появлении подает сигнал на блок 20 и блок 18, В блоке 20 по этому сигналу производится Фиксация значения времени транспортного запаздываниянесущего инФормацию о продольной составляющей 7, вектора скорости движения изооражекия, В блоке 18 по этому сигналу производится Фиксапия кода величине сноса изображения:Чигг ггде бг, - шаг дискритизации видеосигналов строк изображения несущего инФормацию о поперечной составляющей 7 вектора скорости движения изобра 3390жения. В конце цикла измерения с выхода блока 20 отсчета времени на третий вход блока 2 подается сигнал, по которому производится установка устройства в исходное состояние и запуск очередного цикла измерения.Остановка устройства осуществляется подачей на пятый вход блока 21 сигнала "Стоп" с кнопки или с внешнего автоматического устройства управления,Формула изобретения51. Устройство для определения составляющих вектора скорости движения изображения, содержащее оптически связанные объектив и формирователь сигналов изображения, первый и вто 20 рой генераторы управляющих напряжений, выходы которых соединены с входами формирователя сигналов изображения, выход которого соединен с входом видеоусилителя, первый блок памяти, разрядные выходы которого соединены с первыми входами разрядных умножителей и блок определения экстремума, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены второй блок30 памяти, первый и второй сумматоры, блок сравнения, третий сумматор, вычитатель, блок преобразования кода в число импульсов, блок формирования кода величины сноса изображения, блок З 5 отсчета времени, блок управления, первый и второй коммутаторы и разрядные счетчики, причем выход видеоусилителя соединен с первым входом первого коммутатора, первый выход которого соединен с первым входом первого блока памяти, первый выход блока управления соединен с входом первого генератора управляющих напряжений, второй выход соединен с вторым вхо дом первого коммутатора, с вторым входом первого блока памяти, первым входом блока отсчета времени и с входом второго генератора управляющих напряжений, третий выход соединен с 50 четвертым входом второго блока памяти, с первым входом блока преобразования кода в число импульсов, с первым входом блока определения экстремума, с третьим входом блока отсчета 55 времени и с первым входом блока формирования кода величины сноса изобра- ф жения, четвертый выход соединен с вторым входом второго блока памяти ис вторым входом блока отсчета времени, пятый выход соединен с третьимивходами первого и второго блоковпамяти и с первыми входами разрядныхсчетчиков, шестой выход соединен свторыми входами разрядных счетчиков,седьмой выход соединен с первым входом второго коммутатора, первый выход блока преобразования кода в число импульсов соединен с первым входом блока управления, второй выходсоединен с вторым входом блока формирования кода величины сноса изображения и с пятым входом второго блокапамяти, второй вход второго коммутатора соединен с выходом блока сравнения, выход первого сумматора соединен с первыми входами блока сравнения, третьего сумматора и вычитателя,выход второго сумматора соединен свторыми входами блока сравнения, третьего сумматора и вычитателя, выходтретьего сумматора соединен с вторымвходом блока определения экстремума,выход которого соединен с четвертымвходом блока отсчета времени и с третьим входом блока формирования кодавеличины сноса изображения, первыйвыход второго коммутатора соединенс вторым входом блока управления, стретьим входом блока определенияэкстремума и с четвертым входом блока формирования кода величины сносаизображения, второй выход второгокоммутатора соединен с вторым входомблока преобразования кода в числоимпульсов, с шестым входом второгоблока памяти и с пятым входом блокаформирования величины сноса изображения, выход второго блока памяти соединен с вторыми входами блоков умноженин, седьмой вход второго блокапамяти соединен с первым выходом блока преобразования кода в число импульсов, восьмой вход второго блокапамяти соединен с первым выходом вычитателя, второй выход которого соединен с третьим входом блока преобразования кода в число импульсов,выходы блоков умножения соединены стретьими входами разрядных счетчиков,выходы которых соединены с входамипервого и второго сумматороввыход блока отсчета временисоединен с третьим входом блока управления , четвертый и пятый выходы которого являютсявходами устройства.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю п 1 е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные первый формирователь импульсов, первый элемент ИЛИ, первый триггер, первый элемент И, второй формирователь импульсов, второй триггер, второй элемент И и третий элемент И, выход которого является пятым выхо О дом блока, вход первого формирователя импульсов является пятым входом блока, последовательно соединенные третий генератор импульсов, первый счетчик и первый дешифратор, выход 15 которого является первым выходом блока, последовательно соединенные третий формирователь импульсов, второй элемент ИЛИ, второй счетчик и третий элемент И, выход которого является 20 седьмым выходом блока, четвертый, пятый и шестой элементы И, четвертый, пятый и шестой формирователи импульсов, третий и четвертый триггеры, третий и четвертый элементы ИЛИ, пер" 25 вый, второй и третий элементы задерж" ки, причем первые входы четвертого,пятого и шестого элементов И и четвертого формирователя импульсов соединены с выходом второго элемента 30 И, выход четвертого элемента И является вторым входом блока, выход пятого элемента И является четвертым выходом блока, первый вход третьего триггера, второй вход первого тригге ра, второй вход первого счетчика, второй вход второго триггера и первый вход третьего элемента ИЛИ соединены с выходом второго элемента ИЛИ, который является третьим выходом 40 блока, выход второго элемента, задержки соединен с входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого является шестым выходом блока, второй вход третьего элемента И, вход второго 15 элемента задержки и второй вход третьего триггера соединены с выходом четвертого формирователя импульсов, выход третьего триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И, 50 выход третьего генератора импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И, первый вход четвертого триггера соединен с выходом третьего элемента И, второй вход - с выходом 55 третьего элемента ИЛИ, а выход - с вторым входом пятого элемента И, выход третьего элемента задержки соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а вход является вторым входом блока, вход третьего формирователя импульсов является четвертым входом блока, выход пятого формирователя импульсов соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход шестого формирователя импульсов соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ и с входом первого элементазадержки, выход которого соединен совторым входом первого элемента ИЛИ,вход шестого формирователя импульсовявляется третьим входом блока, второй вход .второго элемента И и второйвход первого элемента И соединены свыходом первого дешифратора, второй:вход четвертого элемента ИЛИ является первым входом блока, второй выходвторого счетчика соединен с вторымвходом шестого элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго счетчика,3. Устройство по и.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования кода величины сноса изображения содержит последовательно соединенные четвертый элемент задержки,пятый элемент ИЛИ, пятый триггер,седьмой элемент И, шестой триггер,первый и второй регистры и третийсчетчик:, причем вход четвертого элемента задержки является четвертымвходом блока,второй вход седьмогоэлемента И - пятым входом блока, второй вход пятого триггера соединен свыходом. седьмого элемента И, второйвход первого регистра является третьим входом блока, второй вход второго регистра и второй вход пятого элемента ИЛИ являются первым входом блок:а, первый и второй входы третьегосчетчика являются вторым и шестымвходами блока, третий вход третьегосчетчика соединен с выходом пятогоэлемента ИЛИ, а выход - с вторым входом первого регистра, второй входшестого триггера соединен с шестымвходом блока,4. Устройство по п,1, о т л и -ч а ю ш е е с я тем, что блок отсчета времени содержит последовательносоединенные седьмой триггер, четвертый генератор импульсов, четвертыйсчетчик, третий регистр, четвертыйрегистр и пятый регистр, причем первый вход седьмого триггера являетсятого регистра является четвертым входом блока, второй вход третьего ре- гистра является вторым входом блока, вторэй выход четвертого счетчика соединен с третьим входом третьего регистра и является выходом блока. 1 О 5. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блок опре деления экстремума содержит последовательно соединенные восьмой элемент И, седьмой регистр, блок сравнения, шестой регистр, девятый элемент И и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом блока, пятый элемент задержки, шестой элемент задержки, десятый элемент И и восьмой регистр, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, вход пятого элемента задержки, и первые входы восьмого и десятого элементов И являются третьим входом блока, выход пятого элемента задержки соединен с вторым входом шестого регистра и с входом шестого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы седьмого и восьмого регистров являются вторым входом блока, третьи входы шестого, седьмого и восьмого регистров являются первым входом блока, второй выход блока сравнения соединен с вторым входом восьмого элемента И, выход десятого элемента И соединен с входом восьмого регистра, выход которого соединен с вторым вхо 40 дом блока сравнения, второй вход десятого элемента И соединен с первым выходом блока сравнения, второй выход шестого регистра соединен с вторым входом девятого элемента И.456. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок преобразования кода в число импульсов со.держит последовательно соединенные седьмой Формирователь импульсов, пятый генератор импульсов, пятый счетчик и второй дешиФратор и седьмой Формирователь:импульсов, выход кото" рого является первым выходом блока, вход пятого генератора импульсов со единен с выходом второго дешиФратора, второй вход пятого счетчика является третьим входом блока, второй первым входом блока, вторые входыседьмого триггера, четвертого счетчика и пятого регистра являются третьим входом блока, второй вход четвер вход пятого счетчика является вторым входом блока, а третий вход пятого счетчика является первым входом блока, выход пятого генератора импульсов является вторым выходом блока.7. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что первый блок памяти содержит десятый регистр и третий коммутатор, выход которого соединен с первым входом десятого регистра, второй вход которого является третьим входом блока, выход десятого регистра соединен с первым входом третьего коммутатора, второй з вход которого является первым входом блока, а третий вход третьего коммутатора является вторым входом блока, разрядные выходы десятого регистра являются разрядными выходами блока.8. Устройство по п.1, о т л нч а ю щ е е с я тем, что второй блок памяти содержит последовательно соединенные пятый элемент ИЛИ, восьмой триггер, девятый регистр и четвертый коммутатор, выход которого соединен с вторым входом девятого регистра и является выходом блока, шестой элемент ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом девятого регистра, а первый вход шестого элемента ИЛИ является пятым входом блока, третий вход шестого элемента ИЛИ является третьим входом блока, второй вход четвертого коммутатора является первым входом блока, третий вход четвер- того коммутатора является вторым входом блока, первый вход пятого элемента ИЛИ является четвертым входом блока, второй вход пятого элемента ИЛИ является седьмым входом блока, второй вход восьмого триггера является шестым входом блока, третий вход восьмого триггера является восьмым входом блока. 9. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что формирователь сигналов изображения содержит первый и второй линейные Фотоприемники, первые входы которых являются вторым входом Формирователя сигналов изображения, и пятый коммутатор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго линейных Фотоприемников, третий выход пятого коммутатора является третьим13 12 ЗЗ 19 О 14входом формирователя сигналов изобра- ляется выходом Формирователя сигнажеиия, а выход пятого коммутатора яв- лов изображения