Измеритель площади оптического изображения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) (1 5 О 01 В 21/28 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рвет ще- паза, ис- и ченноезмереподсче" .рытых ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола(53) 531,7 (088,8)56) Авторское свидетельство СССРМ 1161822, кл. 6 01 В 11/28, 1985.Авторское свидетельство СССРМ 1013755, кл. 6 01 В 11/28, 1983,Авторское свидетельство СССРЬЬ 1654654, кл, 6 01 В 21/28, 1989,(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЛОЩАДИ ОПТИЧСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ157) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к обработке оптических изображений. Цель изобретения -повышение точности измерения площади иинтенсивности полезного изображения принеизвестной интенсивности Фона, а также Изобретение относится к контроль измерительной технике, а именно к об ботке оптических изображений, и мож быть использовано для определения пло ди оптических изображений в составе ап ратуры оптической связи, локации, анали изображений, распознавания образов, д танционного автоматического контроля управления. Известно устройство, предназн для измерения площади, в котором ние площади осуществляется путем та количества световодов, пер исследуемым объектом,расширение Функциональных возможностей эа счет одновременного измерения интенсивности мешающего Фона;.Устройство, содержащее блок изменения масштаба измеряемого изображения, маску с отверстием, имеющим Форму измеряемого изо-.бражения, фотоприемник,. указатель экстремума, генератор линейно изменяющегося напряжения, два делителя, логарифмический усилитель, умножитель, два сумматора, два инвертора, два управляещмых. ключа, формирователь управляющего импульса и три усилителя, снабжено блоком деления оптического пучка, устройством Формирования изображения, маской с отверстием, имеющим Форму области наблюдения изображения, вторым фотопри- Я емником, генератором постоянного напряжения, третьим и четвертым сумматорами, третьим инвертором, вторым логариф- ( мическим усилителем и умножителем и третьим управляемым ключом. 5 ил., 1 табл. К недостаткам этого устройства следует отнести необходимость непосредственного сО контакта исследуемого объекта с измери-, ( тальным устройством,. необходимость использования для достижения высокой точности измерения большого количества световодов, входы которых соединены в матрицу, а также низкую точность измерения площади при воздействии мешающего светового фона; возникающего, например.при измерении площади частично прозрачных обьектов или засчет неплотного контакта обьекта с матрицей световодов,Известно также устройство для измерения площади плоских фигур, в котором из 1717962 20ким образом, при неизвестной интенсивности мешающего фона ошибка измеренияплощади изображения в устройстве-прототипе существенно возрастает, Ошибки измерения площади изображения, как и в случае малых отличий прогнозируемого и . истинного значений интенсивности фона, приводят к ошибкам измерения интенсивности полезного изображения, поскольку сигнал фиг, 5 в задает момент срабатывания управляемых ключей устройствв-прототипа. Формула изобретения Измеритель площади оптического изображения, содержащий оптически связанные блок изменения масштаба измеряемого изображения, маску с отверстием, имеющим заданную форму, и Фотоприемник, указатель экстремума, генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к управляющим входам блока изменения масштаба и фотоприемника, последовательно соединенные делитель, первый вход которого связан с выходом фотоприемника, а второй вход связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения. логарифмический усилитель, умножитель, второй вход которого подклю чен к выходу фотоприемника, и сумматор, выход которого подключен к входу указателя экстрем 9 ма, инвертор, вход которого подключен к выходу фотоприемника, управляемый ключ, управляющий вход которого через Формирователь управляющего импульса связан с выходом указателя экстремума, а информационный вход связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, последовательно соединенные второй сумматор и второй делитель, второй управляемый ключ, управляющий вход которого через формирователь управляющего импульса связан с выходом указателя экстремума, второй инвертор, вход которого связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности измерения площади и интенсивности полезного изображения при неизвестной интенсивности фона и расширения функциональных возможностей путем измерения также и интенсивности фона, он снабжен оптически связанными блокомделения оптического пучка, второй выход которого оптически связан с входом блока изменения масштаба измеряемого изображения, устройством формирования иэображения, второй маской с отверстием, имеющим заданную форму, и вторым фотоприемником, последовательно соединенными генератором постоянного напряжения и третьим сумматором, второй вход которого подключен к выходу второго инвертора, а выход - к второму входу второго делителя, четвертык сумматором, второй вход ко.торого подключен к выходу первого .делителя, а выход подключен к второмувходу второго управляемого ключа, вто.рым логарифмическим усилителем, вход которого подключен к выходу второго делителя, вторым умножителем, первый вход которого связан с выходом второго логарифмического усилителя, второй вход связан с выходом второго сумматора, а выход подключен к второму входу первогосумматора, третьим управляемым ключом, управляющий вход которого через форми.рователь управляющего импульса связан с выходом указателя экстремума, а информационный вход связан с выходом второгоделителя, выход первого инвертора связан с входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом второго фотоприемника, управляющий вход которого связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход второго делителя через третий инвертор связан с входом четвертого сумматора,, Составитель И. Горяиновкавецкая Техред М.Моргентал Корректор Н, Ревская едак роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 869 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб 4/5мерение площади производится на основе сравнения токов, поступающих от матрицы фотоприемников, которые соответствуют эталонной и измеряемой площадям,К недостаткам данного устройства следует отнести необходимость непосредст. венного контакта измеряемого объекта с измерителем и низкую точность измерения площади при воздействии мешающего фона, Кроме того, в устройстве необходима точная калибровка измерительных каналов по усилению,Структура и принципы построения названных и подобных им измерителей не учитывают случайного характера самого изображения и мешающего оптического фона (засветки), Как известно, оптическое изображение можно представить в виде поля,случайнь 1 х точек, Точки этого поля соответствуют отдельным Фотонам слабого светового потока, светочувствительным центрам фотопластины или экрана, в которых поглощены кванты света, Для Фотоэлектронных приемников такими точками являются точки эмиссии Фотозлектронов. Расположение и число этих точек случайны, что и определяет статистическую природу изображения, Наиболее существенно проя вляется случайный характер изображения и фоновой засветки при регистрации и анализе относительно слабых световых потоков или при относительно низкой чувствительности фотоприемников, когда регистрируется лишь малая часть фотонов, падающих на Фотоприемник. Случайный характер изображения.й мешающего Фона, обусловленный квантовой природой света, приводит к дополнительным ошибкам при измерении площади с помощью перечисленных устройств, что является еще одним существенным их недостатком.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и учитывающим случайную природу изображения и Фона является устройство. предназначенное для измерения площади оптического изображения, которое содержит оптически связанные блок изменения масштаба измеряемого иэображения., маску с отверстием, имеющим форму измеряемого изображения, и фотоприемник, а также содержит указатель экстремума, генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к управляющему входу блока изменения масштаба, последовательно соединенные делитель, первый вход которого электрически связан с выходом фотоприемника, а второй вход подключен к выходу генератора, логарифмический усилитель, умножитель, второй вход которо 20 сумматора 35 40 50 10 15 го подключен к выходу фотоприемника, и сумматор, второй вход которого обьединен с вторым входом делителя, а выход подключен к входу указателя экстремума, инвертор, включенный между выходом фотоприемника и третьим входом сумматора, управляемый ключ, управляющий вход которого электрически связан с выходом указателя экстремума, а информационный вход электрически связан с выходом генератора, последовательно соединенные второй сумматор, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника, второй делитель, второй вход которого подключен к выходу генератора, и второй управляемый ключ, управляющий вход которого электрически связан с выходом уакзателя экстремума, и второй инвертор, включенный между выходом генератора и вторым входом второго Недостатком известного устройства являетея низкая точность измерения площади и интенсивности изображения в условиях, когда интенсивность мещающега светового фона неизвестна. Это подтверждается результатами теоретического анализа и данными, полученными в результате его испытаний методами математического моделирования на ЭВМ. Таким образом, во многих случаях, когда интенсивность фона неизвестна, устройство не обеспечивает достаточную точность измерения площади и интенсивности,Целью изобретения является повышение точности измерения площади и интенсивности полезного изображения при неизвестной. интенсивности мешающего Фона, а также расширение функциональных возможностей устройства путем одновременного измерения площади, интенсивности полезного изображения и интенсивности фона. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель, содержащий оптически связанные блок изменения масштаба измеряемого изображения, маску с отверстием,имеющим форму измеряемого изображе-,ния, и фотоприемник, а также содержащее указатель экстремума, генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к управляющим входам блока изменения масштаба и фотоприемника, последовательно соединенные делитель; первый вход которого электрически связан с выходом фотоприемника, а второй вход электрически связан с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, логарифмический усилитель, умножитель, второй вход которого подключен к выходу фотоприемника, и сумматор, выход которого подключен к входу указателя экстремума, инвертор, вход которого подключен к выходу фотоприемника, управляемый кдюч, управляющий вход которого через формирователь управляющего импульса электрически связан с выходом указателяэкстремума, а информационный вход через первый усилитель электрически связан с:выходом генератора линейно изменяющегося10напряжения, последовательно соединенные второй сумматор и второй делитель; второй управляемый ключ, управляющийвход которого через формирователь ущавляющего импульса электрически связан свыходом указателя экстремума, а инФормационный вход связан с выходом усилителя, третий усилитель и второй инвертар, вюдкоторого электрически связан с выходом генератора линейно изменяющегося нащря-жения, дополнительно введены оптически 20связанные блок деления оптического пучка, второй выход которого оптически связан с входом блока изменения масштаба иэйеряемого изображения, устройство формирования изображения, маска с отверстием, 25имеющим заданную форму области наблю-.дения иэображения, и второй фотоприемник, а также электрически связанныЕ генератор постоянного напряжения и тре 30тий сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго инвертора, а выход подключен к второму входу второго делителя, электрически связанные третий инвертор, вход которого подключен к выходу35второго делителя, и четвертый сумматор,второй вход которого подключен к выходу первого делителя, а выход подключен к входу второго усилителя, электрически связанные второй логарифмический усилитель,40вход которого подключен к выходу второго делителя, и второй умножитель, второй вход которого связан с выходом второго сумматора, а выход подключен к второму входу первого сумматора, и третий управляемыйключ, управляющий вход которого .черезформирователь управляющего импульса связан с выходом указателя экстремума; аинформационный вход через третий усилитель связан с выходом второго делителя,50причем выход первого инвертора связан евходом второго сумматора, второй вход которого:связан с выходом второго фотопрйемиика, управляющий вход которого, в своа очередь, связан с выходам генераторалинейно изменяющегося напряжения.Генератор линейно изменяющегося на. пряжения, усилитель, управляемый ключ в совокупности с частью схемы, формирующей сигнал на управляющем входе ключа, обладают свойством измерения площади изображения неизвестной интенсивности при наличии фона, интенсивность которого также неизвестна. Третий управляемый ключ, третий усилитель, второй делитель, первый и второй инэерторы, второй и третий сумматоры, генераторы постоянного и линейно изменяющегося напряжения в совокупности с оптической частью схемы и блоками формированйя управляющего сиг нала третьего управляемого ключа обладают свойством измерения интенсивности мешающего фона, наблюдаемого совместно с полезным изображением неизвестной интенсивности и площади,На фиг. 1 изображена структурная схема измерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы, показывающие вид преобразований, которым подвергаются выходные сигналы фотоприемников при прохождении различных элементов измерителя, а также вспомогательные сигналы, генерируемые блоками схемы; на фиг,. 3 - зависимости выигрыша в точности оценки площади оптического изображения, формируемой предлагаемым измерителем, по сравнению с прототипом от величинь 1 отношения интенсивностей полезного изображения и мешающего фона; на фиг. 4 - зависимости выигрыша в точности оценки интенсивности полезного изображения формируемой предлагаемым измерителем по сравнению с прототипом от величины отношения интенсивностей полезного иэображения и мешающего фона; на фиг. 5 - временные диаграммы сигналов в различных точках устройства-прототипа, когда интенсивность мешающего фона не совпадает с прогнозируемой, значение которой определяет характеристики блоков . устройства- прототипа.Измеритель (фиг, 1) содержит блок 1 деления оптического пучка, блок 2 изменения масштаба измеряемого изображения, маску 3 с отверстием, имеющим форму измеряемого изображения, фотоприемники 4 и 24, генератор 5 линейно изменяющегося напряжения, делители 6 и 25, логарифмические усилители 7 и 26; умножители 8 и 27, усилители 9,.16 и 22, управляемые ключи 10, 17 и 23, устройство 11 формирования изображения, сумматоры 12, 15, 20 и 28, инверторы 13, 14 и 19, маску 18 с отверстием, имеющим заданную форму области наблюдения иэображения, генератор 21 постоянного напряжения, указатель 29 экстремума и формирователь 30 управляющего импульса. Все блоки реализуются на.основе стандартных оптических и радиотехнических устройств, элементов и приборов, изготовляемых с использованиемкак традиционной элементной базы, так и элементной базы радиоэлектроники,В исходном (статическом) состоянии генераторы линейно изменяющегося 5 и постоянного напряжений 21 не вырабатывают сигналов и напряжение на их выходах равно нулю. При этом блок 2 изменения масштаба измеряемого изображения находится в состоянии, обеспечивающем максимальный масштаб изображения, фотоприемники 4 и 24 выключены и сигналы с их выходов не поступают в схему. В результате на входах и выходах всех блоков электрической части схемы сигналы равны нулю, Следовательно, ключи 10, 17 и 23 закрыты и на всех выходах устройства сигналы отсутствуют.Измеритель работает следующим образом.Началу его работы соответствует момент (1 = О) запуска генераторов линейно изменяющегося 5 и постоянного напряжений 21(например, при включении измерителя). Генератор 5 линейно изменяющегося напряжения формирует сигнал (фиг. 2 а)ОФ)-Оо+К 1 т. 0 с Т,где Т - время анализа изображения.Сигнал 01(т) поступает на управляющие входы фотоприемников 4 и 24 и включает их на время Т, Блок 1 деления оптического пучка разделяет приходящее от анализируемого изображения И (фиг, 1) оптическое излучение на два оптических пучка. Первый пучок поступает на вход блока 2 изменения масштаба измеряемого изображений, который формирует вторичное изображение в плоскости маски 3. На управляющий вход блока 2 поступает сигнал Оф). В гоответстаин с этим Сигналом блок 2 уменьшает мас. штабизоорв)кение И(фиг. 1)аГОгщ/Кз Озз по обеим осям. Следовательно, площадь вторичного изображения в плоскости маски 3 изменяется обратно пропорционально сигналу О 1 В результате площадь вторичного полезного изображения определяется формулойЯзв К 28 И/01(ф К 23 И/(Оо + К 11) где Зи - истинное значение площади полезного изображейия.При этом необходимо обеспечить соответствие размеров вторичного изображения и отверстия маски 3 при всех возможных значениях площади полезного изображения.ПоэтомуК Я)уа Я ЮОТ Я)у)1) где Япп и Явах - соответственно минимально и максимально возможные площади полезного иэображения;Яп)з - площадь отверстия маски 3.5 При этом время анализа Т выбирается минимально возможным, насколько позволяет быстродействие блоков устройства для обеспечения их нормальной работы. Значения начального напряжения генерато ра линейно изменяющегося напряженияОо и чувствительности К 2 блока 2 изменения масштаба измеряемого изображения определяются выбором типа этого устройства и взаимным расположением анализи руемого изображения И (фиг, 2) и блока 2.Сформированное блоком 2 вторичное изображение создает световой поток через отверстие в маске 3, который поступает на оптический вход фотоприемника 4. Свето вой поток на входе фотоприемника 4, аследовательно, и величина электрического сигнала на его выходе определяются отношением площади отверстия в маске 3 к площади вторичного изображения, если 25 последнее больше площади отверстия вмаске. Если площадь вторичного изображения меньше отверстия в маске 3, то интенсивность светового потока на входе фотоприемника 4 не зависит от размеров 30 вторичного изображения. Следовательно, сучетом фона сигнал на выходе фотоприемника 4 имеет вид (фиг, 26)02(т) = Кз(01(1) + чп)у)101(т) 01(ти 35где о - отношение интенсивности полезного изображения к интенсивности фона.Здесь под интенсивностью понимается среднее число точек изображения на едини цу площади, Как видно из фиг.26, сигнал навыходе фотоприемника 4 имеет излом в момент времени 1 и. Этот момент соответствует такому значению масштаба вторичного изображения в плоскости маски 3, когда 45 истинное значение площади вторичногополезного изображения совпадает с площадью Яупз отверстия маски 3, Действительно, приращение сигнала Оф) на выходе фотоприемника 4 в интервале вре мени от нуля до еи (площадь вторичногополезного изображения больше площади отверстия в маске) обусловлено приращением количества точек как полезного изображения, так и мешающего фона, 55 попавших в отверстие маски 3. Приращение сигнала Щт) на интервале времени от 1 и до Т с уменьшением масштаба изображения обусловлено только приращением количества точек мешающего фона, попавших в отверстие маски 3, Поэтому зааисимость 02(т) на интервале времени от 1 и до Т является более пологой, чем на интервале от нуля до 1 и, Момент времени ти однозначно связан с истинным значением площади полезного изображения (если пренебречь, как это сделано для наглядности кривых на фигурах, флуктуациями сигна. ла О 2(1), вызванными статистической природой изображения и фона). Действительно, приравнивая площади вторичного полезного изображения и отверстия в маске 3, имеем 5 10 ЯИ - ЯвпЯвах Явп 50 ная контрастность), или роль экспандера(расширителя динамического диапазона сигнала), когда интенсивность полезного иэображения значительно меньше интенсивности фона (слабая контрастность) и соответственно о 1. ,55Сигнал О 4(1 Цфиг. 2 г) с выхода логариф-, мического усилителя.7 поступает на вход умножителя 8, на другой вход которого поступэет сигнал с выхода фотоприемника 4 Следует отметить, что крутизна рассматри-. ваемой кривой как на интервале от нуля до 1 и, так и на интервале от ти до Т заранее не известна, поскольку она определяется не известными величинами интенсивностей полезного иэображения и мешающего она, Заранее не известен также и момент времени 1 и, поскольку он определяется величиной истинного значения .площади по леэного изображения. Целью дальнейших преобразований сигнала 02(1) в электрической части схемы предлагаемого измерителя является извлечение закодированной в нем информации о значениях 30 интенсивности и площади полезного изображения, а также об интенсивности. мешающего Фона.Сигнал (фиг. 2 б) с выхода фотоприемника 4 поступает на вход делителя 6. На второй 35 вход делителя 6 поступает сигнал.с выхода генератора 5 линейно изменяющегося напряжения. В результате на выходеделителя 6 имеем сигнал (фиг. 2 в)Оз(1) = Оф)/О 1(1)., 40 Далее сигнал Оз(1) с выхода делителя 6 поступает на вход логарифмического усилителя 7, формирующего сигнал (фиг. 2 г)О 4 - Ь ОЗ.При этом логарифмический усилитель 7 вы полняет роль компрессора (снижает динамический диапазон), когда превышение интенсивности полезного изображения над интенсивностью фона велико(ц 1, силь(фиг. 2 б). Выходное напряжение умножителя 8О 5(1) = О 2(1) О 4(1)с точностью до амплитудного множителяизображено на фиг. 2 д.Сигнал О 1(1) с выхода генератора 5 линейно изменяющегося напряжения поступает также на вход усилителя 9. На выходеэтого усилителя формируется сигнал(фиг. 2 е)О 6(с) = К 4 О 1(т),где К 4 - коэффициент усиления сигнала.Сигнал О 5(т) поступает. на информационныйвход управляемого ключа 10, Кроме того,сигнал Оф) с выхода генератора 5 линейноизменяющегося напряжения поступает навход инвертора 13, Выходное напряжениеинвертора 13О 7(т) = -О 1(с)с точностью до амплитудного множителяизображено на фиг. 2 ж. Это напряжениепоступает на вход сумматора 20. На друойвход сумматора 20 поступает формируемыйгенератором 21 постоянного напряжениясигнал (фиг. 2 з)О 8(1) = ОоЯН/Явп, 01Т,где Ян - площадь области наблюдения изображения, Ян = ЯвахТогда на выходе сумматора 20 формируетсясигнал (фиг. 2 и)Од(1) = О 7(т) + Ов(1),Второй оптический пучок с выхода блока 1 деленияоптического пучка подается.на вход устройства 11 формирования иэображения. Это устройство формирует вторичное изображение в плоскости маски 18,При этом щсштаб изображения уменьшается в 1/К 5 раз по обеим осям. В результате площадь вторичного изображениявсей области наблюдения .определяетсяформулойЯ 2 Н = К 5 ЯНДля того, чтобы через отверстие в маске18 проходили только лучи, соответствующиеобласти наблюдения изображения, необходимо, чтобы отверстие.в маске 18 имелоформу области, наблюдения, а площадь отВЕрСтИя Яв 1 З СОВПадаЛа С ПЛОщадЬЮ ВтарИЧного изображенияЯв 18 = Я 2 Н = К 5 ЯН,Сформированное блоком 11 оптическоеизображение создает световой поток черезотверстие в маске 18, который посгупает наоптический вход Фотоприемника 24, Световой поток через отверстие в маске 18является суммой двух световых потоков,Первый световой поток обусловлен полезным изображением, занимающим частьобласти наблюдения площадью Яи. Второй5 1 О 15 20 25 ц 1,40 45 50 световой поток обусловлен мешающей засветкой, занимающей всю область наблюдения площадью Ян. Таким образом, сигналнз выходе фотоприемника 24 пропорционален величине Ян + оЯи, Тогда сигнал навыходе фотоприемника 24 можно записать. в виде (фиг, 2 к)Оиф) - Кз (Ян 01(Т)/Ям+ цОФи,0 1 Т,Сигнал с выхода фотоприемника 24 поступает на вход сумматора 12. На другой входсумматора 12 поступает инвертированное винверторе 19 напряжение (фиг, 2 л) с выходафотоприемника 401 а" -02(1)Таким образом, на выходе сумматора 12формируется сигнал (фиг, 2 м)01 - 01 ф) + 011(1),который поступает на вход делителя 25. На другой вход делителя 25 поступает сигнал 09(1) с выхода сумматора 20. Выходное напряжение делителя 25013(т) = 012(т)/09(т)с. точностью до амплитудного множителя изображено на фиг. 2 н. Далее этот сигнал поступает на вход логарифмического усилителя 26, который Формирует напряжение (фиг, 2 о)014(т) =1 п 013(1). При этом логарифмический усилитель 26 так же, как и блок 7, выполняет роль компрессора (сжимаетдинамический диапазон), когда ц 1, или роль экспандера (расширителя динамического диапазона сигнала), когда Сигнал 01 ф) с выхода логарифмического усилителя 26 поступает на вход умножителя 27,иа другой вход которого поступает сигнал свыхода сумматора 12. Таким образом, на выходе умножителя 27 формируется сигнал (фиг. 2 п)01 ф) О Ьф) О 12(т),который поступает на вход сумматора 28. На другой вход сумматора 28 поступает сигнал О (фиг. 2 д) с выхода умножителя 8.Выходное напряжение сумматора 28019) - 015(1)+ О-Жс точностью до амплитудного множителяизображено на фиг, 2 р.Как видно иэ фиг. 2 р, вцходной сигнал сумматора 28 имеет максимум в момент времени ь 1, соответствующий истинному значению измеряемой йлощади. Этот сигнал с выхода сумматора 28 поступает на вход указателя 29 экстремума, который фиксирует положение наибольшего максимума входного сигнала, Следует отметить, что за счет статистической природы иэображения флуктуации сигналов на выходах фотоприемников 4 и 24 приводят к флуктуациям положения абсолютного максимума сигнала на входе указателя экстремума, Это служит причиной возникновения ошибок измерения площади и интенсивности полезного изображения, а также ошибок измерения интенсивности фона.Причем Флуктуации положения абсолютного максимума тем меньше, чем выше крутизна подъема и спада сигнала на Фиг, 2 р до и после момента времени 1 и, Кроме того, для уменьшения систематической ошибки желательно, чтобы скорость возрастания сигнала до момента 1 и примерно соответствовала скорости спада сигнала после момента времени ти. Часть схемы, включающая логарифмический усилитель 26, умножитель 27 и сумматор 28, служит для обеспечения наибольшей и примерно равной скорости подъема и спада сигнала на входе указателя 29 экстремума при различных значениях неизвестной интенсивности фона,В момент (т = ти), когда входной. сигнал блока 29 достигает своего максимального значения. на его выходе формируется сигнал, изображенный на фиг. 2 с. Этот сигнал своим передним Фронтом запускает Формирователь 30 управляющего импульса. В результате формирователь 30 управляющего импульса в момент ти вырабатывает короткий по сравнению с временем анализа Т импульс (фиг. 2 т), Этот импульс служит управляющим сигналом для ключей 10, 17 и 23. Длительность управляющего импульса на выходе блока 30 выбирается минимальной, чтобы за время его длительности сигналы на информационных входах ключей 10,. 17 и, 23 не успели заметно измениться, до достаточной для регистрации амплитуд коротких импульсов на выходах этих ключей.Рассмотрим теперь формирование сигналов на выходах ключей 10,.17 и 23, На информационный вход ключа 10 поступает усиленный усилителем 9 сигнал с: выхода. генератора 5 линейно изменяющегося напряжения (фиг. 2 е), Как указывалось, блок 2 по сигналу генератора линейно изменяющегося напряжения уменьшает масштаб вторичного изображения в плоскости маски 3. Площадь вторичного изображения уменьшается обратно пропорционально сигналу блока 5, з отношение площади отверстия в маске 3 к площади вторичного полезного изображения увеличивается пропорционально сигналу блока 5. Это соответствует случаю, когда иэображение наблюдается через маску, площадь отверстия в которой увеличивается пропорционально сигналу 01(1) от величины Яа до Явах. В этой интерпретации 1 и соответствует моменту времени, когда площадь отверстия а такой маске совпадает со значением Яи, Но площадь отверстия в маске при г = =ги пропорциональна 01(ги), следовательно, величина 01(ги) пропорциональна истинному значению площади полезного изображения Яи. Таким образом, для измерения Яи достаточно найти значение 01(г) а момент ги, Эту операцию выполняет управляемый ключ 10, который открывается на короткое время сигналом с выхода формирователя управляющего импульса. Амплитуда импульса на выходе ключа 10 (фиг. 2 у) пропорциональна измеренному значению площади Й полезного изображения, Коэффициент усиления К 4 усилителя 9 определяется коэффициентом пропорциональности между 01(ги) и Яи, а также выбранной единицей измерения площади. Например, если К 4 = Япь/О то единицы измерения площади совпадают с .теми; в которых заданы величины Явь и Явах.На информационный вход ключа 23 поступает усиленный блоком 22 сигнал (фиг.2 ф) с выхода делителя 25017(г) = Кв 01 з(г),где К 8 - коэффициент усиления усилителя 22.Амплитуда сигнала Оп(г) на интервале времени от ги до Т равна Кв Кз, Коэффициент Кз,определяющий амплитуды сигналов на выходах фотоприемников 4 и 24, пропорционален интенсивности мешающего.фона Ли: Кз = Кт Ъ. Величина Кт зависит от коэффициента деления оптического пучка в блоке 1, потерь энергии оптического сигнала в блоках 1, 2 и 11, квантовой эффективйости фотоприемников 4 и 24, и других характеристик оптических элементов предлагаемого измерителя. Для измерения интенсивности мешающего Фона достаточно найти значение сигнала Оп(г) на интервале времени от ги до Т. Реальный сигнал на выходе блока 22 Флуктуирует за счет статистической природы изображения и фона, Причем дисперсия флуктуаций увеличивается с ростом г. Следовательно, для йзмерения интенсивности мешающего фона с наименьшей ошибкой необходимо регистрировать амплитуду сигнала с выхода усилителя 22 в момент времени, близкий к ги; Эту Функцию выполняет управляемый ключ 23, который открывается на короткое время сигналом с выхода формирователя управляющего импульса. Амплитуда импульса (фиг, 2 х)на выходе ключа 23 пропорциональна измеренному значению интенсивности. Фона Ъ. Коэффициент усиления Кеусилителя 23 определяется величиной К 7 и выбранной единицей измеренияинтенсивности фона, Например, если Кб ==1/К 7, то амплитуда импульса на выходеблока 23 совпадает с величиной 3 ч, выра 5 женной в тех же единицах измерения, что ивеличина Яи.Сигнал с выхода делителя 25 поступаеттакже на вход инвертора 14. Выходной сигнал инвертора 1410 018(г) = -01 з(г)с точностью до амплитудного множителяприведен на фиг, 2 ц. Этот сигнал подаетсяна вход сумматора 15, на другой вход кото. рого поступаетсигнал Оз(г)(фиг, 2 в) с выхода15 делителя 6. На выходе блока 15 формируется напряжение (фиг. 2 ч)0 1 д(г) = Оз(г) + О 18(г),которое поступает на вход усилителя 16. Выходной сигнал усилителя 16, с точностью до20 амплитудного множителя приведенный нафиг. 2 ш. 020(г) = К 8 01 д(г),где К 8 - коэффициент усиления блока 16.Амплитуда сигнала а момент времени г = ги25 равна рКЗК 8. Как отмечалось, величина рравна отношению интенсивности полезногоиэображения Ъ к интенсивности фонаЯи, а величина Кз = Кт Ьч, Следовательно,амплитуда сигнала на выходе блока 16 в30 момент времени г = ги равна Ъ К 7 К 8. Дляизмерения интенсивности полезного изображения достаточно найти значение сигнала 02 о(г) в момент времени ги, Этузадачу выполняет управляемый ключ17, который открывается на короткое вре мя сигналом с выхода формирователя управляющего импульса. Амплитуда импульса(фиг. 2 щ) на выходе. ключа 17 пропорциональна измеренному значению интенсивности40 полезного изображения 4. Коэффициентусиления К 8 усилителя 16 определяетсявеличиной К 7 и выбранной единицей измерения интенсивности полезного изображения. Например, если К 8 = 1(Кт,. то45 амплитуда импульса на выходе блока 17совпадает с величиной Ъ, выраженной втех же единицах измерения, что и величина Лэ.По истечении времени Т сигналы на выходах генераторов линейно изменяющегосянапряжения 5 и постоянного напряжения 21спадают до нуля, Это происходит, напри-.мер, при отключении измерителя по окончании измерения. При этом фотоприемники 4и 24 выключаются, а сигналы на выходахстановятся равными нулю. Блок 2 в отсутствие управляющего сигнала переходит в исходное положение. Таким образом, анализизображения заканчивается. После этогопрототипоказываетсянеработоспособным. неизвестного истинного значения сигналр д аблицы, прото- хп(1) на входе указателя экстремума прототип приближается по точности измерения типасточностьюдоамплитудногомножитеплощадийзображениякпредлагаемомуиз- ля изображен на фиг. 5 а. Этот сигнал близких к е ини е, Вмерителю только при о 1 и значениях у, 5 имеет в окрестности бт ти максимума олее полиэких к единице, В остальных случаях логие наклоны, чем сигнал на входевходе указамума в предлагаемомр о ип обеспечивает существенно мень- теля экстремумашую точность измерения площади, чем измерителе (фиг. 2 р). Причем наклон липредлагаемый измеритель. ний в окрестности точки максимума уменьыигрыш в точности измерения интен шается с ростом отличия прогнозируемого сивности полезного иэображения предлата- значения интенсивности фона от истинного емым измерителем по сравнению с значения, которое заранее не известно.устройством-прототипом характеризуется Уменьшение крутизны сигнала в окрестновеличиной отношенияния . сти максимума ведет к увеличению случай 15 ных смещений максимума от точки,У =У /Чл л,о я, . соответствующей площади полезного изображения. Эти смещения обусловленыНа фиг. 4 приведены зависимости выиг- флуктуациями сигнала вызванным р Ф (д ) в точности оценки интенсивно- стической природой как. самого изображести полезного изображения, формйруемой 20 ния, так и фототока фотоприемника. В предлагаемым измерителем, по сравне- результате возрастают случайные ошибки нию с устройством-прототипом от величи- измерения площади полезного изображеизобны отношения интенсивностей полезного ния в устройстве-прототипе, Визо ражения и фона. При построении.крй- мом измерителе крутизна сигнала на входе вых фиг, 4 полагалось, что 5 н = Яевх, Яи = 25 указателя экстремума в окрестности максима я = ЗОО 2=Япх/2, у -,9. Зависимость а рассчита- мума, при прочих равных условияхвиях, всегдадл,и=, -р = 1000, 3- р;-ЗООО, . больше, чем в устройстве-прототипе. За Анализ зависимостей(фиг.4) показывает, что счет этогоуменьшается влияние флуктуаций прототипдажеприсравнительнонебольшом сигнала на входе указателя экстремума на отличии истинного значения интенсйвности 30 точность фиксации момента в ем ни, фона от и огно мф р гнозируемого значения обладает ветствующего истинному значени.о площаменьшей точностью измерения интейсивно- . ди полезного изображения.сти полезного изображения чем предлагае- Ошибки в определении момента времемый измеритель, Выигрыш .в точности ни, соответствующего истинному значению измерения интенсивности оказывается наи площади полезного изображения, в устройолее существенным в случае малых эначе- . стве-прототипе приводят к тому, что управний параметра о, которые представляют ляемые ключи открываются либо раньше, наибольший практический интерес, . либо позже необходимого момента времеаким образом, применение предлагае- ни. Вследствие этого выходные сигналы упмого измерителя обеспечивает существен-,40 равляемых ключей устройства-прототипа ный положительный эффект отличаются от истинных значений площадиДля пояснения причин появления выиг-. и интенсивности полезного изображения, рыща в точности измерения площади и ин- Это служит причиной возникновения ошитенсивности полезного изображения . в бок измерения в устройстве-прототипе.предлагаемом измерителе по сравнению с 45 Если прогнозируемое значение интенустройством-прототипом рассмотрим про- сивности фона существенно отличается от цесс формирования выходных сигналов ус.- . истинного значения, что приводит к нарушетройством-прототипом в условиях, .когда нию работоспособности устройства-протозначениеинтенсивностимешающегофона . типа (т,е. к. очень большим ошибкам заранее не йзвестно и отличается от про измерения), В этом случае сигнал хф) на гнозируемого значения интенсивности фо- входе указателя экстремума прототипа с на. В этом случае выходной сиГнал точностьюдоамплитудногомножителяпригенератора. линейно изменяющегося напря-веден на фиг. 5 б. Как видно иэ зависимости жения в йрототипе с точностью до ампли- фиг. 5 б, сигнал не обладает экстремумом в тудного множителя совпадает с сигналом; 55 точке ти, соответствующей истинному знаиэображенным на фиг. 2 а, а выходной сиг-, чению площади Яи. Вследствие этого уазанал фотоприемника в прототипе совпадает тель экстремума прототипа вырабатывает с сигналоМ, изображенным на фиг, 26 импульс (фиг. 5 в), начинающийся в моментВ случае небольших отличий прогнози- времени т = 0 и соответствующий иэмеренруемого.значения интенсивности фона от ному значению площади . = Яю 1 э"- Яи, Та