Устройство для определения координат объекта

(5 ОПИС ЕТЕ 00 Дь , 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР"Астрофизика" и Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССРМ 1427396, кл, 6 06 К 9/36, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯКООРДИНАТ ОБЪЕКТА(57) Использование; в телевизионной автоматике в автоматических телевизионных системах слежения за подвижнымиобъектами, Сущность изобретения: в устИзобретение относится к телевизионной автоматике и может быть использованов автоматических телевизионных системахслежения за подвижными объектами.Цель изобретения - уменьшениевремени и повышение точности определения координат,Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1,Устройство содержит блок 1 управления выборкой элементов разложения полязрения (БУВЭР), блок 2 памяти поля зрения(БППЗ), блок 3 памяти эталона (БПЭ), блок 4определения координат (БОК), арифметический блок (АБ) 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) б, сдвиговые регистры (СР)7, основные корреляторы (ОК) 8, дополнительный коррелятор (ДК) 9, блок управлениякорреляторами (БУК) 10, сумматор 11, блок ройстве осуществляется определение координат искомого объекта на текущем изображении (ТИ) путем корреляционного сравнения последовательных фрагментов ТИ с эталонным изображением объекта (ЭИ), заполненным заранее. Координаты фрагмента ТИ, дающего наибольшую корреляцию, выдаются в качестве координат объ-.екта. Вычисления сводятся к многократному применению оператором двумерной ковариации фрагмента ТИ с бинарными изображениями в разрядных средах ЭИ. Сигнал корреляции формируется за один цикл опроса. Анализ фрагментов осуществляется в скользящем режиме. Устройство обеспечивает уменьшение времени и повышение точности определения координат, 2 з,п,флы,7 ил, У) весового суммирования (БВС) 12, блок 13 возведения в квадрат, коммутатор 31, вертикальный,регистр адреса (РАВ) 63, горизонтальный регистр адреса (РАГ) 64.На фиг. 2 представлена структурная схема коррелятора, который содержит мультиплексор 14, базовый функциональный Элемент (БФЭ) 15,На фиг. 3 представлена функциональная схема БФЭ, содержащая ячейку ПЗ С 16, центральный электрод 17 ячейки ПЗС (электрод хранения), боковые (накопительные) выходные электроды 18, 19 ячейки ПЗС, первый управляющий электрод 20 ячейки ПЗ С, входную диффузную область 21 ячейки ПЗС, первую схему И 22, второй и третий управляющие электроды 23, 24 ячейки ПЗС, схемы ИЛИ 25, 26, вторую и третью схемы И 27, 28, ячейку 29 управления, триггер 30.10 15 20 25 30 40 45 50 55 В состав БУК входит ПЗУ 56, элементы И 58 - 62 и кольцевые сдвиговые адресные регистры РАВ и РАГ, (63 и 64), Единичное состояние на выходе одного из разрядов каждого регистра указывает столбец и строку БФЭ, выбранного для записи очередного значения элемента текущего изображения. Состояние выходов обоих регистров может быть циклически сдвинуто как вправо так и влево по тактовому импульсу на входе С регистров путем подачи соответствующего разрешающего сигнала на входы В либор.Временная последовательность выработки импульсов Р 1, Р 2 В 1, 82, Я, координатных сигналов Х и У определяется логикой работы коррелятора в каждой микрокоманде. Код МК совместно с кодом развертки МК поступает на дешифратор МК, выполненный на ПЗУ 56, с выходом которого соответствующие управляющие сигналы поступают на КМ и РАВ, РАГ, либо стробируют тактовые импульсы на элементах 58 - 62,Управляющие потенциалы на шины Н 1, Н 2 и Нз, необходимые для работы каждого БФЭ коррелятора, вырабатываются с приходом каждого тактового импульса в блоке формирования импульсов записи - считывания (БФИЗС) 57, Форма и временное положение этих импульсов определяется работой БФЭ в соответств 5 ли с циклограммой, описанной выше,В описанном устройстве существенное (в десятки и сотни раз) повышение быстродействия достигается за счет практически полного распараллеливания выполнения операций корреляции на уровне их физической реализации,Формула изобретения 1, Устройство для определения координат обьекта, содержащее блок определения координат, выход которого подключен к выходу и блоку управления выборкой элементов разложения, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с входами блока памяти эталона, блока определения координат, коммутатора и блока памяти поля зрения, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, первый выход которого подключен к второму входу блока памяти эталона, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения координат, введены арифметический блок, выход которого соединен с вторым входом блока определения координат и сдвиговых регистров, и основных и один дополнительный коррелятор сумма. тор, блок весового суммирования. блок возведения в квадрат, вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, а его выход- с аналоговым входом дополнительного коррелятора, и блок управления коррелятора, вход которого подключен к пятому выходу блока управления выборкой элементов разложения, его первый выход - к управляющим входам корреляторов, а второй и третий выходами соединены с входами вертикального и горизонтального адресных регистров, подключенных поразрядно соответственно к строчным и столбцовым координатным входам всех корреляторов, каждый из которых, за исключением дополнительного коррелятора, аналоговым входом соединен с вторым выходом коммутатора, а первым выходом - с соответствующим входом блока весового суммирования, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, у которого второй и третий входы соединены соответственно с выходами дополнительного коррелятора и сумматора, входы которого соединены с первым и вторым выходами соответствующего коррелятора, у каждого из которых бинарные входы соединены с поразрядными выходами одного из сдвиговых регистров, вход которого подключен к выходу блока памяти эталона в соответствующем цифровом разряде,2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ еес я тем, что каждый из коррелятора содержит матрицу из М х И базовых функциональных элементов(БФЭ) первый координатные входы которых, соединенные по строкам, и вторые координатные входы, соединенные по столбцам, образуют М х М координатных. входов коррелятора, причем первый аналоговый, второй, третий и четвертый управляющие входы коррелятора, а также его первый и второй выходы образованы параллельным соединением соответствующих входов и выходов всех БФЭ, водящих в коррелятор, четвертые выходы БФЭ первого столбца подключены к пятым входам БФЭ второго столбца и далее до БФЭ последнего М-го столбца, и й-мультиплексоров, каждый из которых выходом соединен с пятым входом соответствующего БФЭ первого столбца матрицы, при этом 1 ч бинарных входов коррелятора образованы первыми входами Й мультиплексоров, четвертый выход каждого БФЭ в последнем М - М-м столбце матрицы подключен к второму входу мультиплексора в той же строке, к третьему входу мультиплексора в предыдущей сгроке и к четвертому входу мультиплексора Г 5 поспедуГощей строке, а пятый и шестой входы коррелятора образованы путем параг 5 яел 5,5 с 55 соединения. соо 155 етст 535 ННС 5 55 ЬХЛ 555 ГСТЫХ ГЗХС 5 ДСГ ВСЕ ГЗХОДЯЩИХ Г 5 с 511 Р ",с с Р Г, УЯ 555 г 555 ек 5 с ГГ22 1814196 21 1 3, Устройство по и, 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что базовый функциональный элемент коррелятора содержит ячейку приборов с зарядовой связью(ПЗ С); имеющую два боковых и один центральный накопительные электроды, которые являются соответственно первым, вторым и третьим выходами БФЭ, первый управляющий электрод, зарядово связанный с первым выходом БФЭ и с дифузионной входной областью, образующей первый аналоговый вход БФЭ, при этом первый управляющий электрод связан с первым и вторым координатными входами БФЭ через первую схему И, второй и третий управляющие электроды, перекрывающие промежутки между центральным и двумя боковыми, накопительными электродами ячейки ПЗС, связан с выходами первой и второй схем ИЛИ входящими вместе с второй и третьей схемами И в состав ячейки управления, причем первые входы второй и третьей схем И соедине ны соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, первый вход которого является одновременно вторым управляющим входом БФЭ, а попарно соединенные вторые входы второй и третьей схемы И и 10 первые входы схем ИЛИ образуют соответственно третий и четвертый управляющие входы БФЭ, при этом второй информационный вход триггера является одновременно пятым входом БФЭ, прямой выход триггера 15 является одновременно четвертым выходом БФЭ, а вторые входы первой и второй схем ИЛИ соединены с выходами второй и третьей схем И соответственно, 18141961814196 6 ВВЮЮ Ваш кович Коррек РедакторЗаказ 1833ВНИИП Составитель В. МовчаТехред М,Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10Для определения частных ковариаций в и предлагаемом устройстве используются основные корреляторы 8, являющиеся основ О ными функциональными элементами устройства, (Подробное описание построения и работы коррелятора приведено на стр. 15). Каждый коррелятор имеет аналоговый вход А, совокупность бинарных входов 45 (11 .,1(ч), входы координатных шин Д(11), (Д 2, управляющие входЫ (Р 1, Р 2, Я, Й 1, 82)9) чи два выхода (Н 1, Нз). Через аналоговый вход в аналоговую память коррелятора (представляющую собой матрицу ПЗС-яче О д ек) записываются отсчеты аналогового видеосигнала текущего фрагмента входного изображения, По бинарному входу в бинарную память коррелятора поступает бинарное иэобРажение соответствУющего 55 с разрядного среза эталона. На каждом из двух выходов коррелятора в момент опроса формируется соответствующая сумма отсчетов видеосигнала фрагмента входного иэображения (соответственно для нулевых где К , 9= Х Х 1 д- есть частная кова(5) (3)5 риация матрицы (б) с бинарным изображением (д , соответствующим сечению по э-му разряду кодов отсчетов видеосигнала в цифровом представлении м)атрицы эталона, т,е, частная ковариация К(, 9 - есть сумма элементов матрицы Щ, соответствующих единичным элементам матрицы бинарного изображения (д ). Таким образом, ковариация К(, 9 может быть вычислена с помощью раздельного вычисления частных ковариаций фрагмента входного изображения с бинарными иэображениями в соответствующих разрядных срезах цифрового представления матрицы эталона и последующего весового суммирования полученных частных ковариаций (с весами соответствующих двоичных разрядов)В свою очередь, каждая частная ковариация может быть представлена в виде суммы столбцовых ковариаций;25 где К 1, 9)= 2. б);д- ковариация)-го стол(Б) - (с)бца входного фрагмента с )-м столбцом бинарного изображения матрицы эталона в э-ом разрядном срезе, т,е. частная ковариация равна сумме ковариаций отдельных З 5 столбцов. и единичных элементов бинарного изображения), Из приведенного краткого описания видно, что с помощью коррелятора на ПЗС можно вычислить также и среднее значение элементов входного фрагмента, Для этого необходимо либо подать на бинарный вход коррелятора опорное изображение, состоящее только из единичных элементов (в результате чего на одном из выходов в момент опроса будет сформирована сумма всехотсчетов фрагментов входного изображения), либо просуммировать оба выходных сигнала коррелятора.Рассмотрим теперь работу устройства в целом.Функционирование устройства осуществляется в тактовом режиме синхронно с работой приемного устройства телевизионного координатора, В каждом такте (кадре телевизионной развертки) в блок памяти поля зрения 2 по входу 1 (см. фиг, 1) поступает видеосигнал машинного стандарта разло- жения изображения, отображающей поэлементное разложение изображения в поле зрения координатора (изоб ражение объекта и прилегающего фона) в виде прямоугольной матрицы постоянного формата, каждый элемент который представляет собой среднюю величину видеосигнала в пределах одного элемента дискретизации (машинного дискрета),Угловые размеры одного машинногодискрета, выраженные в элементах разложения телевизионного растра, определяются выбранным масштабом разложения, начальное значение которого задается в начальный момент слежения оператором (с омощью органов ручного управления - пуем стробирования изображения объекта на кране видео-контрольного устройства) или втоматическим обнаружителем,В процессе слежения на объектом велиина масштаба регулируется с учетом изме- ения текущей дальности для обеспечения езависимости видеосигнала машинного тандарта разложения от дальности,Формирование видеосигнала машинноо стандарта разложения осуществляется не ВУ в соответствующем устройстве, вхоящем в состав координатора,В частном случае функции блока памяти зображения в поле зрения может аыпол- ять и сам телевизионный датчик изображеия, если он допускает неразрушающее читывание видеосигнала машинного стан- арта непосредственно с приемника изоражения, (Например, может быть спользован матричный координатно-адреуемый приемник с интегральным опросомна приборах с зарядовой инжекцией (ПЗИ) (3,Начальное считывание эталонного изображения объекта из блока памяти поля зрения 2 и его запоминание в основных корреляторах 8 осуществляется с приходом импульса начала цикла (ИНЦ) по входу П (в момент начального выбора эталонного изображения объекта) с помощью блока управления выборкой элементов разложения поля зрения 1 по координатам, поступающим в блок 1 по входу 1 И извне (от автоматического обнаружителя или с органов управления оператора).При этом блок управления выборкой элементов разложения поля зрения 1, осуществляет последовательное считывание элементов разложения видеосигнала эталонного изображения цели из блока памяти поля зрения 2 через коммутатор видеосигнала 31 и АЦП б в блок памяти эталона 3, Элементы разложения эталонного изображения далее поразрядно поступают с выхода блока памяти эталона на сдвиговые регистры, выходы которых поразрядно соединены с бинарными входами корреляторов. Информация об эталоне вводится в коррелятор по столбцам, при этом одновременно с обновлением информации в первом столбце записанная ранее информация сдвигается на один шаг вправо. Запись следующего столбца будет произведена после обновления информации в сдвиговых регистрах 7. Предусмотрена также возможность независимого ввода эталона в блок памяти 3 извне по входу И. Такая необходимость может возникнуть при априорном задании эталонного изображения или при обновлении его в процессе слежения.Определение частных ковариаций Кг,9 осуществляется в соответствующих основных корреляторах 8, в каждый из которых через аналоговый вход поэлементно поступает один и тот же фрагмент входного изображения.8 момент опроса корреляторов полученные частные ковариации поступают на соответствующие входы блока весового суммирования 12, где они умножаются на веса соответствующих двоичных разрядов и суммируются, 8 результате на выходе блока весового суммирования вырабатывается сигнал ковариации фрагмента входного изображения с эталоном,Одновременно в сумматоре 11 осуществляется суммирование обоих выходных сигналов одного из основных корреляторов, в результате чего на .выходе сумматора 11 формируется сигнал гуммы фрагментов входного изображения; М й2= 1=1Формирование слагаемого Х Х 1 л2осуществляется с помощью блока возведения в квадрат и дополнительного коррелятора 9, В бинарной памяти дополнительногокоррелятора 9 постоянно хранится изобра"О жение, все элементы которого имеют значение "единица" (возможен также и второйспособ осреднения, упомянутый выше, см,стр, 12, путем суммирования сигналов наобоих выходах коррелятора).Таким образом, на выходе дополнительного коррелятора будет сформирована сумма квадратов всех элементов текущегофрагмента входного изображения.Все вычисления первого этапа выполняются одновременно за.один цикл опросакорреляторов,В результате на входах арифметического блока 5 присутствуют все операнды, необходимые для определения по формуле (2)нормированного коэффициента взаимнойкорреляции текущего фрагмента входногоизображения с эталоном.Получаемый в результате вычисленийкоэффициент корреляции с выхода арифме 3 О тического блока, поступает в блок определения координат 4, на другой вход которогоиз блока управления выборкой элементовразложения поля зрения 3 поступают кодыкоординат текущего фрагмента входногоизображения в поле зрения координатора;Для получения нового значения коэффициента корреляции необходимо произвестиотносительный сдвиг фрагмента текущегоизображения относительно эталона, после4 О чего цикл работы вычислительного устройства повторяется,В блоке определения координат каждоеновое значение коэффициента корреляциисравнивается по величине с наибольшим из45 полученных ранее коэффициентов. Если новое значение больше запомненного ранее,то оно запоминается в регистрах блока определения координат вместе с координатами соответствующего фрагмента текущегоизображения,После завершения просмотра и корреляционной обработки всех возможных взаимных положений фрагментов текущего и эталонного изображений на выходе блока определения координат будут присутствовать координаты фрагмента, имеющего наибольшую корреляцию с эталоном, Полученные кпординаты выдаются из ВУ напривода системы слежения в качестве коор- относительный сдвиг текущего иэображединат обьекта, ния и эталона.В предлагаемом устройстве процедура Взятие каждого нового значения коваотносительного перемещения и сравнения риаций К(.,требует предварительной эаэталонного и текущего изображений реали писи фрагмента текущего иэображения в зуется в основных корреляторах 8, построе- корреляторы, которое соответствует очение и работа которых описаны ниже, редному сдвигу текущего изображения отКоррелятор 8 (фиг, 2) работает следую- носительно эталона, При этом возможна щим образом. оптимизация режима работы коррелятора,Как видно изсхемы, представленной на 10 которая заключается в следующем.фиг, 2, совокупность базовых функциональ- Последовательный просмотр фрагменных элементов(БФЭ) 15 образует М линей-. тов входного изображения осуществляется ных корреляторов по М ячеек в каждом.из под управлением блока 1 путем строчноних, кадрового сканирования: сначала выбираютАналоговый сигналтекущегоизображе ся фрагменты в направлении строки с ния подается на аналоговый вход А корре- заданным шагом, по завершении очередной лятора, соединен ный с аналоговыми строки осуществляется шаг вниз и затем провходами всех БФЭ. Выбор ячейки, в кото- сматриваются в противоположном направлерую производится запись текущего отсчета нии фрагменты следующей строки и т.д.видеосигнала в данный момент времени, 20 Поскольку шагсканирования определяопределяется состоянием координатных ют точность определения координат полошин коррелятора. При подачеуровня "1" на жения обьекта, то обычно его стараются горизонтальную и вертикальную координат- сделать по возможности меньше, вплоть до ные шины открывается для записи БФЭ, одного элемента видеосигнала машинного соответствующий пересечению этих коор стандарта разложения, В результате любые динат шин, два соседних по очередности выборки фрагЗапись бинарного сигнала в соответст- мента изображения имеют значительное вующем разрядном срезе эталонного изо- перекрытие, поэтомудляосуществленияопбражения, производится на входы 11 , 1 иределенного таким образом пофрагментномультиплексоров 14, выходы которых сое го скользящего анализа входного динены с бинарными входами линейных - изображения нет необходимости считать корреляторов, образованных последова- полностью каждый очередной фрагмент из тельным (вдоль строк) соединением БФЭ. блока памяти поля зрения,Информация об эталоне, как уже упомина-Для этого достаточно присвоить новые лось, вводится в коррелятор по столбцам, 35 номера строкам(или столбцам) предшествупричем за один такт записи (по сигналу)на ющего фрагмента, являющимся общими для втором Я (управляющем) входе коррелятора предшествующего и нового фрагментов, а обновляется информация об эталоне в пер- затем считать из блока памяти поля зрения вых БФЭлинейныхкорреляторов,образую- недостающие новые строки (или столбцы) щих левый столбец матрицы БФЭ, 40 нового фрагмента изображения с присвоеИнформация, записанная ранее в осталь- нием им соответствующих номеров, ные БФЭ матрицы, также обновляется пу- В качестве иллюстративного примера тем перезаписи информации из рассмотрим ситуацию когда фрагмент иэопредыдущего (левого) столбца в последую- бражения, состоящий из М столбцов, послещий (правый) столбец, т,е, путем одновре довательно смещается вправо на один менного сдвига всей запомненной ранее столбец на каждом шаге:информации на 1 шаг вправо, Пусть первый фрагмент записан в масПосле записи текущего и эталонного сиве памяти из Мсегментов(поодномусегизображения в коррелятор производится менту на столбец) с начальной нумерацией взятие частной ковариации К , ц. сигнал 50 сегментов: 1, 2, ЗМ - 1,М,которой формируется на первом Н 1 и треть- Перенумерация сегментов памяти поем Нз выходах коррелятора при подаче уп- сле первого сдвига вправо получается из равляющих сигналов на третий В и начальной нумерации циклическим сдвигом четвертый Вг(управляющие) входы, (Деталь- на один элемент вправо: М, 1, 2, 3, М. ное пояснение механизма формирования 55 При этом крайний правый недостающий выходного сигнала приведено далее при столбец нового фрагмента необходимо заописании БФЭ и линейных корреляторов, писать в сегмент с новым номером М (котосм, стр. 19). рый в старой нумерации был первым), .Для взятия очередного значения чувст- Следующий сдвиг вправо на один столбец ной ковариации необходимо осуществить даст новую нумерацию сегментов памяти,М - 1,М,1,2,3,. М - 2,Причем новый столбец опять записывается в сегмент с новым номером М и т,д. По аналогии при сдвиге фрагмента влево. на один столбец необходимо провести перенумерацию сегментов памяти с помощью циклического сдвига влево, а затем записать недостающий столбец (левый столбец нового фрагмента) в сегмент с новым номером 1, Аналогично может быть осуществлен сдвиг фрагмента вверх (или вниз) на одну строку, Для этого необходимо осуществить циклический сдвиг номеров строк в выбранном направлении на единицу, а затем записать новую информацию, в строку с номером 1 (или М),В общем случае при сдвиге фрагмента на несколько строк или столбцов необходимо осуществить соответствующую циклическую перенумерацию строк или столбцов в памяти, а затем записать недостающую информацию в соответствии с новой нумерацией. Следует отметить, что в интересах упрощения реализации, иногда может оказаться полезным очередность выполнения перенумерации и собственно записи поменять местами.Таким образом, циклическая перенумерация строк или столбцов в массиве памяти при каждом переходе к новому фрагменту изображения позволяет осуществить считывание из блока памяти поля зрения только новой части фрагмента при сдвиге по строкеили по кадру,Физически описанный выше процесс перенумерации записанных в память элементов фрагментов изображения, может быть осуществлен двумя способами - либо соответствующей переиндексацией адресов сегментов памяти, либо путем физического сдвига самой информации в памяти.Преимуществом описанного способа выборки элементов из блока памяти поля зрения является сокращение более чем на порядок количества обращений к ней. Если считываемые описанным выше способом последовательные фрагменты входного изображения подвергаются затем корреляционной обработке с эталоном, то при каждой перенумерации сегментов памяти фрагмента входного изображения, точно такая же перенумерация должна быть выполнена и в памяти эталона для того, чтобы при вычислении корреляционной функции сохранить взаимное соответствие элементов разложения текущего фрагмента и эталона, Это может быть произведено путем относительного циклического сдвига эталона относительно матрицы коррелятора, в которой 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 записано текущее изображение. Режим циклического перемещения эталонного изображения относительно матрицы осуществляется путем соответствующего переключения выходов и входов линейных корреляторов с помощью мультиплексоров 14, управляемых сигналами, поступающими на пятый Р 1 и шестой Р 2 (управляющие) входы, при этом сигнал тактовой синхронизации (продвигающий импульс) поступает на второй (управляющий) вход коррелятора.Более подробно работа коррелятора в данном режиме описана далее на с, 23,Переходим к описанию работы базового функционального элемента (БФЭ), схема которого изображена на фиг, 3,На фиг. 3 приведена схема БФЭ, на которой приняты следующие условные обозначения;Д 1, Д 2 - входы первой схемы И (координатные входы БФЭ);А - аналоговый вход;Н 1, Н 2, Нз - первый, второй и третий накопительные электроды соответственно;Б 1, Б 2 - бинарный вход и бинарный выход;В 1, н 2 - входы схемы управления 30;. Я - шина импульсов сдвига,Триггер 30 представляет робой один разряд двоичного сдвигового регистра, Путем последовательного соединения таких элементов может быть образован сдвиговый регистр нэ необходимое число разрядов, Работа БФЭ осуществляется следующим образом,В ПЗС-ячейку 16 поступает заряд пропорциональный входному аналоговому сигналу из входной диффузионной области 21 (вход А) через передающий электрод записи 20, который управляется выходом первой схемы И 22, Запись заряда в ПЗС-ячейку осуществляется при одновременном нали-. чии сигналов на обоих координатных входах Д 1 и Д 2В ПЗС-ячейке 16 заряд может сдвигаться между тремя областями - центральной и двумя боковыми - в зависимости от соотношения потенциалов, приложенных к накопительным электродам 17, 18 и 19, проходящим нэд соответствующими областями ПЗС-ячейки,Три области хранения заряда в ПЗС- ячейке разделяются потенциальными барьерами, которые формируются с помощью двух управляющих электродов 23 и 24, подключенных к выходам первой 25 и второй 26 схем ИЛИ.В начале каждого цикла опроса оба пе- редающих электрода 23 и 24 открыты (потенциальные барьеры отсутствуют) и зарядсобирается в центре ПЗС-ячейки поддейст- снова переводятся под центральный электвием потенциала центрального электрода род Н 2 путем создания под ним потенциаль 17, Затем передающие электроды 23 и 24 ной ямы и последующей подачи импульсазакрываются, а потенциалы выходных нако- управления на вход управления передаюпительных электродов 18 и 19 изменяются 5 щими затворами,таким образом, что под ними образуются Считывание информации с электродовпотенциальные ямы, Затем (в момент опро- Н и Нз может осуществляться любым станса) открывается один или другой из переда- дартным способом, например, по схеме выющих электродов 23 или 24 в зависимости . вода заряда с плавающими затворами(4,от состояния триггера 30 ("0" или "1"), и 10 После ввода заряда под центральныйзаряд ПЗС-ячейки перетекает в соответст- электрод Н, но до открытия передающихвующую потенциальную яму. При этом в ре- затворов ПЗ 1 и ПЗ 2, области под электродазультате сдвига заряда в ПЗС-ячейке на ми Н 1 и Нз заряжаются до напряжения писоответствующем выходном измеритель- тания -Ец, таким образом, чтобыномэлектроде 18 или 19 возникаетнаведен потенциальные ямы под электродами Нный сигнал, пропорциональный величине и Нз были больше, чем под центральнымсдвигаемого заряда, электродом Н 2 (см. описание работы БФЭ,При этом сами заряды в ПЗС ячейках не приведенное выше) и затем изолируются отудаляются и могут быть измерены повторно, указанного источника,при следующем цикле опроса 20 Полученный таким образом заряженПри записи аналогового сигнала выбо- ный "конденсатор", одной обкладкой котора очередной ПЗС-ячейки в матричном на- рого является заряженная область подборе осуществляется подачей импульсов на электродом Н 1 (Нз), а другой сам изолиросоответствующие координатные шины Д 1 и ванный электрод Н 1 (Нз), сохраняет свойД. В результате на затвор записи 33 вы заряд до открытия одного из электродовбранной ПЗС-ячейки подается напряжение, ПЗ 1 или ПЗ 2, Заряд, находящийся под элекоткрывающее его на время записи, и инжек- т родом Н вычитается из заряда "конденсатируемые из входной области ввода заряда тора" и это изменение заряда ипод шиной А заряды стекают в потенциаль- регистрируется в качестве сигнала коварианую яму под электродом Н., на который для 30 ции К , д, На рисунках для простоты схемаэтого предварительно подается соответст- . считывания не показана,вующее напряжение, Затем на централь- При последовательном соединении неный электрод Нг подается потенциал, скольких БФЭобразуется линейный набор,образующий под ним более глубокую потен- в котором накопительные электроды являциальную яму, чем под электродом Н 1. По 35 ются общими для всех ПЗС-ячеек, а тригге-.команде передачи заряда под электродом ры 30 всех БФЭ образуют один сдвиговыйНр, поступающей на вход В 2, схемы ИЛИ 25, . регистр бинарного сигнала, Образованный26 открывают передающие затворы ПЗ 1 и таким образомлинейный коррелятор позвоПЗ 2 и зарядовый пакет перетекает под цент- ляет осуществлять корреляцию аналоговогоральный электрод Нр. Для считывания сигна сигнала, записанного в ПЗС-ячейках, с двола ковариации К, ц электроды Н и Нз ичной последовательностью, хранящейся в(з)предварительно заряжаются до потенциала, сдвиговом регистре, При каждом опросе лисоздающего под ними более глубокие потен- нейного коррелятора на общих выходныхциальные ямы, чем подэлектродом Н 2, В со- электродах Н и Нз суммируются сигналы,ответствии с состоянием триггера 30 (в 45 наведенные присдвигезарядов в ПЗС-ячейсоответствующем разряде сдвигового регист- ках различных БФЭ,ра) в момент прихода импульса на вход управ-, При этом на одном из выходных электления Я 1 на выходе одной 25 или другой 26 родов суммируются сигналы в ПЗС-ячейках,схем ИЛИ появляется сигнал, обеспечиваю- соответствующих нулям в двоичной послещий перетекание зарядового пакета из под 50 довательности, а на другом - единицам,центрального электрода Н 2 в потенциальную Осуществляя перед каждым опросом сдвигяму под одним из электродов Н 1 или Нз, двоичной последовательности в сдвиговомПри одновременном сдвиге зарядов во, регистре, можно получить различные отсчевсех ячейкахПЗС-матрицы наэтихэлектро- ты корреляционной функции. Линейныйдах наводится суммарный сигнал, пропор коррелятор подобного типа впервые былциональныи ковариации К гв . Для описан в работе 53(см, также(6.(з)подготовки к следующему циклу опроса ко- Коррелятор 8 включает в себя ряд литорый произойдет после сдвига информа- нейных корреляторов описанного типа, обьции в сдвиговых регистрах бинарного единенных в двумерный набор, каксигнала, зарядовые пакеты в ПЗС-ячейках показано на фиг. 2.Ниже приводится описание работы коррелятора в режиме сканирования эталономотносительно текущего изображения.На фиг, 4 приведена функциональнаясхема той части коррелятора, которая выполняет функции записи, хранения и сдвигабинарного эталонного иэображения (ЭИ),для частного случая 8=5. Здесь элементыМх 1, , Мх 5 - мультиплексоры (31 по схемефиг. 2), а сдвиговые регистры образованыпутем последовательного соединения триггеров 30 (фиг, 3) базовых функциональныхэлементов 16 (фиг. 2).В режиме записи ЭИ в коррелятор наинформационные входы 11 , 15 подаетсяпараллельный двоичный код, который содержит информацию о выбранном столбцеодного из разрядных срезов ЭИ, В,этомслучае управляющие потенциалы Р 1 и Р 2равны нулю, мультиплексоры Мх 1 Мх 5пропускают информацию со входов 1115на входы Д сдвиговых регистров 861,865 и по сигналу Я, поданному на.входысинхронизации регистров, информации отекущем столбце ЭИ записывается в регистры 861, 865, а предыдущая информациясдвигается "вправо" на элемент (режим О,схематически проиллюстрирован на фиг.5 а), По окончании записи ЭИ и фрагментатекущего иэображения (ТИ) в корреляторнеобходимо выполнить определенное количество сдвигов ЭИ относительно ТИ, причемв зависимости от заданной траектории ска нирования эти сдвиги должны выполняться"влево" на один элемент (режим 1, фиг. 5 б)выполняется при подаче управляющих сигналов Р 1=0, Р 2=0 и пачки сдвигающих импульсов по входу 3 (их число на единицуменьше, чем количество разрядов в сдвиговых регис ирах).В этом случае каждый из регистров 861,865 образует кольцевой сдвиговый регистр.Сдвиг "вправо" на один элемент(режим1, фиг, 5 б) также выполняется при Р=1, Р 2=0подачей только одного импульса на вход 3,при этом информация в каждом столбце ЭИ(кроме последнего) сдвигается "вправо" наодин элемент, а информация последнего(Мтого) столбца сдвигается в столбец с номером 1,Сдвиг ЭИ "вниз" на один элемент (режим 2, фиг. 5 в) выполняется при подачеуправляющих сигналов Р 1=0, Р 2=1 на входымультиплексоров и пачки сдвигающих импульсов на вход Я (их число в этом случаеравно количеству разрядов в сдвиговых регистрах). В этом режиме регистры 861, ,865 образуют единый сдвиговый регистр, причем информация с выхода 861 поступа- ет на вход 862 и т.д., э с выхода 865 поступает на вход 861.Сдвиг ЭИ "вверх" на один элемент (режим 3, фиг, 5 г) выполняется при подаче управляющих сигналов Р 1=1, Рг=1 на входы Мх 1, ., Мх 5 и пачки сдвигающих импульсов по входу Я (их число равно количеству разрядов в каждом иэ регистров 861865), В данном режиме выход 865 соединен с входом 864 и т,д., а выход 861 - с входом 865.Нэ фиг. 5 д приведен вариант траектории считывания информации из памяти ТИ для частного случая ТИ размером 5 х 5 эле 10 считывание выполняется за 33 синхротакта(11 циклов по 3 синхротактэ, номера цикловобозначены на фиг, 5 д).На фиг. 6 представлен возможный вари 20 ант функциональной схемы блока управления выборкой элементов разложения (БУВЭР), предназначенного для выработки адресов элементов разложения БППЗ и БПЭ, кода режима (КР), кода микрокоманд (МК), координат эталона относительно текущего изображения Нэ схеме введены следующие обозначения,сх.упр, - схема управления;ИН Ц - импульс начала цикла,ГТИ - генератор тактовых импульсов; ПЗУ МК - ПЗУ микрокоманд;ИК МК - импульс конца микрокомэнды; ИКР - импульс конца режима;ИКЦ - импульс конца цикла.БУВЭР состоит из схемы выработки КР на элементах 33, 34, 36, 37, 43; схемы выработки кода МК - на элементах 39, 38, 40; 30 35 схемы выработки адреса элемента раэложе 40 45 ния блока памяти эталона - на элементах 39,.41, 42, схеме совпадения 44; схемы выработки адреса элемента разложения БППЗ - на элементах 50 - 53, генераторе кода предустановки 49, дешифраторе МК 46, сумматорах 54 и 55; схемы выработки координат эталона относительно текущего иэображения - на элементах 47, 48, коммутаторе 45. Работа БУВЭР осуществляется в трехрежимах. 50 1. Режим записи первого фрагмента текущего изображения и эталона в коррелятор,2. Режим вычисления отсчетов корреляционной функции. 3. Режим обновления эталона, Все три режима вместе составляютодин цикл работы всего, устройства. Длительность цикла не превышает несколькихмилисекунд,15 ментов, ЭИ 3 х 3 элементов, В этом случаеПервые два из указанных режимов выполняются в каждом кадре, В последнемрежиме запись эталона в БПЭможет производиться либо из БППЗ (во время прицеливания), либо из внешнего устройства (при 5коррекции эталона).Третий режим осуществляется толькопри наличии команды необходимости смены эталона поступающей извне на схемууправления (65) коммутатором 31, который 10переключается в зависимости от кода режима на выходе счетчика 37 (Состояния счет- .чика: 00; 01; 10 - соответствуют 1-му, 2-му и3-му режимам).Цикл оканчивается с приходом импульса конца цикла (ИКЦ) с элемента 43 на входВ триггера 33 по окончании последнего,третьего, режима обновления эталона, либопо,окончании второго режима - вычислениякорреляционной функции, В этом.случае 20ИКЦ вырабатывается из импульса, поступающего со схемы управления 65. Каждый режим работы устройства состоит извыполнения ряда МК, последовательностькоторых хранится в ПЗУ МК, на выходе которого генерируется код текущей МК, Длительность всех микрокоманд одинакова иопределяется работой схемы совпадения 44и счетчика 42, который сбрасывается от схемы совпадения через элемент ИЛ,И 39 им.пульсом конца МК. Код режима и код МКрасшифровываются дешифратором МК 46,который управляет работой остальных частей схемы для выработки адресов элементов разложения БППЗ и координат для БОК. 35Текущий адрес элемента разложенияформируется из;- базового адреса координаты положения эталона нэ текущем изображении, кото- .рый представляет собой адрес элемента 40текущего изображения относительно верхнего левого угла, соответствующего верхнему левому элементу при определении егоположения относительно текущего иэображения; 45- относительного смещения адреса элемента разложения относительно базовогоадреса;- добавки на М элементов, где й соответствует числу элементов по одной из сторон эталона (строке или столбцу),Все эти три составляющих подаются насумматоры вертикальной и горизонтальной ,адресации (54 и 55) соответственно со следующих элементов; базовый адрес - со счетчиков 47 и 48; относительное смещение - сэлементов 50 и 51; добавка - с элементов 52и 53.В первом режиме работы выполняетсямикрокоманда записи в коррелятор столбца эталона и столбца текущего изображения такой же длины, поэтому код развертки МК, являющийся относительным смещением, поступает на сумматор вертикальной адресации 54. Импульс конца МК через коммутатор 45 поступает на вход +1 счетчика 48, увеличивая тем самым состояние его на единицу, что эквивалентно адресации к следующему столбцу считываемого фрагмента,Количество МК в этом режиме равно количеству столбцов в эталонном изображении.Во втором режиме происходит вычисление отсчетов корреляционной функции. Это реализуется с использованием трех микро- команд - "сдвиг вправо", "сдвиг влево" и "сдвиг вниз", отличающихся тем, что в них соответственно происходит считывание сегмента текущего иэображения из й элементов справа, слева или снизу от фрагмента текущего изображения, находящегося в КМ, Путем чередования этих МК осуществляется сканирование всех фрагментов текущего иэображения относительно эталона. Каждому фрагменту соответствует один отсчет корреляционной функции. В этом режиме при сдвиге вправо добавка поступает только на сумматор горизонтальной адресации 55, при сдвиге вниз - только на сумматор вертикальной адресации 54, а при сдвиге влево не поступает ни на один из сумматоров. Код развертки поступает на сумматор вертикальной адресации 54 при сдвиге влево и вправо и нэ сумматор горизонтальной адресации 55 при сдвиге вниз. Импульс конца МК в конце каждой МК увеличивает состояние счетчика 48 при сдвиге вправо, счетчика 47 при сдвиге вниз и уменьшает состояние счетчика 48 на единицу при сдвиге влево. Количество МК во втором режиме равно количеству отсчетов корреляционной функции. В третьем режиме обновления эталона отдельной микрокомандой является обновление столбца эталона, Третий режим ана,логичен первому за исключением того, что в нем возможна предустановка счетчика 47 и 48 по параллельному входу для перезаписи в качестве эталона указанного фрагмента текущего изображения из БППЗ, На фиг. 7 приведен один из возможных вариантов реализации функциональной схемы блока управления корреляторами (БУК), который предназначен для выработки управляющих сигналов необходимых для работы коррелятора Я; Р 1, Р 2 Й 1, В 2 координатных сигналов Х и У для выбора БФЭ; а также сигналов управления, поступающих на шины Н 1, Н 2 и Нз БФЭ,