Датчик скорости изображения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистически 11 Республик(22) .Заявлено 1306.79 1) 2 7 79 7 74/18-10 нием заявки М с присоеди (23) Приори 01 Р 3/36 сударственнын комнте СССР о делам кзобретеннй н открытий(5 ТЧИК СКОРОСТИ ИЗОБРАЖВНИ чи Изобретение относится к приборостроению и может быть использованодля измерения скорости движения1изображения подстилакщей поверхностиили среды в различныхустройствах автоматики, например в компенсаторахскорости смаза при аэрофотографировании.Известны оптико-электронные дат1ки скорости иэображения 113,Однако данные датчики имеют малуюточность измерения скорости изображения.Известен также корреляционный датчик скорости изображения, которыйсодержит объектив, два фотоэлемента,разнесенные по базе, блок регулируемойзадержки, коррелятор, состоящий изперемножителя, интегратора и экстремального регулятора. Величина времени задержки, соответствующая максимальному значению корреляционнойфункции, поступает на делитель, вкотором величина базы делится на время задержки, с выхода делителя снимается электрический сигнал, пропорциональный скорости изображения 12.Однако данному устройству присущинедостатки. Во-первых, такой корреляционный датчик скорости изображения З 0 обладает низкой точностью измерениявектора скорости изображения при наличии сноса в горизонтальной плоскости, так как в этом случае корреляция сигналов от фотопреобразователя уменьшается (максимум корреляционной функции уменьшается, а сама онастановится более пологой). Во-вторых,при наличии угла сноса Ч значение базового расстояния между фотоприемниками уменьшается 1 о. = 1 р со 5 , чтоприводит к ошибке, где 1 р - установочное расстояние между фотоприемниками, оно равно базовому расстояниюпри отсутствии угла сноса. В-третьихпри наличии отклонения по тангажуна у 1 ол У , аналогично рассмотренному выше для угла сноса, происходитуменьшение базового расстояния 1 уО:1 со 5 Ю , что приводит к дополнительной ошибке. В общем случае, приналичий угла сноса и отклонения потангажу, базовое расстояние определяется выражением18, = 1 о С 05 т С 05 Ч.Цель изобретения - повышение точности измерения вектора скоростииэображения при наличии угла сноса ис учетом тангажа, 822032указанная цель достигается тем,что второй по продольной оси носителя фотоприемник выполнен в видематрицы из и фотоприемников, ориентированной по поперечной оси носителя,и в него введены схема поиска максимума, п ключей, две и-входных схемыИЛИ, датчик тангажа, выходной перемножитель, генератор тактовых им.пульсов и дополнительные ицепи,состоящие из ключа, делителя и последовательно соединенных блока регулируемой задержки, перемножителя, интегратора и экстремального регулятора, причем генератор тактовых импульсов соединен со считывающими входамифотоприемников, выход первого фотоприемника соединен со вторыми входами перемножителей, выход каждого фотоприемника матрицы соединен с первым входом соответствующего блока регулируемой задержки, второй вход ко- щторого подключен к выходу соответствующего экстремального регулятора,а выход - ко второму входу соответствующего ключа, первый вход которогосоединен с соответствующим выходомсхемы поиска максимума, а выход - свходом соответствующего делителя,выход которого подключен к соответствующему входу первой схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входомвыходного перемножителя, второй вход З 0которого подключен к выходу датчикатангажа, выход каждого интеграторасоединен с соответствующим входомсхемы поиска максимума, выходы которой через вторую группу и ключей З 5подключены к соответствующим входамвторой схемы ИЛИ.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого датчика скорости изображения. .40Датчик включает объектив 1,фотоприемник 2, линейную матрицу 3 фотоприемников, блок 4-4 п регулируемойзадержки, перемножители 5-5 п, инте-.гратор б-бп, экстремальные регулято-.ры 7-7 п, электронные ключи 8-8 п,делители 9-9 п, блок 10 поиска максимума, схему ИЛИ 11, генератор 12 тактовых импульсов (ГТИ), выходной перемножитель 13, датчик 14 тангажа,электронные ключи 15-15 п, схемуИЛИ 16.Оптическое изображение движущейся подстилающей поверхности объекти-ва 1 проецируется на светочувствиковтельные поверхности двух фотоприемн - 55их в. Первый представляет собой одноэлементный фотоприемник 2, второйвыполняется в виде линейной матрицыфотоприемников, ориентированной поперек маршрута носителя. Фотоприемники 2 и 3 размещаются на одном жестком основании, что обеспечивает постоянство в процессе работы базовыхрасстояний между отдельными фотоприемниками линейной матрицы 3 и одно элементным фотоприемником 2 и углов между соединяющими их линиями и продольной осью носителя. При установке панели фотоприемников в носителе одноэлементный фотоприемник 2 и центральный фотоприемник линейной матрицы 3 фиксируются в продольной вертикальной плоскости носителя. Оба фото- преобразователя 2 и 3 предназначены для преобразования светового потока в электрический сигнал. Они могут быть выполнены, например, на ПЗС" приборах, считывание зарядов с которых осуществляется с помощью тактовых импульсов генератора 12. Выход каждого из и фотоприемников линейной матрицы 3 подсоединен ко входу соответствукщего блока 4"4 п регулируемой задержки, выходы которых подсоединены к соответствующим первым входам перемножителей 5-5 п.Вторые входы каждого из и перемножителей 5-5 п соединены с выходом фотоприемника 2. Выход каждого из и перемножителей 5-5 п подсоединены ко входу соответствующего интегратора б-бп, Выход каждого из и интеграторов б-бп подсоединены ко входу соответствующего экстремального регулятора 7-7 п, причем каждый из и выходов последних подсоединен к соответствующему входу блока 4-4 п регулируемой задержки. Таким образом определяется корреляционная функция сигналов фотоприемника 2 и оцного фотоприемника из линейной матрицы 3. Каждый экстремальный регулятор предназначен для поддержания на своем выходе такого управляющего напряжения, при котором сигнал на выходе соответствующего интегратора б-бп максимален. Выход каждого и интеграторов б-бп подсоединен к соответствующему входу блока 10 поиска максимума, который обеспечивает формирование импульса напряжения на одном из и своих раздельных выходов, соответствующем входу с максимальным значением корреляционной функции.Каждый из п раздельных выходовблока 10 поиска максимума подсоеди"нен к первому входу соответствующегоэлектронного ключа 8-8 п, вторые входыкоторых соединены с выходами соответствующих блоков 4-4 п регулируемОйзадержки. Выходы каждого из электронных ключей 8-8 п подсоединены ко входу соответствующего делителя 9-9 пвыходы которого подсоединены к входамсхемы ИЛИ 11. При наличии импульсана 1-м выходе блока 10 ключ 8 Е пропускает значение времени задержки 7 к из регулируемой линии задержки 4 вделитель 91, на второй вход котороподана величина базы ), известгоная из конструкции панели фотоприемников. Результат деления 1 к/7 кс выхода схемы поступает на выходнойперемножитель 13, на второй вховходФормула изобретения 1. Датчик скорости изображения, 60 установленный на носителе и содержащий объектив, два разнесенных по продольной оси носителя фотоприемника, последовательно соединенные блок регулируемой задержки, перемножитель, 65 интегратор, экстремальный регулятор,которого подается величина косинусаугла тангажа с датчика 14. На выходеперемножителя 13 образуется сигнал,соответствующий значению модулявектора скорости. Система электронныхключей 15-15 п вместе со схемой ИЛИ 1образует схему получения сигнала,соответствующего углу сноса. Каждыйиз указанных выше и раздельных выходов блока 10 поиска максимума подсо 1 единен к первому входу соответствующего электронного ключа 15-15 п, навторые входы которых поданы величиныуглов, образованных продольной осьюносителя и направлением, проходящимчерез фотоприемники 2 и 31, сигналыкоторых наиболее коррелированы в данный момент, величины этих углов длякаждого фотоприемника 3-Зп известныиз конструкции панели фотоприемниковВыходы ключей 15-15 п подсоединенык о входам схемы ИЛИ 16, на выходекоторых получается сигнал, соответствующий углу сноса носителя,Датчик скорости изображения работает следующим образом,Изображение подстилающей поверхности проецируется объективом 1 насветочувствительные поверхности одноэлементного фотоприемника 2 и линейной матрицы фотоприемников 3, Взависимости от скорости движенияподстилающей поверхности один и тотже Участок изображения за счет разнесения фотоприемников 2 и 3 по базе.попадает на их светочувствительныеповерхности в различные моменты времени, причем на линейную матрицу 3раньше, чем на одноэлементный фотоприемник 2. Видеосигналы с выходакаждого из и элементов линейнойматрицы фотоприемников 3, задержанные в соответствующем блоке 4-4 П регулируемой задержки, поступают напервые входы соответствующих перемножителей 5-5 п. На вторые входы каждого из перемножителей 5-5 п поступа-ет видеосигнал с выхода фотоприемника 2. Сигнал с выхода каждого иэ иперемножителей поступает на вход соответствующего интегратора б-бя, навыходе которого получают электрический сигнал, пропорциональный значению корреляционной функции видеосигналов фотоприемника 2 и соответствующего фотоприемника линейной матрицы3. Сигнал с выхода каждого из и интеграторов б-бп поступает на вход.соответствующего экстремального регулятора 7-7 п. Выходное напряжениекаждого из и экстремальных регуляторов 7-7 п поступает на регулирующийвход соответствующего блока регулируемой задержки 4-4 п, что вызываетизменение величины задержки до техпор, пока сигнал на выходе соответствующего интегратора б-бп не будетмаксимальным. Одновременно электрические сигналы с выхода каждого из и интеграторов б-бп поступают на ораздельных входов блока 10 поискамаксимумакоторая производит сравнение по амплитуде величин напряжений, пропорциональных значениям кор б 5 реляционных функций сигналов фотоприемников 2 и соответствующего элемента линейной матрицы 3, поступающих,на в ее входов, Блок 10 поиска максимума формирует сигнал на одном иэи своих выходов, который соответствует входу с максимальным значениемкорреляционной функции. Сигнал, формируемый на одном из и выходов блока10 поиска максимума, отпирает сост 15ветствующий электронный ключ 8-8 п.В результате величина времени задержки т с одного из блоков 4-4 п поступает на .соответствующий делитель из9-9 п. На второй вход каждого из делителей 9-9 П подается сигнал, пропор циональный величине фактического базового расстояния 0, между Фотоприемником 2 и соответствующим -м фотоприемником из линейной матрицы 3.На выходе делителя получается сигнал,пропорциональный модулю вектора скорости изображения.Таким образом, вычисление и корреляционных функций сигналов фотоприемника 2 с каждым из и Фотоприемников линейной матрицы 3 позволяетпосле их сравнения по величине максимума найти элемент линейной матрицы е3, по положению которого в линейке 3рассчитывается с учетом тангажа, скорость иэображения, и определить уголсноса носителя. Электрические сигналы с выходов и делителей 9-9 п поступают на соответствующие входы схемыИЛИ 11, с выхода которой полученныйсигнал поступает на выходной перемно житель 13, На второй вход перемножителя 13 подается сигнал, соответствующий величине косинуса угла тангажа Рс датчика 14. На выходе перемножителя13 получается сигнал, пропорциональ ный значению модуля вектора скорости изображеия в соответствии с выражением М: - - совь . Сигнал, формиСкруемый на выходе блока 10 поиска максимума, отпирает один из ключей15-15 п (15 М и сигнал, поступающийна второй его вход и соответствующийзначению угла сноса, проходит на схему ИЛИ 16, имеющую п входов. На выходе схемы ИЛИ 16 получается сигналугла сноса носителя.822032 каз 1805/67 73 ф%777 Тираж 907 Подпис выход которого соединен со вторымвходом блока задержки, первый входкоторого подключен к выходу второгофотоприемника, ключ и делитель, приэтом выход первого фотоприемникасоединен со вторым входом перемножителя, а выход блока регулируемойзадержки через ключ подключен к входу делителя, о т л и ч аю щ и й с ятем, что, с целью увеличения точности измерения вектора скорости изображения при наличии угла сноса и сучетом тангажа, второй по продольнойоси носителя фотоприемник выполненв виде линейной матрицы из и фотоприемников, ориентированной по поперечной оси носителя, и в него введены схема поиска максимума, п ключей,две л-входные схемы ИЛИ, датчик тангажа, выходной перемножитель, генератор тактовых импульсов и дополнительные и -1 цепи, состоящие из ключа, Оделителя и последовательно соединенных блока регулируемой задержки, перемножителя, интегратора и экстремального регулятора, причем генератор тактовых импульсов соединен сосчитывающими входами фотоприемников,выход. первого фотоприемника соединенсо вторыми входами перемножителей,выход каждого фотоприемника матрицысоединен с первым входом соответствующего блока регулируемой задержки,второй вход которого подключен квыходу соответствующего экстремального регулятора, а выход " ко второмувходу соответствующего ключа, первыйвход которого соединен с соответствующим выходом схемы поиска максимума, а выход - с входом соотвЕтствующего делителя, выход которого подключен к соответствующему входу первой схемы ИЛИ, выход которого соединен с первым входом выходного перемножителя, второй вход которого подключен к выходу датчика тангажа, выход каждого интегратора соединен ссоответствующим входом схемы поискамаксимума, выходы которой через вторую группу л кличей подключены к соответствующим входам второй схемы ИЛИ.2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что одноэлементныйфотоприемник и фотоприемник в виделинейной матрицы закреплены на одномжестком основании.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Белоглазов И,Н., Тарасенко В.П.Корреляционно-экстремальные системы.М., "Советское радио", 1974.2. Козубовский С.ф. КорреляциОнныеэкстремальные системы. Киев, "Наукова думка", 1973, с. 36 (прототип). илиал ППП "Патент",