УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ЗАДАННОГО ЦВЕТА

Полезная модель относится к области прикладного телевидения и может быть использована в системах автоматики и автоматического регулирования, в следящих устройствах, а также в системах технического зрения для определения углового положения объектов на основе их телевизионных изображений.
Известны системы летательных аппаратов [1] с телевизионными (ТВ) визирами или координаторами. ТВ визир может измерять угловое отклонение объекта от оптической оси ТВ камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях и осуществлять выработку сигналов управления по углам рыскания (влево-вправо) и тангажа (вверх-вниз). В ТВ визирах с амплитудной, а также с корреляционной обработкой видеосигналов используют обработку одноканальных черно-белых ТВ изображений. Недостатком этих систем является то, что необходимо использовать ТВ изображения с хорошей контрастностью цели и фона. При этом изменение освещенности объекта приводит к изменению уровня сигнала, которое влияет на точность определения координат и положения объекта в пространстве.
Наиболее близким по совокупности операций и техническим признакам является устройство для селекции и измерения параметров объектов заданного цвета [2], включающий телевизионный автомат, имеющий спектрозональную телевизионную камеру, блок селекции сигналов объектов заданного цвета, коммутатор сигналов заданного цвета, вычислительное устройство, сумматор сигналов и цветное видеоконтрольное устройство.
Данный ТВ автомат может осуществить селекцию объектов в наблюдаемом пространстве, каждый из которых будет отображаться своим условным цветом на экране цветного видеоконтрольного устройства (ВКУ). При этом, например, видеосигнал первой заданной зоны регистрации может отображаться на экране цветного ВКУ в красном цвете, второй зоны регистрации - в зеленом цвете, а третьей зоны - в синем цвете или наоборот, при другой комбинации подачи видеосигналов на RGB входы цветного ВКУ.
При числе градаций яркости (уровне сигналов) k=2 и принятом числе зон регистрации m=3, общее число различаемых объектов при отображении видеоинформации в условных цветах составляет величину N=8, что является недостатком известного устройства для селекции объектов заданного цвета и последующего определения их параметров.
Технический результат - расширение функциональных возможностей по увеличению числа различаемы объектов по цветовым признакам и сокращение времени и объема вычислительных операций с сохранением заданной точности измерения углового положения объектов заданного цвета.
Технический результат достигается тем, что в устройство для определения углового положения объектов заданного цвета, включающее телевизионный автомат, имеющий спектрозональную телевизионную камеру, блок селекции сигналов объектов заданного цвета, коммутатор сигналов заданного цвета, вычислительное устройство параметров объекта, сумматор сигналов и цветное видеоконтрольное устройство, согласно полезной модели, дополнительно введены аналого-цифровые преобразователи видеосигналов для формирования на их выходах цифровых сигналов в n-разрядном параллельном двоичном коде, дешифраторы сигналов, объединенные в первую группу, и дешифраторы сигналов, объединенные во вторую группу, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей видеосигналов соединены с соответствующими входами дешифраторов сигналов первой группы, выходы которых соединены с соответствующими входами дешифраторов второй группы, выходы которых соединены со входами коммутатора сигналов заданного цвета, а вычислительное устройство параметров объектов выполнено с возможностью определения углового отклонения объектов заданного цвета по углу рыскания и углу тангажа.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения углового положения объектов заданного цвета.
На фиг. 2 показана проекция оптического изображения наблюдаемого пространства на рабочей поверхности матрицы фотоприемника спектрозональной телевизионной камеры.
Позиции на фиг. 1:
1 - спектрозональная телевизионная камера;
2 - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП);
3 - местный генератор импульсов;
4 - дешифраторы сигналов первой группы;
5 - дешифраторы сигналов второй группы;
6 - коммутатор сигналов объектов заданного цвета;
7 - вычислительное устройство параметров объектов;
8 - исполнительное устройство;
9 - знакогенератор;
10 - цветное видеоконтрольное устройство (ВКУ);
11 - пульт управления;
12 - сумматор сигналов;
13 - панель управления;
14 - блок установки амплитуды входных сигналов в каждом канале.
1
n
В устройстве для определения углового положения объектов заданного цвета спектрозональная телевизионная камера 1, осуществляет регистрацию лучистого потока, отраженного от объектов в m-зонах спектрального участка от λ до λ, при этом m≥3. Чем больше число зон регистрации и возможных градаций яркости может быть различимо в отдельном зональном телевизионном изображении, тем больше их вклад в увеличение общего числа выделяемых объектов (если они есть в поле зрения спектрозональной телевизионной камеры 1) при росте числа зон регистрации.
Взаимосвязь между числом выделяемых объектов N, количеством используемых зон регистрации m и уровнем сигнала (числом воспроизводимых градаций яркости сигнала) представлена (табл. 1) в виде:
где k - число градаций яркости (включая нулевой уровень), которое может содержаться в спектрозональном телевизионном изображении и их может различать наблюдатель.
1
n
Работа устройства рассмотрена на примере регистрации спектрозональной телевизионной камерой 1 лучистого потока в трех зонах спектрального участка от λ до λ.
1
i
m
1
i
m
1
i
m
После преобразования лучистого потока осуществляется формирование m-спектрозональных видеосигналов U(λ), …, U(λ) …, U(λ), каждый из которых поступает на вход своего АЦП 2, …, 2, …, 2 и, тем самым, образуя т информационных каналов. На выходах АЦП 2 формируются цифровые сигналы в n-разрядном двоичном коде, представленные в параллельном виде. Они поступают на входы дешифраторов первой группы 4, …, 4, …, 4, каждый из которых может быть настроен на определенную кодовую последовательность импульсов, поступающих от АЦП 2 с помощью блока 14 установки амплитуды входных сигналов в каждом информационном канале.
1
i
m
1
i
m
m
При совпадении кодовой последовательности импульсов на выходе дешифраторов первой группы 4, …4, …, 4, формируются сигналы логической единицы “1” или нуля “0” - в случае их несовпадения. Эти сигналы поступают на входы дешифраторов второй группы 5, … 5, …, 5., каждый из которых на своем выходе формирует сигнал логической единицы “1” в случае совпадения определенной кодовой последовательности сигналов на ее входах. Далее сигналы логической единицы с выходов дешифраторов второй группы 5 поступают на входы коммутатора сигналов объектов заданного цвета 6. Коммутатор 6 переключает один из сигналов 1, 2, …, i, …, 2 входов на выход. С выхода коммутатора 6 сигнал логической единицы выбранного цвета (заданной спектральной характеристики) объекта поступает на вход вычислительного устройства 7.
Коммутатор 6 может иметь несколько выходов. При этом определение параметров объектов с заданной спектральной характеристикой может вестись одновременно по нескольким каналам в вычислительном устройстве параметров объектов 7. Оператор наблюдает на экране цветного ВКУ 10 все объекты, а также выделенный объект заданного цвета и его отображаемые параметры, формируемые с помощью знакогенератора 9.
С выхода спектрозональной телевизионной камеры 1 поступают синхронизирующие импульсы на вход местного генератора тактовых и управляющих импульсов 3, с выхода которого поступают импульсы на вторые входы АЦП 2, а также на соответствующие входы вычислительного устройства параметров объекта 7, знакогенератора 9 и блока 14. С помощью пульта управления 11 оператор изменяет исходные данные и алгоритм работы вычислительного устройства 7, а с помощью панели управления 13 - задает режим работы блоков 6 и 14.
xi
yi
Вычислительное устройство 7 выполнено с возможностью определения углового отклонения объектов заданного цвета по углу рыскания в виде α, и углу тангажа в виде α на основе выражений:
,
x
1x
2
y
1y
2
xi
yi
где C=C·C и C=C·C - постоянные величины, определяемые допустимыми углами измерения возможного отклонения объекта по углам рыскания и тангажа и априорно известными параметрами телевизионной камеры 1; ΔZ и ΔZ - число элементов и строк, приходящее на угловое отклонение линии визирования объекта от оптической оси телевизионной камеры 1 по горизонтали и вертикали, соответственно.
1х
1у
При этом значения постоянных величин C и C находятся согласно выражению:
,
xi
yi
xi
yi
ix
iy
По значениям табличных тригонометрических функций для функции tgα и tgα при заданных значениях возможного отклонения по углу рыскания и тангажа, например, когда 1°≤α, α≤20°, где значения C и C определяются зависимостью:
,
2
а значение постоянной величины C определяется на основе выражения:
»
i
где X - линейный размер рабочей поверхности преобразователя “свет-сигнал” (матричного фотоприемника) по горизонтали или по вертикали; Z - число активных строк в телевизионном кадре; F - фокусное расстояние объектива спектрозональной телевизионной камеры 1.
xi
yi
x
y
Таким образом, согласно (2), процедура нахождения углов рыскания и тангажа объекта заданного цвета сводится к подсчету числа элементов (строк), равных величинам ΔZ и ΔZ, с последующим их умножением на постоянное число C и C.
xi
yi
Подсчет числа элементов и строк, приходящихся на угловое отклонение линии визирования объекта от оптической оси ТВ камеры по горизонтали и вертикали ΔZ и ΔZ осуществляют различными способами [2], в том числе, путем выделения длительности сигналов от центра фотоматрицы до объекта.
ис
ик
В зависимости от условий наблюдения эти длительности (Δt - по строке, Δt - по кадру) являются постоянными или изменяющимися во времени (увеличивающими или уменьшающими).
и
о
Измерение величины Δt осуществляют, например, стробированием серией импульсов N с периодом следования T. При этом длительность ТВ сигналов изображения объекта представляется в виде определенного числа стробирующих импульсов заданной частоты:
и
Преобразование временного интервала Δt в число импульсов N осуществляется как по кадру (вертикали), так и по строке (в горизонтальном направлении).
и
Ошибки, связанные с преобразованием временного интервала Δt, согласно (6), обуславливаются разрешающей способностью ТВ камеры (числом элементов разложения) и выбранной частотой счетных импульсов.
c
Разрешающая способность по вертикали зависит только от числа строк Zв ТВ растре, по горизонтали и определяется самой высокочастотной составляющей самого ТВ сигнала.
После вычисления углов рыскания и тангажа полученные данные поступают на исполнительное устройство 8. С использованием знакогенератора 9 полученные результаты через сумматор сигналов 12 отображаются на экране цветного ВКУ 10 в виде числовых данных для их визуального анализа оператором.
Преимуществом данного устройства является сокращение времени и объема вычислительных операций с использованием простейших вычислителей с сохранением заданной точности измерения.
Источники литературы:
1. Барсуков Ф.И., Величкин А.И., Сухарев А.Д. Телевизионные системы летательных аппаратов/ Под ред. А.И. Величкина. - М.: Сов. Радио, 1979, стр. 225-246
2. Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д., Сагдуллаев Т.Ю., Смирнов А.И. Информационно-измерительные системы телевидения. - М.: “Спутник +”, 2013, стр. 160-162