Телевизионный координатный дискриминатор

 

Изобретение относится к телевизионной автоматике и может использоваться в многоканальных дискриминаторах для вычисления сигнала ошибки при определении координат множества подвижных малоразмерных объектов на неравномерном фоне. Цель изобретения - повышение точности определения координатной ошибки при измерении координат множества объектов при наличии фоновой составляющей в видеосигнале. Видеосигнал с выхода телевизионного датчика 1, управляемого синхронизатором 3, поступает на блок 2 задержек, формирующий многоэлементную апертуру. В формирователях 4 и 5 сигналов координатной ошибки по осям X и Y вырабатываются сигналы рассогласования центра объекта с центром апертуры. Определение координатной ошибки осуществляется на основе формулы вычисления центра масс, в которую вводится поправка на погрешность вычисления, возникающая при наличии фона. В телевизионном координатном дискриминаторе полностью исключается систематическая ошибка, вызванная фоновой составляющей сигнала. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5I) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Б1БЛ1 0, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4391761/24-09 (22) 10.03.88 (46) 07.08.90, Бюл. Р 29 (71) Томский институт автоматизированных систем уйравления и радиоэлектроники (72) Ю.П.Парыгин, М.И.Курячий, В.Л.Дмитриенко, А.Г.Костевич и Е.Я.Курьянович (53) 621.397 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 987853, кл, Н 04 N 7/18, 1979. (54) ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ КООРДИНАТНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР (57) Изобретение относится к телевизионной автоматике и может использоваться в многоканальных дискриминаторах для вычисления сигнала ошиб ки при определении координат множества подвижных малоразмерных объектов на неравномерном фоне. Цель изобреI

2 тения — повышение точности определения координатной ошибки при измерении координат множества объектов при наличии фоновой составляющей в видеосигнале ° Видеосигнал с выхода телевизионного датчика 1, управляемого синхронизатором 3, поступает на блок 2 задержек, формирующий многоэлементную апертуру. В формирователях 4 и 5 сигналов координатной ошибки по осям

X u Y вырабатываются сигналы рассогласования центра объекта с центром апертуры. Определение координатной ошибки осуществляется на основе формулы вычисления центра масс, в которую вводится поправка на погрешность вычисления, возникающая при наличии фона. В телевизионном координатном дискриминаторе полностью исключается

° систематическая ошибка, вызванная фоновой составляющей сигнала. 5 з,п, ф-лы, 5 ил.

1584124 мает вид м М Е .Е S(n,m) f (n) — K .Å(S(N+1,m) — S(0,ш) 7

111=1 И:1 1П.1

Д х — — =--= — -- — — — — —— (2) М и Щ

;7 ŠS(n,m) — K, pS(N+1,m) — S(0,m))

1 1

Ü1

Изобретение относится к телевизионной автоматике и может исполь-! зоваться в многоканальных дискриминаторах для вычисления сигнала ошибки при определении координат множества подвижных малоразмерных объектов на неравномерном фоне.

Цель изобретения — повьппение точности определения координатной ошибки 10 при измерении координат множества объектов при наличии фоновой состав, ляющей в видеосигнале.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема телевизионно- 15

1 го координатного дискриминатора на

В ,. фиг. 2 — структурная электрическая схема блока задержек для сканирующей многоэлементной апертуры, содержащей M = 4 строки и N = 4 эле- 20 ,)мента разложения; .на фиг, 3 — струк турная электрическая схема формиро1

: вателя сигналов координатной ошибки по оси Х для сканирующей многоэлементной апертуры, содержащей M =4 строки и N = 4 элемента разложения (для

M = N = 4 формирователь сигналов координатной ошибки по оси Y имеет тождественную структурную электрическую схему); на фиг ° 4 — структурная электрическая схема формирователя поправки по оси Х для сканирующей многоэлементной апертуры, содержащей

M = 4 строки и Ы = 4 элемента разлоя<ения (для М = Ы = 4 формирователь поправки по оси Y имеет тождественную структурную электрическую схему); на фиг, 5 — форма сканирующей многоэлементной апертуры, содержащей M = 4 строки и N = 4 элемента разложения. 10

Телевизионный координатный дискриминатор (фиг. 1) содержит телевизионный датчик 1, блок 2 задержек, синхронизатор 3, формирователь 4 сигналов координатной ошибки по оси Х 45 (ФСКОХ), формирователь 5 сигналов координатной ошибки по оси Y (ФСКОУ), формирователь 6 сигнала поправки по оси Х (ФПХ), формирователь 7 сигнала поправки по оси Y (ФПУ), блок 8 весовых коэффициентов по оси Х, блок

9 весовых коэффициентов по оси Y сумматор 10 сигналов, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 вычитатели, первый 15 и второй 16 делители.

Блок 2 задержек (фиг. 2) содержит первую 17 — пятую 21 линии задержки на строку и первую 22 — тридцатую 51 линии задержки на элемент разложения.

Формирователь 4 сигналов координатной ошибки по оси Х (фиг. 3) содержит первый 52 — четвертый 55 четырехвходовые сумматоры ФСКОХ, первый вычитатель 56 ФСКОХ, первый умножитель

57 ФСКОХ, второй вычитатель 58 ФСКОХ, второй умножитель 59 ФСКОХ и двухвходовый сумматор 60 ФСКОХ, Формирователь 6 сигнала поправки по оси

Х (фиг. 4) содержит первый 61 и второй 62 четырехвходовые сумматоры

ФПХ, вычитатель 63 ФПХ, двухвходовый сумматор 64 ФПХ, первый 65 и второй

66 умножители ФПХ. Сканирующая многоэлементная апертура 67 (фиг. 5) включает апертуру 67-1, соответствующую стробу М-N элементов разложения (M - =N = 4), апертуры 67-2 и 67-3, используемые для формирования поправки координатной ошибки по оси Х, апертуры 67-4 и 67-5, используемые для формирования поправки координатной ошибки по оси Y.

Телевизионный координатный дискриминатор работает следующим образом.

В основу работы телевизионного координатного дискриминатора положен алгоритм измерения координатной ошиб1ки множества объектов по формуле центра масс ьл М .Е Е Я(n,m) f (и) и П11 111

Д х (1) м ,7 S(n m).

П1=1 111 где S (и,m) — сигнальная функция;

f (и) . — измерительная функция.

Для компенсации погрешностей, возникающих при определении, координатной ошибки при наличии фона в видеосигнале, введены поправки в соответствии с которыми выражение (1) приниК, = N/2 (3) h=r (4)

Ввиду симметричности весовой функции f(ï) формируется только положительная ее часть. Для N = 4 коэффициент К в соответствии с выражением (4) равен единице.

Полученный сигнал поправки с первого выхода формирователя 6 поправки координатной ошибки по оси Х посту-. пает на второй (вычитающий) вход вычитателя 11, на первый вход подается сигнал с выхода формирователя 4 сигналов координатной ошибки по оси Х,. .С выхода вычитателя 1 1 сигнал поступает на первый вход делителя 15 в качестве делимого. Выходной сигнал вычитателя 12 подан на второй вход делителя 15 в качестве делителя.

Таким образом, на выходе делителя

15 получаем текущие оценки координатной ошибки в соответствии с выражением (2).

I.

30. (для формирователя 7 поправки по оси

М .Е f (m)

tn <

2 if(0) + If(N+ 1)l

Формирователь 4 сигналов координатной ошибки по оси Х для M = N = 4 (фиг. 3) работает следующим образом.

158412 где К и К вЂ” уравнивающие коэффи1 2

I циенты, зависящие от размеров М и N сканирующей многоэлементной апертуры, 5

Видеосигнал с телевизионного датчика 1 поступает на вход блока 2 задержек, на выходе которого одновременно формируется ((И + 2)(N + 2) — 4 ) сигналов измерительного строба (фиг. 5, апертура 67-1) и его ближайшей окресности (фиг. 5, апертуры

67-2, 67-3, 67-4, 67-5). Таким образом, в блоке 2 задержек одновремен- 15 но формируется 36 сигналов (для случая M = N = 4), из которых используется 32. И И сигналов с первого выхода блока 2 задержки поступают на входы формирователей 4 и 5 сигналов координатной ошибки по оси

Х и оси У, а также на сумматор 10 сигналов, где происходит формирование нормирующего сигнала в соответствии со знаменателем выражения (1) 25 путем суммирования всех значений сигнала, принадлежащего сканирующей многоэлментной апертуре (СИА) 67-1 (фиг. 5) размером M N (выходные сигналы элементов 27 — 30, 32 35, 37 — 40, 42 — 45 блока 2 задержек).

Формирователь 4 сигналов координатной ошибки по оси Х вырабатывает ненормированный сигнал рассогласования центра объекта с центром апертуры в каждый момент времени. Алгоритм работы формирователя 4 соответствует числителю выражения (1). Дискретная весовая функция f(ï) принимает значения для равноудаленных от центра апертуры 67-1 (фиг. 5) элементов, равное 0,5; 1,5..., причем размер ее должен быть выражен четным числом элементов. Сигналы, соответ,ствующие значениям данной весовой

45 функции f(n) поступают на второй вход формирователя 4 с третьего выхода блока 8 весовых коэффициентов по оси Х.

Вычитатели 11 и 12 формируют соответственно сигналы числителя и знаменателя выражения .(2). Сигналы, снимаемые со второго выхода блока 2 задержек (фиг ° 2, выходы элементов

22 — 25) и третьего выхода (фиг. 2, выходы элементов 47 - 50) образуют апертуры 67-2 и 67-3) соответственно (фиг. 5). Сумматор 61 суммирует все сигналы апертуры 67-2, а сумматор

6

62 — апертуры 67-3. Полученные сигналы на выходах сумматоров 61 и 62 суммируются на сумматоре 64 и умножаются в умножителе 66 на коэффициент К>, Сигнал, соответствующий величине К

9 поступает со второго выхода блока

8 весовых коэффициентов на четвертый вхоц формирователя 6 сигнала поправки весовых коэффициентов. Коэффициент определяется из соотношения (для формирователя 7 поправки по оси

Y К, = И/2). Так формируется поправка знаменателя ° Поправка числителя выражения (2) рассчитывается в вычитателе 63 путем вычитания сигнала, полученного на выходе сумматора 62. из сигнала, полученного на выходе сумматора 61. Умножитель 65 производит нормировку поправки на коэффициент, определяемый из выражения

К, = Q f (n) / (i f (0) (+ (f-(N+ 1) ) 1584124!

1а сумматоре 52 суммируется < толбец И сигналов из N строк телевизион«ного изображения, принадлежащего апертуре 67-1 (фиг. 5), сумматор 53 формирует сигнал суммы соседнего столбца апертуры 67-1. Аналогично сумматорах 54 и 55 суммируются сле дующие столбцы апертуры 67-1, соот етствующей измерительному стробу

1G

Й ° N элементов разложения (M = N =- 4) .

Умноженные на значения весовой функции в умножителях 57 и 59 сигналы поступают в сумматор 60, на выходе

Которого яолучаем ненормированный

15 «игнал рассогласования центра объек1 та относительно центра измерительно «о строба (апертуры 67-1). Формирователь 7 поправки по оси Y работает аналогично формирователю 6 поправки

20 о оси Х, только на входы четырехнходовых сумматоров (для И = N = 4) йо-другому подключены сигналы с перного выхода блока 2 задержки, а именно: сумматор формирователя 5 (анало- 25 гичный сумматору 52 формирователя 4) подключен к выходам элементов 27, 32,37, 42 блока 2 задержки, следуюший сумматор формирователя 5 (аналогичный сумматору 53 формирователя 4) подключен к выходам элементов 28, 33, 38, 43 блока 2 задержки, следующий четырехвходовый сумматор формирователя 5 (аналогичный сумматору 54 формирователя 4) — к выходам элементов

29, 34, 39, 44 блока 2 задержки и четвертый сумматор формиронателя 5 (аналогичный сумматору 55 формирователя 4) к выходам элементов 30, 35, 40, 45 блока 2 задержки. Работа формирователя 5 не отличается от работы формирователя 4. Остальные блоки (9, 13, 14, 16) оценки координатной ошибки по оси Y работают аналогично блокам (8, 11, 12, 15) оцен- 45 ки координатной ошибки по оси X.

Синхронизатор 3 обеспечивает синхронный режим работы но времени разверток телевизионного датчика 1.

При наличии в сигнале постоянного фбна оценка координатной ошибки производится известным устройством с тем большей погрешностью, чем больше фон и чем больше размер СМЛ. Зто происходит за счет накопления значений фона знаменателем выражения

1(1), что приводит к уменьшению крутизны дискриминационной характеристики и, следовательно, к уменьшению точност1л оценки координатной ошибки.

В случае наличия неравномерного фона

У кроме указанной погрешности, добавляется погрешность, связанная с тем, что измерительная функция f(n) дает погрешность тем большую, чем больше неравномерность фона.

В предлагаемом телевизионном координатном дискриминаторе систематическая ошибка, вызванная фоновой составляющей сигнала, сигналов координатной ошибки полностью исключена.

Формула и з о б р е ения

1. Телевизионный координатный дискриминатор, содержащий последовательно соединенные синхронизатор

У телевизионный датчик и блок задержек

У первый выход которого подключен к первому входу формирователя сигналов координатной ошибки по оси Х и к первому входу формирователя сигналов координатной ошибки по оси Y о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения координатной ошибки при измерении координат множества объектов при наличии фоновых составляющих в видеосигнале, введен формирователь сигнала поправки по оси Х, формирователь сигнала поправки по оси У, блок весовых коэффициентов по оси Х, блок весовых коэффициентов по оси Y сумматор сигналов, первый, второй, третий и четвертый вычитатели, первый и второй делители, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами телевизионного координатного дискриминатора, второй и третий выходы блока задержек подключены соответственно к первому и второму входам формирователя сигнала поправки по оси X третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока весовых коэффициентов по оси Х, третий выход которого соединен с вторым входом формирователя сигналов координатной ошибки по оси Х, выход которого подключен к суммирующему входу первого вычитателя, вычитающий вход которого соединен с первым выходом формирователя сигнала поправки по оси Х, второй выход которого подключен к вычитающему входу второгo

1584124 вычитателя, суммирующий вход которого соединен с выходом сумматора и с суммирующим входом третьего вычитателя, первый и второй входы первого

5 делителя подключены к выходам соответственно первого и второго вычитателей, четвертый и пятый выходы блока задержек подключены соответственно к первому и второму входам формирователя сигнала поправки по оси У, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока весовых коэффициентов по оси У, третий выход которого соединен с вторым входом формирователя сигналов координатной ошибки по оси Y выход которого соединен с суммирующим входом четвертого вычитателя, вычитающий вход которого подключен к первому выходу формирователя сигнала поправки по оси Y второй выход которого соединен с вычитающим входом третьего вычитателя, выходы четвертого и третьего 25 вычитателей подключены соответственно к первому и второму входам второго делителя, а вход сумматора сигналов соединен с первым выходом блока задержек., 30

Л

2. Дискриминатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок задержек содержит М + 1 (где М вЂ” число . строк в стробе дискриминатора) последовательно соединенных линий задержки на строку, причем выходы с первой по М-ю линию задержки на сторону являются вторым выходом блока задержки, (M+2)(N+1) (где N — число элемен40 тов разложения в стробе дискриминатора) линий задержки на элемент разложения, причем выходы с первой по

N-ю последовательно включенных N+1 линий задержки на элемент разложения, 45 подключенных к выходу каждой, исключая (M+1) -ю линию задержки на строку, являются первым выходом блока задержек, а выходы (И+1) -х блоков задержки на элемент разложения являются тре50 тьим выходом блока задержек, выход (М+1)-й линии задержки на строку подключен к входу первой линии задержки на элемент разложения первой группы из И последовательно соединенных линий задержки на элемент разложения, 55 выходы которых являются четвертым выходом блока задержек, вход первой линии задержки на строку, являющийся входом блока задержек, соединен с выходом первой линии задержки на элемент разложения второй группы из h последовательно соединенных линий задержки на элемент разложения, выходы которых являются пятым выходом блока задержек.

3. Дискриминатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, формирователь сигналов координатной ошибки по оси Х содержит N М-входовых сумматоров, N/2 вычитателей, N/2 умножителей и N/2-входовый сумматор, причем (М М) входов N M-входовых сумматоров являются первым входом формирователя сигналов координатной ошибки по оси Х, выход (N/2 — К вЂ” I)-ro, где

К = 1,2,...,N/2, М вЂ” входового сумматора подключен к вычитающему входу

К-го вычитателя, суммирующий вход которого соединен с выходом (N/2 + К)-го М-входового сумматора, выход К-го вычитателя подключен к первому входу К-го умножнтеля, вторые входы умножителей являются вторым входом формирователя сигналов координатной ошибки по оси Х, выходы с первого по N/2 умножителей соединены соответственно с первого по N/2 входами N/2-входового сумматора, выход которого является выходом формирователя сигналов координатной ошибки по оси Х.

4. Дискриминатор по п.1, о т л и- ч а ю шийся тем, что формирователь сигналов координатной ошибки по оси Y содержит M N-axogoasrx сумматоров, M/2 вычитателей, М/2 умножителей и M/2-входовый сумматор, причем {М И) входов М И-входовых сумматоров являются первым входом формирователя сигналов, координатной ошибки по оси У, выход (М/2 — L — 1)-го (где Ь = 1,2,..., М/2 N-входового сумматора подключен к вычитающему входу L — ro вычитателя, суммирующий вход которого соединен с выходом (M/2 + L)-гo N âõîäîâîãî сумматора, выход L ãî вычитателя подключен к первому входу L-го умножителя, вторые входы умножителей являются вторым входом формирователя сигналов координатной ошибки по оси У, выходы с первого по М/2 умножителей соединены соответственно с первого по М/2 входами М/2-входового сумматора, выход которого является выходом формирова1584124

12 теля сигналов координатной ошибки по оси Y.

i

5. Дискриминатор по и, 1, о т л ич а ю шийся тем, что формирователь сигнала поправки по оси Х содержит первый и второй И-входовые сумматоры, вычитатель, первый и второй умножители и двухвходовый сумматор, причем входы первого и входы второго

М-входового сумматоров являются соответственно первым и вторым входом формирователя поправки по оси Х, выход первого М- входового сумматора„ 1 подключен к первому входу двухвходо, вого сумматора и к суммирующему входу вычитателя, выход второго М-входового сумматора подключен к второму входу двухвходового сумматора и к вычи20 тающему входу вычитателя, выходы двухвходового сумматора и вычитателя подключены к первым входам соответственно первого и второго умножителей, вторые входы которых являются третьим и четвертым входами формирователя поправки по оси Х, а выходы первого и второго умножителей являются соответственно первым и вторым выходами формирователя поправки по оси Х.

6. Дискриминатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что формирователь сигнала поправки по оси У содержит первый и второй Й-входовые сумматоры, вычитатель, первый и второй умножители и двухвходовый сумматор, причем входы первого и входы второго

М-входовых сумматоров являются соответственно первым и вторым входами формирователя поправки по оси У, выход первого N-входового сумматора подключен к первому входу двухвходового сумматора и к суммирующему входу вычитателя, выход второго N-входового сумматора подключен к второму входу двухвходового сумматора и к вычитающему входу вычитателя, выходы двухвходового сумматора и вычитателя подключены к первым входам соответствен но первого и второго умножителей, вторые входы которых являются третьим и четвертым входами формирователя поправки по оси У, а выходы первого и второго умножителей являются соответственно первым и вторым выходами формирователя поправки па оси Y.

Om бл2

Om для

0m

Om

ОР7

) 584 ) 24

1584124

Составитель А.Цветков

Техред Л.Олийньк Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор И.Горная

Заказ 2265 Тираж 535 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101