RU2315255C1

RU2315255C1 - Object signing system

Info

Publication number: RU2315255C1
Application number: RU2006119098/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Алексеевич Костромин; Александр Сергеевич Дунаев; Николай Геннадьевич Дегтярев; Наталья Ивановна Алексеева; Михаил Юрьевич Сычугов
Original assignee: Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" (ФГУП "ПО "УОМЗ")
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2008-01-20

Abstract

FIELD: various branches of industry, where the observed information is processed with the aid of optoelectronic systems, in particular, aviation and naval material (on-board observation systems), industrial and ecological monitoring systems, etc.

SUBSTANCE: the system has an image transducer positioned on a stabilized platform installed on a movable base, video-signal processing unit including an analog-to-digital converter and the first memory unit connected to the read-record synchronizing mechanism, platform stabilizing system including a platform angular-rate sensor, differential amplifier, power amplifier and a stabilized platform drive motor, in additional, the system has the first digital filter, addressing unit providing for a shift of signal of the image transducer in the first digital filter, the second digital filter, integrating filter, the second memory unit and digital to-analog converter, the first memory unit is made with the number of cells exceeding the number of resolution elements of the imager transducer.

EFFECT: enhanced sensitivity and resolving power of the system.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к различным областям промышленности, где с помощью оптико-электронных систем производят обработку наблюдаемой информации, в частности к авиационной и морской технике (бортовые системы наблюдения), к системам промышленного и экологического мониторинга и т.д.The invention relates to various industries, where using optoelectronic systems they process the observed information, in particular to aviation and marine equipment (airborne surveillance systems), industrial and environmental monitoring systems, etc.

Известны системы визуального контроля параметров движущихся объектов, построенные по принципу телевизионных систем с матричным фотоприемным устройством (МФПУ), которые позволяют представить изображение или его фрагмент в виде дискретной матрицы, каждая точка которой соответствует определенному элементу объекта (Т.П.Катыс, Обработка визуальной информации. - М.: Машиностроение, 1990, с.65-70). Процессом формирования адресов чтения-записи управляет блок синхронизации. Первичная обработка изображения, во многом определяющая достоверность автоматического визуального контроля, и вычисление сигналов рассогласования между координатами объекта и центром растра осуществляется в цифровых микропроцессорах.Known systems for visual control of parameters of moving objects, built on the principle of television systems with a matrix photodetector (MFP), which allow you to represent the image or its fragment as a discrete matrix, each point of which corresponds to a specific element of the object (T.P. Katys, Processing of visual information . - M.: Mechanical Engineering, 1990, p. 65-70). The process of generating read / write addresses is controlled by the synchronization unit. The primary image processing, which largely determines the reliability of the automatic visual control, and the calculation of the mismatch signals between the coordinates of the object and the center of the raster are carried out in digital microprocessors.

Недостатком таких систем является невысокая разрешающая способность в процессе визирования объекта при угловых колебаниях основания относительно визирной оси.The disadvantage of such systems is the low resolution in the process of sighting an object with angular vibrations of the base relative to the axis of sight.

Принципы построения телевизионных систем широко известны в технической литературе (Г.Н.Грязин, Оптико-электронные системы для обзора пространства. Системы телевидения. - Л.: Машиностроение, 1988).The principles of constructing television systems are widely known in the technical literature (G.N. Gryazin, Optoelectronic systems for the review of space. Television systems. - L.: Mechanical Engineering, 1988).

Для повышения чувствительности системы в двумерном фильтре производится межкадровая обработка - накопление полезного сигнала путем суммирования пространственных отсчетов нескольких кадров, поступающих с телевизионной камеры. Однако из-за ошибок стабилизации при колебаниях основания вокруг визирной оси Х возникает сдвиг изображения между кадрами, следующими со стандартной частотой f=25 Гц, который по краям кадра может быть весьма значительным и превышать несколько пикселей - элементов фотоприемной матрицы телевизионной камеры. Это приводит к размыванию и дрожанию изображения на периферии экрана видеомонитора, что ухудшает условия обнаружения объекта оператором.To increase the sensitivity of the system in a two-dimensional filter, interframe processing is performed - the accumulation of a useful signal by summing the spatial samples of several frames coming from a television camera. However, due to stabilization errors during oscillations of the base around the X-axis, there is an image shift between frames following with a standard frequency f = 25 Hz, which at the edges of the frame can be very significant and exceed several pixels - elements of the photodetector matrix of a television camera. This leads to blurring and jitter of the image on the periphery of the screen of the video monitor, which worsens the conditions for detection of the object by the operator.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является система визирования объекта (США, патент №5125595, МКИ F41G 7/20, 7/22, приоритет 1991.02.15, публ. 1992.06 30), содержащая датчик изображения (телевизионную или тепловизионную камеру), размещенный на стабилизированной платформе, блок обработки видеосигнала, представляющий собой цифровой процессор изображения, включающий аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство с четным и нечетным полем памяти, входной и выходной мультиплексоры; связанные с узкополосным фильтром и синхронизатором чтения-записи; систему стабилизации платформы, включающую датчик угла стабилизированной платформы, дифференциальный усилитель, усилитель мощности и двигатель привода стабилизированной платформы, а также систему слежения за объектом, электронный интегратор, выходной сигнал которого по цепи обратной связи воздействует на органы управления датчика изображения так, что формируемые сигналы строба совмещаются с изображением объекта, что обеспечивает возможность наблюдения и анализа параметров объекта и всего поля изображения.The closest analogue to the proposed invention is the object’s sighting system (US Patent No. 5125595, MKI F41G 7/20, 7/22, priority 1991.02.15, publ. 1992.06 30), containing an image sensor (television or thermal imaging camera) located on a stable platform, a video signal processing unit, which is a digital image processor, including an analog-to-digital converter, a memory device with an even and odd memory field, input and output multiplexers; associated with a narrow-band filter and a read-write synchronizer; a platform stabilization system including a stabilized platform angle sensor, a differential amplifier, a power amplifier and a stabilized platform drive motor, as well as an object tracking system, an electronic integrator, whose output signal through the feedback circuit acts on the image sensor controls so that the generated strobe signals combined with the image of the object, which provides the ability to observe and analyze the parameters of the object and the entire image field.

В этой системе входной видеосигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровую форму. Цифровой видеосигнал запоминается в кадровом буфере в сжатом виде поочередно в четном и нечетном поле памяти. Мультиплексоры контролируют запись и вывод таким образом, что, если происходит запись в четное поле, то вывод производится из нечетного поля, и наоборот. Синхронизатор чтения-записи, входящий в состав цифрового процессора изображения, управляет адресами чтения и записи ячеек памяти с учетом информации с датчика угла стабилизированной платформы и сигнала электронного интегратора таким образом, что системе слежения за объектом предъявляется «стабилизированное» изображение сцены, которое и анализируется этой системой.In this system, the input video signal is converted by an analog-to-digital converter into digital form. The digital video signal is stored in a frame buffer in a compressed form, alternately in an even and odd memory field. Multiplexers control recording and output in such a way that if recording occurs in an even field, then the output is from an odd field, and vice versa. The read-write synchronizer, which is part of the digital image processor, controls the read and write addresses of the memory cells, taking into account information from the angle sensor of the stabilized platform and the signal of the electronic integrator, so that the object’s tracking system is presented with a “stabilized” image of the scene, which is analyzed by this system.

К недостаткам известной системы, размещенной на подвижном основании, относятся ее невысокие обнаружительные характеристики при визировании объекта в условиях недостаточной освещенности и изменяющейся дальности.The disadvantages of the known system, placed on a movable base, include its low detection characteristics when sighting an object in low light conditions and varying ranges.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение дальности действия системы.The task to which the invention is directed is to increase the range of the system.

Поставленная задача может быть решена благодаря тому, что в известную систему визирования объекта, содержащую датчик изображения, размещенный на стабилизированной платформе, установленной на подвижном основании, блок обработки видеосигнала, включающий аналого-цифровой преобразователь и первый блок памяти, связанный со схемой синхронизации чтения-записи, систему стабилизации платформы, включающую датчик угловой скорости платформы, дифференциальный усилитель, усилитель мощности и двигатель привода стабилизированной платформы, вводят: первый цифровой фильтр, расположенный между аналого-цифровым преобразователем и первым блоком памяти, блок адресации, обеспечивающий в первом цифровом фильтре возможность смещения сигналов датчика изображения, блок весовых коэффициентов, интегрирующий фильтр, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход - к блоку адресации и первому входу блока весовых коэффициентов, второй вход блока весовых коэффициентов подключен к первому выходу блока адресации, первый вход первого цифрового фильтра подключен к выходу схемы синхронизации чтения-записи, второй вход подключен ко второму выходу блока адресации, а третий вход - к выходу блока весовых коэффициентов. Кроме признаков, перечисленных выше, в систему дополнительно вводят: второй цифровой фильтр, первый вход которого подключен к выходу блока адресации, второй - к выходу схемы синхронизации чтения-записи, а третий - к выходу первого блока памяти, второй блок памяти, один вход которого подключен к схеме синхронизации чтения-записи, а другой - ко второму цифровому фильтру, и цифроаналоговый преобразователь, один вход которого подключен ко второму блоку памяти, а другой - к схеме синхронизации чтения-записи, при этом первый блок памяти выполнен с числом ячеек, превышающим число элементов разрешения датчика изображения.The problem can be solved due to the fact that in the known system of sighting an object containing an image sensor located on a stabilized platform mounted on a movable base, a video processing unit including an analog-to-digital converter and a first memory unit associated with a read-write synchronization circuit , a platform stabilization system including a platform angular velocity sensor, a differential amplifier, a power amplifier and a stabilized platform drive motor, introducing t: the first digital filter located between the analog-to-digital converter and the first memory block, an addressing block that provides the ability to bias the image sensor signals in the first digital filter, a weight coefficient block, an integrating filter, the input of which is connected to the output of the differential amplifier, and the output to the addressing unit and the first input of the weighting unit, the second input of the weighting unit is connected to the first output of the addressing unit, the first input of the first digital filter is connected to the output Hema read-write synchronization, a second input connected to the second output of the addressing unit, and the third input - to the output of block weighting coefficients. In addition to the features listed above, the following is additionally introduced into the system: a second digital filter, the first input of which is connected to the output of the addressing unit, the second to the output of the read-write synchronization circuit, and the third to the output of the first memory unit, the second memory unit, one input of which connected to the read-write synchronization circuit, and the other to the second digital filter, and a digital-to-analog converter, one input of which is connected to the second memory block, and the other to the read-write synchronization circuit, while the first memory block is made with Islom cells greater than the number of resolution elements of the image sensor.

Введение в блок обработки сигналов первого цифрового фильтра, расположенного между аналого-цифровым преобразователем и первым блоком памяти, блока адресации, обеспечивающего в первом цифровом фильтре возможность смещения сигналов датчика изображения, и блока весовых коэффициентов, подключенного к выходу интегрирующего фильтра, позволяет компенсировать межкадровый сдвиг изображения при записи его в первый блок памяти.The introduction into the signal processing unit of the first digital filter located between the analog-to-digital converter and the first memory block, an addressing unit providing the possibility of shifting the image sensor signals in the first digital filter, and a weight coefficient block connected to the output of the integrating filter, allows to compensate for the interframe image shift when writing it to the first memory block.

Введение первого цифрового фильтра, подключенного к выходам блока адресации, блока весовых коэффициентов и первого блока памяти повышает чувствительность системы путем суммирования пространственных отсчетов нескольких кадров и позволяет устранить «размытость» синтезируемого изображения, т.е. повысить разрешающую способность системы.The introduction of the first digital filter connected to the outputs of the addressing unit, the weighting coefficient block, and the first memory block increases the sensitivity of the system by summing the spatial samples of several frames and eliminates the blurring of the synthesized image, i.e. increase the resolution of the system.

Введение второго цифрового фильтра и второго блока памяти, связанного со схемой синхронизации чтения-записи и вторым цифровым фильтром, а также цифроаналогового преобразователя позволяет при необходимости преобразовать изображение, хранящееся в первом блоке памяти, например, к увеличенному масштабу изображения, микшировать его и т.д.The introduction of a second digital filter and a second memory block associated with a read-write synchronization circuit and a second digital filter, as well as a digital-to-analog converter, allows you to convert the image stored in the first memory block, for example, to an enlarged image scale, mix it, etc. .

Выполнение первого блока памяти с числом ячеек, превышающим число элементов разрешения датчика изображения, делает возможным осуществлять запись изображения наблюдаемой сцены с повышенным угловым разрешением.The execution of the first memory block with the number of cells exceeding the number of resolution elements of the image sensor makes it possible to record the image of the observed scene with a higher angular resolution.

Введение интегрирующего фильтра, связанного с дифференциальным усилителем, подключенным к входу датчику угловой скорости и, через усилитель мощности и двигатель привода стабилизированной платформы, с датчиком изображения, позволяет определить сдвиг изображения между кадрами в фокальной плоскости датчика изображения.The introduction of an integrating filter associated with a differential amplifier connected to the input of the angular velocity sensor and, through a power amplifier and a stabilized platform drive motor, with an image sensor, allows you to determine the image shift between frames in the focal plane of the image sensor.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, - повышение чувствительности и разрешающей способности системы в процессе визирования объектов при угловых колебаниях основания, на котором установлена стабилизированная платформа с датчиком изображения.The technical result achieved by using the present invention is to increase the sensitivity and resolution of the system in the process of sighting objects with angular vibrations of the base, on which a stabilized platform with an image sensor is installed.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется иллюстрационными материалами:The essence of the proposed technical solution is illustrated by illustrative materials:

на фиг.1 приведена структурная схема системы;figure 1 shows the structural diagram of the system;

на фиг.2 - схема пространственной дискретизации изображения и формирования пространственных отсчетов

элементами телевизионной камеры.figure 2 - scheme of spatial sampling of the image and the formation of spatial samples

elements of a television camera.

На фиг.2 введены следующие обозначения:Figure 2 introduced the following notation:

OYZ - система координат изображения в плоскости предметов,OYZ - coordinate system of the image in the plane of objects,

- элемент дискретизации исходного изображения, соответствующий элементу фоточувствительной матрицы телевизионной камеры (первый кадр, срока α, столбец β, проекция в плоскость предметов),

- the element of sampling the original image corresponding to the element of the photosensitive matrix of the television camera (first frame, term α, column β, projection into the plane of objects),

- элемент дискретизации изображения в текущем i-м кадре, подлежащем обработке;

- image discretization element in the current i-th frame to be processed;

a_kl - элементы дискретизации обработанного (синтезированного) изображения, соответствующие ячейкам

блока памяти 6 при числе элементов по строкам k и столбцам l, превышающем число строк и столбцов фоточувствительной матрицы;a _kl - discretization elements of the processed (synthesized) image corresponding to the cells

memory block 6 with the number of elements in rows k and columns l exceeding the number of rows and columns of the photosensitive matrix;

- расстояние от центра растра (оси визирования) до элемента разрешения

датчика изображения;

- distance from the center of the raster (axis of sight) to the resolution element

image sensor;

Δφⁱ _х - угол поворота изображения в период между первым и i-м кадрами;Δφ ⁱ _x - the angle of rotation of the image between the first and i-th frames;

- площади проекций элемента разрешения

развернутого изображения в текущем кадре на элементы разрешения a_kl синтезируемого изображения.

- projection area of the resolution element

the expanded image in the current frame to the resolution elements a _{kl of the} synthesized image.

Система содержит датчик изображения 1, размещенный на стабилизированной платформе 2, которая установлена на подвижном основании (на фиг.1 не показано), блок обработки видеосигнала 3, включающий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 4, подключенный к выходу датчика изображения 1, первый цифровой фильтр 5 и первый блок памяти 6, а также схему синхронизации чтения-записи 7, блок адресации 8 и блок весовых коэффициентов 9; систему стабилизации платформы 10, включающую последовательно соединенные датчик угловой скорости 11, дифференциальный усилитель 12, усилитель мощности 13 и двигатель 14 привода стабилизированной платформы 2. Для формирования сигнала, пропорционального ошибке стабилизации платформы, в систему введен интегрирующий фильтр 15, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 12, а выход - к информационным входам блока адресации 8 и блока весовых коэффициентов 9. Система содержит также последовательно соединенные второй цифровой фильтр 16, первый информационный вход которого подключен к выходу первого блока памяти 6, второй блок памяти 17, цифроаналоговый преобразователь 18 и видеомонитор 19. Режим работы аналого-цифрового преобразователя 4, первого цифрового фильтра 5, первого блока памяти 6 и блока адресации 8, интегрирующего фильтра 15, второго цифрового фильтра 16, второго блока памяти 17 и цифроаналогового преобразователя 18 задается схемой синхронизации чтения-записи 7, информационный вход которой соединен с другим выходом датчика изображения 1. При этом три выхода блока адресации 8 подключены соответственно ко вторым информационным входам первого цифрового фильтра 5, блока весовых коэффициентов 9 и второго цифрового фильтра 16, причем третий информационный вход первого цифрового фильтра 5 подключен к выходу блока весовых коэффициентов 9.The system comprises an image sensor 1 located on a stabilized platform 2, which is mounted on a movable base (not shown in FIG. 1), a video signal processing unit 3, including an analog-to-digital converter 4 connected in series, connected to the output of the image sensor 1, a first digital filter 5 and the first memory unit 6, as well as a read-write synchronization circuit 7, an addressing unit 8 and a weighting unit 9; a platform stabilization system 10, including a serially connected angular velocity sensor 11, a differential amplifier 12, a power amplifier 13, and a stabilized platform 2 drive motor 14. To generate a signal proportional to the platform stabilization error, an integrating filter 15 is introduced into the system, the input of which is connected to the differential output amplifier 12, and the output to the information inputs of the addressing unit 8 and the weighting unit 9. The system also contains a second digital fil mp 16, the first information input of which is connected to the output of the first memory block 6, the second memory block 17, the digital-to-analog converter 18 and the video monitor 19. The operating mode of the analog-to-digital converter 4, the first digital filter 5, the first memory block 6 and the addressing unit 8, integrating filter 15, the second digital filter 16, the second memory block 17 and the digital-to-analog converter 18 is set by the read-write synchronization circuit 7, the information input of which is connected to another output of the image sensor 1. In this case, the three outputs of the block addressing 8 is connected respectively to the second information inputs of the first digital filter 5, the weighting unit 9 and the second digital filter 16, and the third information input of the first digital filter 5 is connected to the output of the weighting unit 9.

Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works as follows.

Изображение объекта (заданной точки местности) воспринимается датчиком 1 (телевизионной или тепловизионной камерой) с объективом и матричным фотоприемным устройством, содержащим, например, 512×512 элементов А_αβ, α=1, 2,...512, β=1,2,...512, и с блоком микроэлектроники. С датчика изображения 1 полный телевизионный сигнал одновременно поступает в аналого-цифровой преобразователь 4 и схему 7 синхронизации чтения-записи.The image of an object (a given point of terrain) is perceived by a sensor 1 (a television or thermal imaging camera) with a lens and a photodetector matrix, containing, for example, 512 × 512 elements A _αβ , α = 1, 2, ... 512, β = 1,2 , ... 512, and with a block of microelectronics. From the image sensor 1, the full television signal simultaneously enters the analog-to-digital converter 4 and the read-write synchronization circuit 7.

В аналого-цифровом преобразователе 4 видеосигнал преобразуется в цифровую форму, а в схеме синхронизации чтения-записи 7 с помощью узкополосного фильтра из полного телевизионного сигнала выделяются синхроимпульсы. Эти синхроимпульсы, поступая в блоки 4, 5, 6, устанавливают точную связь между адресами {α,β} элементов А_αβ фоточувствительной матрицы датчика изображения 1 и адресами {k,l} ячеек памяти

первого блока памяти 6 по строкам k и столбцам l.In the analog-to-digital converter 4, the video signal is converted to digital form, and in the read-write synchronization circuit 7, the clock pulses are extracted from the full television signal using a narrow-band filter. These clock pulses entering blocks 4, 5, 6 establish an exact connection between the addresses {α, β} of the elements A _{αβ of the} photosensitive matrix of the image sensor 1 and the addresses {k, l} of the memory cells

the first memory block 6 in rows k and columns l.

Изображение, формируемое блоком обработки видеосигналов 3, в цифровом виде поступает на вход цифроаналогового преобразователя 18 и далее подается на видеоминитор 19. Оператор анализирует сцену на экране видеомонитора 19.The image generated by the video signal processing unit 3 is digitally input to the digital-to-analog converter 18 and then fed to the video monitor 19. The operator analyzes the scene on the screen of the video monitor 19.

Система стабилизации платформы 10 воспринимает угловые колебания стабилизированной платформы 2 с помощью датчика угловой скорости (ДУС) 11, установленного на стабилизированной платформе 2 так, что его ось чувствительности параллельна визирной оси X. Сигнал ω_x с выхода датчика угловой скорости 11 подается на первый вход дифференциального усилителя 12. На второй вход дифференциального усилителя подается сигнал обратной связи Δε, пропорциональный разности между заданным φ⁰ _x и установившимся φ_х углом разворота стабилизированной платформы 2. Выходной сигнал дифференциального усилителя 12 усиливается в усилителе мощности 13 и поступает (с обратным знаком) на двигатель 14, чем создается момент М_д=-М_возм, парирующий воздействие колебаний подвижного основания относительно визирной оси Х на стабилизированную платформу 2. Такая «слабая» обратная связь позволяет устранить накопление погрешностей ДУСа 11 и привода подвижного основания стабилизированной платформы 2.The stabilization system of the platform 10 senses the angular oscillations of the stabilized platform 2 using an angular velocity sensor (DLS) 11 mounted on a stabilized platform 2 so that its sensitivity axis is parallel to the x-axis. The signal ω _x from the output of the angular velocity sensor 11 is fed to the first differential input amplifier 12. A feedback signal Δε is supplied to the second input of the differential amplifier, proportional to the difference between the given φ ⁰ _x and the steady-state φ _x angle of rotation of the stabilized platform 2. V the output signal of the differential amplifier 12 is amplified in the power amplifier 13 and is supplied (with the opposite sign) to the motor 14, which creates the moment M _d = -M _prob , parrying the influence of the vibrations of the moving base relative to the sight axis X on the stabilized platform 2. Such a “weak” reverse the connection eliminates the accumulation of errors DUS 11 and drive the movable base of the stabilized platform 2.

Таким образом, двигатель 14, охваченный обратной связью по сигналу ω_х с датчика угловой скорости 11, является исполнительным устройством, которое вместе с датчиком изображения 1, установленным на стабилизированной платформе 2, и трактом обработки видеосигнала образуют телевизионную стабилизированную визирную систему с парированием разворотов изображения вокруг визирной оси X.Thus, the motor 14, covered by feedback on the signal ω _x from the angular velocity sensor 11, is an actuator that, together with the image sensor 1 mounted on a stabilized platform 2, and the video signal processing path form a television stabilized sighting system with parrying image turns around axis X.

Для того чтобы уменьшить влияние ошибок стабилизации на качество "картинки", при обработке сигнала в первом цифровом фильтре 5 перед суммированием в этом блоке текущего изображения j-го кадра, поступающего с датчика изображения 1, с накопленной суммой j-1 кадров, хранящейся в первом блоке памяти 6, осуществляется смещение отсчетов

элементов разрешения (дискретизации) изображения j-го кадра на величины δⁱ _αβ, зависящие от расстояния ρ(α,β) элемента А_αβ относительно центра растра и угла поворота Δφⁱ _x изображения в текущем j-м кадре по отношению к первому кадру, который непосредственно записывается с датчика изображения 1 в первом блок памяти 6 в начальный момент времени как первый член суммы i кадров синтезированного изображения. Здесь и далее предполагается, что визирная ось проходит через центр растра.In order to reduce the influence of stabilization errors on the quality of the “picture”, when processing the signal in the first digital filter 5 before summing in this block the current image of the j-th frame coming from the image sensor 1, with the accumulated sum of j-1 frames stored in the first memory block 6, offset samples

resolution elements (sampling) of the image of the j-th frame by δ ⁱ _αβ depending on the distance ρ (α, β) of the element A _αβ relative to the center of the raster and the rotation angle Δφ ⁱ _{x of the} image in the current j-th frame relative to the first frame, which is directly recorded from the image sensor 1 in the first memory block 6 at the initial time as the first member of the sum i of frames of the synthesized image. Hereinafter, it is assumed that the line of sight passes through the center of the raster.

Преобразование отсчетов

, поступающих с аналого-цифрового преобразователя 4, осуществляется в первом цифровом фильтре 5, включая суммирование с отчетами

синтезированного изображения, хранимого в блоке 6 в ячейках памяти

. Управление преобразованием производится по данным блока адресации 8, в котором определяется, на сколько элементов синтезированного изображения по строкам

и по столбцам

должен быть смещен отсчет

изображения текущего i-го кадра, чтобы оно с наименьшими искажениями совпало с изображением, уже накопленным по предыдущим кадрам. Для этого угловая скорость ошибки стабилизации Δω_х интегрируется в фильтре 15, и полученный сигнал Δφ_х, пропорциональный ошибке стабилизации, с выхода интегрирующего фильтра 15 подается в блок 8. В блоке 8 в зависимости от положения элемента А_αβ изображения в текущем j-м кадре по отношению к первому кадру определяются координаты тех элементов a_kl синтезированного (накопленного) изображения, на которые проектируется упомянутый элемент А_αβ текущего i-го кадра.Convert Samples

coming from the analog-to-digital Converter 4, is carried out in the first digital filter 5, including summation with reports

synthesized image stored in block 6 in memory cells

. The transformation is controlled according to the data of addressing unit 8, which determines how many elements of the synthesized image are displayed in rows

and in columns

the count should be biased

image of the current i-th frame so that it coincides with the least distortion with the image already accumulated from previous frames. For this, the angular velocity of the stabilization error Δω _{x is} integrated in the filter 15, and the received signal Δφ _x proportional to the stabilization error is supplied from the output of the integrating filter 15 to block 8. In block 8, depending on the position of the element A _{αβ of the} image in the current jth frame in relation to the first frame, the coordinates of those elements a _{kl of the} synthesized (accumulated) image onto which the mentioned element A _{αβ of the} current ith frame are projected are determined.

Суммирование в первом цифровом фильтре 5 отсчетов

с отчетами

синтезированного изображения производится с весовыми коэффициентами

, которые пропорциональны площадям

проекций элементов а_kl в плоскости предметов на элемент

этого кадра. Весовые коэффициенты

определяются в блоке 9 для тех элементов а_kl, координаты {k,l} которых определены в схеме синхронизации записи-чтения 7, исходя из геометрических соображений в зависимости от расстояния ρ(α,β) элемента А_αβ от центра растра и угла поворота Δφⁱ _х изображения i-го кадра по отношению к синтезируемому изображению.Summation in the first digital filter of 5 samples

with reports

the synthesized image is produced with weights

which are proportional to the area

projections of elements a _kl in the plane of objects on the element

of this frame. Weights

are determined in block 9 for those elements a _kl whose coordinates {k, l} are defined in the write-read synchronization scheme 7, based on geometric considerations depending on the distance ρ (α, β) of the element A _αβ from the center of the raster and the rotation angle Δφ ⁱ _x image of the i-th frame relative to the synthesized image.

Результат суммирования текущего изображения с ранее накопленным изображением (отчеты

), хранится до следующего кадра в первом блоке памяти 6 в ячейках

, считывается цифроаналоговым преобразователем 18 для предъявления оператору стабилизированного изображения.The result of summing the current image with the previously accumulated image (reports

), is stored until the next frame in the first memory block 6 in cells

, is read by the digital-to-analog converter 18 for presenting a stabilized image to the operator.

Таким образом, компенсация поворота изображения из-за ошибок стабилизации Δφⁱ _х по всем элементам текущего i-го кадра при суммировании его отсчетов (с определенными весами) с накопленной суммой изображений предыдущих кадров дает устойчивое изображение сцены с увеличенным отношением сигнал/шум, которое хорошо воспринимается оператором.Thus, compensation for image rotation due to stabilization errors Δφ ⁱ _x for all elements of the current ith frame when summing its samples (with certain weights) with the accumulated sum of images of previous frames gives a stable scene image with an increased signal to noise ratio, which is good perceived by the operator.

Условия обнаружения в системе могут быть улучшены путем повышения ее углового разрешения, определяемого угловыми размерами фоточувствительных элементов, а при определенных размерах кадра - угловым размером его дискрета А_αβ.Detection conditions in the system can be improved by increasing its angular resolution, determined by the angular dimensions of the photosensitive elements, and at certain frame sizes, by the angular size of its discrete A _αβ .

Для повышения углового разрешения системы первый блок памяти 6 выполнен с числом ячеек памяти

в несколько раз, например, вдвое превышающим число элементов разрешения датчика изображения 1 как строкам, так и по столбцам. В этом случае элемент пространственного разрешения первого блока памяти 6 будет по угловым размерам вдвое, а по площади вчетверо меньше углового размера фоточувствительного элемента датчика изображения 1.To increase the angular resolution of the system, the first memory block 6 is made with the number of memory cells

several times, for example, twice the number of resolution elements of the image sensor 1, both rows and columns. In this case, the spatial resolution element of the first memory block 6 will be double in angular size, and four times smaller in area than the angular size of the photosensitive element of the image sensor 1.

При суммировании отсчет

по каждому элементу

текущего i-го кадра исходного изображения, например, по элементу

(фиг.2), в блоке 5 суммируется с отсчетами

ячеек памяти

соответствующих тем элементам разрешения а_kl синтезированного изображения, на которые проецируется в пространстве предметов элемент

текущего кадра исходного изображения. Положение элемента

в синтезированном изображении определяется величиной Δφⁱ _х угла поворота текущего i-го кадра и его координатами {α,β} в растре. В следующем (i+1)-м кадре ввиду случайного характера изменения величины Δφⁱ _х отсчет

этого же элемента

будет распределяться по другим элементам a_kl суммарного изображения.When adding up the countdown

for each element

current i-th frame of the source image, for example, by element

(figure 2), in block 5 is summed up with samples

memory cells

corresponding to those resolution elements a _{kl of the} synthesized image onto which the element is projected in the space of objects

current frame of the original image. Item position

in the synthesized image is determined by the value Δφ ⁱ _{x the} angle of rotation of the current i-th frame and its coordinates {α, β} in the raster. In the next (i + 1) th frame, due to the random nature of the change in Δφ ⁱ _x count

of the same element

will be distributed among other elements a _{kl of the} total image.

Суммирование отсчетов

отсчетами

элементов а_kl синтезируемого изображения производится с весами

, пропорциональными площадям

проекций элемента

в плоскости предметов на элементы а_kl синтезируемого изображения, т.е.Sampling Samples

counts

elements a _{kl of the} synthesized image is made with weights

proportional to areas

element projections

in the plane of objects on the elements a _{kl of the} synthesized image, i.e.

причем сумма

(α,β) равна площади элемента А_αβ. Например, для элемента а₁₁ на Фиг.2 имеем

, для элемента a₂₂ имеем

Вычисление весовых коэффициентов

производится в блоке 9.moreover, the amount

(α, β) is equal to the area of the element A _αβ . For example, for element a ₁₁ in FIG. 2, we have

, for element a ₂₂ we have

Calculation of weights

produced in block 9.

Отсчет

определяется по итерационной формулеCountdown

determined by the iterative formula

где Fⁱ и Gⁱ - коэффициенты, определяющие динамику формирования синтезируемого изображения, а индексы α и β соответствуют тем элементам

повернутого изображения, которые проецируются на элемент а_kl синтезируемого изображения. Вышеуказанная формула характеризует операции, производимые в первом цифровом фильтре 5.where F ⁱ and G ⁱ are the coefficients that determine the dynamics of the formation of the synthesized image, and the indices α and β correspond to those elements

rotated images that are projected onto the element a _{kl of the} synthesized image. The above formula characterizes the operations performed in the first digital filter 5.

Для преобразования масштаба синтезированного изображения к исходному при представлении его оператору на экране монитора 19 в систему следует дополнительно ввести второй цифровой фильтр 16, аналогичный первому цифровому фильтру 5 без накопления сигнала, в котором весовые коэффициенты

пропорциональны площадям проекций элемента разрешения видеомонитора в плоскости предметов на элементы а_kl синтезируемого изображения. Эти коэффициенты не зависят от разворота изображения и целиком определяются желаемым масштабом представления изображения на экране видеомонитора 19. Преобразованное во втором цифровом фильтре 16 к нужному масштабу изображение хранится во втором блоке памяти 17 и считывается цифроаналоговым преобразователем 18 при выводе его на видеомонитор 19.To convert the scale of the synthesized image to the original when presented to the operator on the monitor screen 19, a second digital filter 16 should be added to the system, similar to the first digital filter 5 without signal accumulation, in which the weight coefficients

are proportional to the projection areas of the resolution element of the video monitor in the plane of objects onto the elements a _{kl of the} synthesized image. These coefficients are independent of the image rotation and are entirely determined by the desired scale of the image on the screen of the video monitor 19. The image converted in the second digital filter 16 to the desired scale is stored in the second memory block 17 and is read by the digital-to-analog converter 18 when it is output to the video monitor 19.

При необходимости, когда объем второго блока памяти 17 ограничен и хранящееся в нем синтезированное изображение отображает только часть (например, центральную) исходного изображения, регистрируемого датчиком изображения 1, синтезированное изображение с помощью второго цифрового фильтра 16 перед записью его во второй блок памяти 17 микшируют (например, по периферии) с исходным изображением.If necessary, when the volume of the second memory block 17 is limited and the synthesized image stored in it displays only a part (for example, the central one) of the original image recorded by the image sensor 1, the synthesized image is mixed using the second digital filter 16 before being written to the second memory block 17 ( for example, on the periphery) with the original image.

Дисперсия шумов дискретизации пропорциональна квадрату элемента разрешения. Поэтому применение первого блока памяти 6 увеличенного объема и смещение при суммировании текущего кадра датчика изображения с меньшей дискретностью, чем дискретность изображения телевизионного кадра, позволяет улучшить отношение сигнал/шум не только за счет накопления полезного сигнала, но и за счет уменьшения уровня шумов дискретизации.The dispersion of sampling noise is proportional to the square of the resolution element. Therefore, the use of the first increased memory unit 6 and the offset when summing the current frame of the image sensor with a lower resolution than the resolution of the image of the television frame can improve the signal-to-noise ratio not only due to the accumulation of the useful signal, but also due to a decrease in the level of sampling noise.

Наибольшая эффективность предложенного устройства достигается при применении матричных фотоприемных устройств с кадровой частотой, увеличенной до нескольких килогерц по сравнению со стандартной частотой f=25 Гц, в которых межкадровое суммирование в трактах обработки является необходимым условием достижения требуемых обнаружительных характеристик.The greatest efficiency of the proposed device is achieved when using matrix photodetectors with a frame frequency increased to several kilohertz compared to the standard frequency f = 25 Hz, in which interframe summation in the processing paths is a necessary condition for achieving the required detection characteristics.

При подключении выхода схемы синхронизации чтения-записи 7 к входу интегрирующего фильтра 15 обеспечивается гибкое управление его работой в зависимости от временного интервала t_∑, на котором производится суммирование изображения в текущем кадре с ранее накопленным. Этот временной интервал t_∑ определяется стабильностью сцены и ее изображения, то есть скоростями перемещения в пространстве объекта и подвижного основания, а также спектром ошибок стабилизации.When the output circuit is connected a read-write synchronization 7 to the input of the integrating filter 15 is provided by flexible control of its operation depending on the time interval t _Σ, where the summation image in the current frame with a previously accumulated. This time interval t _∑ is determined by the stability of the scene and its image, that is, the speeds of movement in the space of the object and the moving base, as well as the spectrum of stabilization errors.

Передаточная функция W(p) интегрирующего фильтра имеет видThe transfer function W (p) of the integrating filter has the form

где р - оператор Лапласа, Т_ф≈t_∑.where p is the Laplace operator, T _f ≈t _∑ .

При этом в момент записи изображения первого кадра в блок 6 по сигналу с блока 7 в блоке 15 устанавливаются нулевые начальные условия, и тогда Δφ_х=0. Оптимизация выбора величины Т_ф производится с учетом того, что с уменьшением величины Т_ф в формировании сигнала Δφ_ст превалирующее значение имеют высокочастотные составляющие сигнала ω_ст, а при увеличении Т_ф может происходить накопление ошибок интегрирования, что приводит к нежелательному постепенному повороту изображения на видеомониторе 19.Moreover, at the time of recording the image of the first frame in block 6, the initial conditions are set to zero according to the signal from block 7 in block 15, and then Δφ _x = 0. The optimization of the choice of the value of T _{f is} carried out taking into account the fact that with a decrease in the value of T _f in the formation of the signal Δφ _st , the high-frequency components of the signal ω _st prevail, and with an increase in T _f , integration errors can accumulate, which leads to an undesirable gradual rotation of the image on the video monitor 19.

В качестве исполнительного устройства используется интегрирующий привод, расположенный на стабилизированной платформе, который вместе с трактом обработки видеосигнала образует телевизионную визирную систему.As an actuator, an integrating drive is used, located on a stabilized platform, which, together with the video signal processing path, forms a television sighting system.

Конкретные технические реализации датчиков изображения, выполненных на основе приборов с зарядовой связью, и ссылки на зарубежные патенты приведены в книге Г.П.Катыса, Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой. - М.: Машиностроение, 1990, с.98-104.Specific technical implementations of image sensors based on charge-coupled devices and references to foreign patents are given in the book by G.P. Katys, Perception and analysis of optical information by an automatic system. - M.: Mechanical Engineering, 1990, pp. 98-104.

Цифровые двумерные фильтры и блоки памяти могут быть выполнены, например, на базе быстродействующих процессоров.Digital two-dimensional filters and memory blocks can be performed, for example, based on high-speed processors.

Обратная связь по скорости обеспечивается контуром датчика угловой скорости, включающим дифференциальный усилитель 13, усилитель мощности 13, двигатель 14, интегрирующий привод гиростабилизированной платформы 2 и датчик угловой скорости 11.Speed feedback is provided by the angular velocity sensor circuit, including a differential amplifier 13, a power amplifier 13, an engine 14, an integrating gyro stabilized platform 2 drive, and an angular velocity sensor 11.

Функции дифференциальных усилителей могут выполнять операционные усилители, схемы которых описаны в книге У.Титце, К.Шенк, Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982.The functions of differential amplifiers can be performed by operational amplifiers, the circuits of which are described in the book by W. Titze, K. Schenk, Semiconductor circuitry. - M .: Mir, 1982.

Claims

1. The object’s sighting system, comprising an image sensor located on a stabilized platform mounted on a movable base, a video signal processing unit including an analog-to-digital converter and a first memory unit connected to a read-write synchronization circuit, a platform stabilization system including an angular velocity sensor platforms, differential amplifier, power amplifier and drive motor of a stabilized platform, characterized in that the first digital filter is located in it, located nth between the analog-to-digital converter and the first memory block, an addressing unit configured to provide for displacement of the image sensor signals in the first digital filter, a weighting unit, an integrating filter, the input of which is connected to the output of the differential amplifier, and the output to the addressing unit and the first the input of the weighting block, the second input of the weighting block is connected to the first output of the addressing block, the first input of the first digital filter is connected to the output of the read synchronization circuit -records, the second input is connected to the second output of the addressing unit, and the third input is connected to the output of the weighting unit.

2. The object’s sighting system according to claim 1, characterized in that a second digital filter is additionally introduced into it, the first input of which is connected to the output of the addressing unit, the second to the output of the read-write synchronization circuit, and the third to the output of the first memory unit, the second memory block, one input of which is connected to the read-write synchronization circuit, and the other to the second digital filter, and a digital-to-analog converter, one input of which is connected to the second memory block and the other to the read-write synchronization circuit, while the first blockmemory is made with the number of cells exceeding the number of resolution elements of the image sensor.