RU2408899C1 - Устройство определения координат световых объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для измерения координат световых объектов для получения параметров траекторий их движения. Устройство содержит блок обработки сигналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ключи, счетчик тактовых импульсов, счетчик видеоимпульсов, фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), плоскопанельный дисплей, 3Д-очки с ИК-приемником на их оправе, синтезатор частот, диоды, триггер. АЦП включает последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов и пьезодефлектор с отражателем на торце, источник положительного опорного напряжения, источник отрицательного опорного напряжения, излучатель из светодиода, щелевой диафрагмы и микрообъектива, линейку многоэлементного фотоприемника и счетчик импульсов. ФЭП содержит два объектива, две матрицы прибора с зарядовой инжекцией и предварительные усилители. Технический результат - измерение координат световых объектов, заполняющих полностью поле зрения устройства, наблюдение поля зрения в цветном изображении и измерение координат с выделением красного, зеленого, синего излучений объектов, достигаемое введением в устройство фотоэлектрического преобразователя. 14 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения координат световых объектов для получения параметров траекторий их движения.

Прототипом является "Устройство для определения координат световых объектов" [1], содержащее объектив, передающую телевизионную трубку, блок обработки сигналов, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель и блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, первый ключ и распределитель импульсов, второй ключ и счетчик числа витков спиральной развертки и дешифратор, АЦП, включающий усилитель видеоимпульсов, пьезодефлектор с отражателем на торце, два источника опорных напряжений, соответствующий излучатель, линейку многоэлементного фотоприемника и счетчик импульсов, содержит третий ключ и счетчик тактовых импульсов, четвертый ключ и счетчик видеоимпульсов и блок визуального наблюдения. Блок обработки сигналов преобразует интервалы каждого витка спирали в коды полярного угла φ с разрешением в 1°, за период спиральной развертки определение полярных координат максимально возможно по 72000 световым объектам: 200 витков ×360°. Наряду с координатами световых объектов определяются яркость и диаметр изображения объекта. Недостатки прототипа: выполняет измерение координат многих, но не всех световых объектов, если они заполняют все поле зрения устройства, так как разрешение углового положения сканирующего луча в каждом витке 1° и координаты объектов, попадающие между угловых разрешений, измерены не будут, наблюдение световых объектов идет на матовом экране и в черно-белом изображении.

Цель изобретения - измерение координат и параметров всех световых объектов, полностью заполняющих поле зрения устройства, и наблюдение поля зрения в цветном изображении. Техническими результатами являются измерение координат всех световых объектов, полностью заполняющих пространство поля зрения /отсутствие мертвых зон/, наблюдение поля зрения в цветном стереоизображении и измерение координат объектов с выделением их красного R, зеленого G и синего излучений. Для чего в состав устройства вводится фотоэлектрический преобразователь /ФЭП/ с двумя матрицами ПЗИ /приборов с зарядовой инжекцией/ и плоскопанельный дисплей, формирующий цветное изображение поля зрения, с 3Д-очками.

Сущность изобретения в том, что в устройство определения координат световых объектов, содержащее блок обработки сигналов, один АЦП, третий ключ и счетчик тактовых импульсов, четвертый ключ и счетчик видеоимпульсов, вводятся фотоэлектрический преобразователь /ФЭП/ в составе двух объективов и двух матриц ПЗИ, первый, второй, пятый, шестой, седьмой ключи, второй-четвертый АЦП, плоскопанельный дисплей и синтезатор частот.

Структурная схема устройства на фиг.1, АЦП видеосигнала на фиг.2, конструкция пьезодефлектора на фиг.3, структурная схема плоскопанельного дисплея на фиг.4, накопитель кодов кадра на фиг.5, блок регистров на фиг.6 и 7, общий вид элемента матрицы на фиг.8, триада ячеек в корпусе /вид сверху/ на фиг.9, схема верхней ячейки на фиг.10, расположение элементов матриц /триад ячеек/ в экране на фиг.11, блок обработки сигналов на фиг.12, схема формирователя координат Х, У на фиг.13, принцип формирования координат X, У объектов на фиг.14.

Заявляемое устройство содержит /фиг.1/ фотоэлектрический преобразователь 1 /ФЭП/, блок 2 обработки сигналов, первый АЦП 10, второй 3, третий 4 и четвертый 5 АЦП видеосигналов соответственно R, G, B, плоскопанельный дисплей 6, синтезатор 7 частот, последовательно соединенные четвертый ключ 8 и счетчик 9 видеоимпульсов, выдающий порядковый номер светового объекта, последовательно соединенные третий ключ 11 и счетчик 12 тактовых импульсов, выполняющие совместно измерение диаметра светового объекта, и содержит последовательно соединенные первый ключ 13, триггер 14 и второй ключ 15, пятый ключ 16, шестой 17 и седьмой 18 ключи. ФЭП 1 является датчиком цветовых видеосигналов световых объектов в последовательно следующих правом и левом кадрах стереопар и включает первый /правый/ объектив 19, в вокальной плоскости которого расположена фоточувствительная сторона матрицы 20 - прибор с зарядовой инжекцией по технологии Foveon Х3 из трехслойного КМОП-датчика [2, с.832-833] с оптическим разрешением 1000×1000, включает второй /левый/ объектив 24, расположенный на соответствующем расстоянии от объектива 19, в фокальной плоскости которого расположена фоточувствительная сторона второй матрицы ПЗИ 25, одноименные первый-третий выхода обоих матриц ПЗИ попарно объединены и подключены к входам соответственно предварительных усилителей 21, 22, 23. АЦП 10 выполняет измерение яркости световых объектов, включает /фиг.1/ последовательно соединенные усилитель 26 видеоимпульсов и пьезодефлектор 27 с отражателем на торце, первый источник 28 положительного опорного напряжения, выход которого подключен параллельно к вторым входам усилителя 26 и пьезодефлектора 27, второй источник 29 отрицательного опорного напряжения, выход которого подключен к третьим входам усилителя 26 и пьезодефлектора 27, излучатель из светодиода 30, щелевой диафрагмы 31 и микрообъектива 32 и включает последовательно соединенные линейку 33 многоэлементного фотоприемника и счетчик 34 импульсов. АЦП 3, 4, 5 идентичны, каждый включает /фиг.2/ последовательно соединенные усилитель 35 видеоимпульсов и пьезодефлектор 36 с отражателем на торце, первый источник 37 положительного опорного напряжения, выход которого подключен параллельно к вторым входам усилителя 35 и пьезодефлектора 36, второй источник 38 отрицательного опорного напряжения, выход которого подключен к третьим входам усилителя 35 и пьезодефлектора 36, излучатель из светодиода 39, щелевой диафрагмы 40 и микрообъектива 41 и последовательно соединенные линейку 42 многоэлементного фотоприемника и шифратор 43. Пьезодефлектор 36 содержит /фиг.3/ [3, с.118] первую 44 и вторую 45 пьезопластины, внутренний электрод 46, первый 47 и второй 48 внешние электроды, один конец пьезопластин закреплен в держателе 49, на свободном торце пьезодефлектора закреплен световой отражатель 50. Плоскопанельный дисплей 6 включает /фиг.4/ три идентичных канала цветовых сигналов R, G, B, каждый из которых содержит последовательно соединенные накопитель 51 кодов кадра и блок 52 импульсных усилителей, выходы которых подключены к соответствующим входам экрана 53. Блоки 52, каждый включает импульсных усилителей по числу разрешения экрана 53 и по числу разрядов в коде, всего в блоке 52 импульсных усилителей 8000000 штук: 1000_строк×1000_{отсчетов}×8_разр. Дисплей 6 содержит триггер 54 и ИК-передатчик 55, расположенный на верхней части экрана 53. Вход триггера 54 подключен к первому управляющему входу дисплея U_к/50 Гц/, второй выход триггера подключен к входу ИК-передатчика 55. Для раздельного наблюдения правого и левого кадров стереопары предназначены 3Д-очки 56 с ИК-приемником 57 на их оправе. Накопители 51 кодов кадра идентичны, каждый включает /фиг.5/ блоки 58 регистров по числу строк в кадре 58_1-1000. Информационным входом накопителя 51 кодов кадра являются поразрядно объединенные /фиг.5/ первый-восьмой входы блоков 58_1-1000 регистров.

Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход первого блока 58₁ регистров /50 Гц/, вторым - объединенные вторые управляющие входы U_выд /50 кГц/ блоков 58 регистров, третьим - третьи объединенные управляющие входы U_д /50 МГц/ всех блоков регистров 58. Каждый управляющий выход предыдущего блока 58 регистров является первым управляющим входом для каждого последующего блока 58 регистров, управляющий выход последнего /1000/ блока 58₁₀₀₀ регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков 58 регистров. Первым, вторым, третьим информационными входами плоскопанельного дисплея 6 являются информационные первый-восьмой входы трех накопителей 51 кодов кадра, а первым-третьим управляющими входами дисплея 6 являются объединенные одноименные управляющие входы трех накопителей кодов кадра. Блоки 58 регистров идентичны /фиг.6, 7/, каждый включает первый 59, второй 60 ключи, распределитель 61 импульсов и восемь регистров 62_1-8, каждый из 1000 разрядов. Информационным входом блока 58 регистров являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров 62. Выходами блока 58 регистров являются параллельные выходы всех разрядов восьми регистров, всего выходов 8000 /1000×8/. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход U_к, 50 /Гц/ первого ключа 59, вторым - сигнальный вход U_выд /50 кГц/ второго ключа 60, третьим - сигнальный вход U_д /50 МГц/ первого ключа 59, четвертым - первый управляющий вход U_от второго ключа 60, подключенный к управляющему выходу последнего блока 58₁₀₀₀ регистров. Выход первого ключа 59 подключен к входу распределителя 61 импульсов, выходы которого последовательно с первого по 1000 подключены к первым /тактовым/ входам разрядов параллельно восьми регистров 62, последний /1000/ выход подключен к второму управляющему входу U_з ключа 59 и является управляющим выходом блока 58 регистров.

Выход второго ключа 60 подключен параллельно к вторым входам всех разрядов восьми регистров 62 и к второму управляющему входу U_з ключа 60. Блоки 52 импульсных усилителей усиливают поступающие в них импульсы разрядов кодов с блока 51 и формируют их по длительности в 20 мс /50 Гц/. Экран 53 состоит из элементов матриц по числу разрешения кадра /1000×1000/. Каждый элемент матрицы состоит из трех ячеек /триады/, фиг.8, 9, и содержит светодиод 63 /фиг.9/ белого излучения и три ячейки, объединенные в непрозрачном корпусе 64 формы фиг.8. Первая ячейка 65 излучает красный цвет R, вторая ячейка 66 излучает зеленый цвет G, третья ячейка 67 излучает синий цвет B. Ячейки идентичны, каждая включает /фиг.9, 10/ микролинзу 68, последовательно расположенные друг за другом по оптической оси микролинзы с первого по восьмой /по числу разрядов в коде/ нейтральные микросветофильтры 69_1-8 в последовательности уменьшения коэффициентов поглощения излучения по принципу двоичного кода, с первого по восьмой микропьезоэлементы 70_1-8 и цветной светофильтр 71, формирующий цвет излучения ячейкой. Нейтральные микросветофильтры 69, каждый площадью 20×20 мкм, имеют коэффициенты поглощения излучения соответственно веса своего разряда, который обслуживает нейтральный микросветофильтр. Коэффициенты поглощения приведены в таблице 1.

Таблица 1
Номер разряда кода	Вес разряда кода	Коэфициент поглощения
1 старший	27 /128/	0,5
2	26 /64/	0,25
3	25 /32/	0,125
4	24 /16/	0,0625
5	23 /8/	0,03125
6	22 /4/	0,015625
7	21 /2/	0,0078125
8	20 /1/	0,0039

Стенки корпуса 64 имеют светопоглощащее покрытие. Излучение светодиода 63 /фиг.9/ направляется микролинзой 68 на последовательно расположенные нейтральные микросветофильтры 69_1-8. Работа ячейки заключается в том, что каждый последовательно расположенный нейтральный микросветофильтр ослабляет излучение соответственно своему коэффициенту поглощения, которые соответствуют принципу двоичного кода /таблица 1/. В отсутствие управляющих сигналов /сигналы единиц кодов/ на входах микропьезоэлементов 70 /фиг.9/ микросветофильтры 69 перекрывают поток излучения до уровня ниже предела чувствительности зрения человека. Один торец каждого микропьезоэлемента 70 закреплен в стенке корпуса 64, вторые свободные торцы их соответствующим образом соединены с нейтральными микросветофильтрами 69. При поступлении на пьезоэлемент 70 управляющего импульса /сигнала единицы кода/ по амплитуде, соответствующей рабочему напряжению срабатывания микропьезоэлемента 70, свободный его торец совершает изгиб и поворачивает микросветофильтр 69 на 90°, поток излучения проходит без ослабления на следующий нейтральный микросветофильтр 69. При изгибе свободный торец микропьезоэлемента 70 переводит свой микросветофильтр 69 в открытое положение, не препятствующее проходу излучения /как шлагбаум/. После восьмого микросветофильтра 69₈ излучение проходит цветной светофильтр 71 /фиг.10/, придающий выходному излучению соответствующий цвет, которое и участвует в формировании цветового тона и яркости пиксела в экране 53. Изготовляемые микротехнологиями триады ячеек /элементы матриц/ могут иметь мизерные размеры /0,4×0,4 мм/. На фиг.10 приведен момент преобразования кода 10110110 в яркость излучения зеленого цвета. Ячейки всех триад матрицы экрана 53 работают синхронно по поступающим управляющим импульсам с трех блоков 52 импульсных усилителей. Исполняющий элемент - нейтральный микросветофильтр 69 выполняет свои функции не только при повороте точно на 90°, но и при погрешности поворота ±10°, что упрощает изготовление узла соединения микросветофильтра 69 с микропьезоэлементом 70. 1000000 триад ячеек образуют на экране 53 10⁶ пикселов, создающих цветное изображение кадра поля зрения. Идентичность электронных схем в блоках 51, 52, 2 позволяет выполнить их микросхемами. Каждая триада /элемент матрицы/ изготавливается отдельно, а экран 53 из них набирается, расположение триад и ячеек в экране приведено на фиг.11. Правый и левый кадры стереопар воспроизводятся на экране 53 последовательно, а левое и правое стекла 3Д-очков поочередно теряют прозрачность, в результате каждый глаз видит свой кадр, что и дает стереоэффект. Стекла 3Д-очков выполнены по технологии ЖK-ячеек просветного типа, используемые как электронно-управляемые светофильтры /затворы/ [2, с.558-565]. С приходом правого кадра стереопары накопители 51 кодов сосредотачивают все коды кадра. С окончанием периода правого кадра все его коды синхронно и параллельно выдаются в блоки 52 импульсных усилителей, где сигналы единиц кодов усиливаются до необходимой величины и длительностью, равной длительности кадра 20 мс, и поступают в соответствующие ячейки элементов матриц экрана 53, а накопители 51 кодов кадра заполняются кодами левого кадра стереопары. При поступлении первого синхроимпульса 50 Гц в триггер 54 /фиг.4/ с его первого выхода сигнала нет. С поступлением второго синхроимпульса 50 Гц /левый кадр/ со второго выхода триггера 54 импульс поступает в ИК-передатчик 55, который излучает инфракрасный импульс, принимаемый ИК-приемником 57 на оправе 3Д-очков 56.

ИК-приемник 57 выдает с первого выхода сигнал на управляющие входы ЖК-ячеек левого стекла, которое и теряет прозрачность на 20 мс. На экране в это время изображение правого кадра. Затем сама схема ИК-приемника выдает со второго выхода сигнал на управляющие входы ЖК-ячеек правого стекла, которое теряет прозрачность на 20 мс, на экране в это время изображение левого кадра. Далее процессы повторяются. В связи с большим числом соединений от блоков 51 к блокам 52 и от них к ячейкам матриц экрана 53 /24×10⁶/ блоки 51, 52 следует выполнить на тыльной стороне экрана 53.

Работа дисплея 6, фиг.4.

На 1-3 управляющие входа дисплея 6 с третьего, первого и четвертого выходов синтезатора 7 частот /фиг.1/ поступают импульсы 50 Гц частоты кадров, 50 кГц частоты строк, 50 МГц частоты дискретизации кодов. На 1-3 информационные входы в параллельном виде поступают 8-разрядные коды видеосигналов R, G, B последовательно правого и левого кадров стерепар. За первый период правого кадра накопители 51 кодов кадра сосредотачивают коды правого кадра. По окончании периода правого кадра идет синхронная выдача всех кодов правого кадра в блоки 52 импульсных усилителей, а накопители 51 кодов кадра ведут накопление кодов левого кадра. Сигналы единиц разрядов кодов поступают в свои импульсные усилители в блоках 52, где усиливаются по амплитуде и формируются по длительности в 20 мс. С выходов импульсных усилителей управляющие импульсы поступают на первый, второй входы микропьезоэлементов 70_1-8 /фиг.10/ ячеек 65, 66, 67 /фиг.8/. Каждая ячейка преобразует код в яркость излучения соответствующего цвета, прямо пропорциональное величине кода. Суммарное излучение тремя ячейками /фиг.9/ трех цветов формирует цветовой тон и яркость каждого пиксела в экране 53, воспроизводится цветное изображение поля зрения устройства. Блок 2 обработки сигналов содержит /фиг.12/ три формирователя 72₁, 72₂, 72₃ координат X, Y световых объектов по одному для сигналов R, G, B. Первым-третьим информационными входами блока 2 являются информационные входы R, G, B формирователей координат, которые подключены к выходам предварительных усилителей 21, 22, 23. Выходами блока 2 являются выходы формирователей 72_1-3 координат, они же являются вторыми и третьими выходами заявляемого устройства. Первым-третьим управляющими входами блока 2 являются объединенные одноименные управляющие первый-третий входы формирователей 72_1-3 координат X, Y. Формирователи координат идентичны, каждый включает /фиг.13/ элемент И 73, первый 74 и второй 75 элементы задержки, с первого 76 по четвертый 79 ключи, первый 80 и второй 81 вычитающие счетчики импульсов, первый 82 и второй 83 счетчики импульсов. Информационным входом формирователя 72 координат являются объединенные первые управляющие входы /U_выд/ вычитающих счетчиков 80, 81 импульсов и счетчиков 82, 83 импульсов. Первым управляющим входом /50 Гц/ являются объединенные первый вход элемента И, входы 1-5 и 7 разрядов второго вычитающего счетчика импульсов 81, первый управляющий вход U_от третьего ключа 78 и вход второго элемента задержки 75. Вторым управляющим входом /50 кГц/ являются объединенные входы разряда "минус", 1-5 и 7 разрядов первого вычитающего счетчика 80 импульсов, вход диода, второй вход элемента И, второй управлявший вход U_з второго ключа 77, второй управляющий вход U_о первого счетчика 82 импульсов, вход первого элемента 74 задержки, сигнальные входы третьего 78 и четвертого 79 ключей. Третьим управляющим входом /50 МГц/ являются объединенные сигнальные входы первого клоча 76 и второго ключа 77. Выходами являются: первым - выход сигнала "минус" и объединенные поразрядно первый-девятый выходы первого вычитающего счетчика 80 импульсов и первого счетчика 82 импульсов, вторым - выход сигнала "минус" и объединенные поразрядно первый-девятый выходы второго вычитающего счетчика 81 и второго счетчика 83 импульсов. В блоках 72 используется тактовая частота 50 МГц:

f_т=50 Гц×2·500×2·500=50 МГц,

где: 2·500 - разрешение по координате X,

2·500/ - разрешение по координате Y.

Формирование координаты X светового объекта выполняется сканированием элементов матрицы ПЗИ по строке слева направо /фиг.14/. Сканирование верхнего полукадра начинается со II второй четверти, в которой координаты X со знаком "минус" от -500 /"1"211110100/ до 0, формирует эти координаты первый вычитающий счетчик 80 /фиг.13/, а после прохода нуля формируются координаты X в I четверти от 0 до 500 /0111110100/ первым счетчиком 82 импульсов. Координаты Y в I, II четвертях положительные формируются вторым вычитающим счетчиком 81 сканированием строк матрицы ПЗИ по вертикали сверху вниз /фиг.14/ от 500 /0111110100/ до 0. Формирование координат X в нижнем полукадре также идет сканированием строк слева направо в III и IV четвертях от -500 до 0 вычитающим счетчиком 80 импульсов, после 0 от 0 до 500 первым счетчиком 82 импульсов. Координаты -Y в III и IV четвертях формируются вторым счетчиком 83 импульсов от 0 до -500. Первый ключ 76 открывается сигналом с элемента И 73 с приходом в него двух импульсов 50 Гц и импульса первой строки кадра 50 кГц. Импульс первой строки кадра /и последующие/ поступает на входы разряда "минус" и на 1-5 и 7 разряда первого вычитающего счетчика 80 и задает в нем сигнал "минус" и код 111110100 /500/, используемый при вычитании /уменьшаемое/. Ключ 76 пропускает тактовые импульсы 50 МГц на счетный вход вычитающего счетчика 80, которые вычитаются из его кода 111110100. В момент сканирования строки передний фронт видеоимпульса от светового объекта поступает на информационный вход блока 72 /фиг.13/ и выдает сигналом U_выд сигнал "минус" из соответствующего разряда и координату X из разрядов вычитающего счетчика 80 импульсов, но не обнуляет разряды вычитающего счетчика, поэтому координаты и других объектов на этой строке также будут выдаваться.

Первый элемент 74 задержки задерживает импульс строки на 10 мкс /на половину периода строки /. Сигнал с блока 74 закрывает ключ 76, обнуляет /U_о/ вычитающий счетчик 80 и открывает второй ключ 77, через который тактовые импульсы 50 МГц поступают на счетный вход первого счетчика 82 импульсов, который сформирует коды координат X световых объектов во второй половине строки, в I четверти. В момент сканирования изображения светового объекта передний фронт видеоимпульса R /G, B/ поступает на первый управляющий вход U_выд счетчика 82 и выдает координату X, не обнуляя счетчик 82, что позволяет выдать координаты X и других световых объектов, находящихся на правой стороне этой же строки. По окончании строки импульс 50 кГц следующей строки закрывает ключ 77 и обнуляет разряды счетчика 82 для формирования с нуля координаты X в следующей строке.

Формирование координат Y от 500 до 0 и от 0 до -500.

Импульс 50 Гц передним фронтом открывает ключ 78, этот же импульс поступает на входы 1-5 и 7 разрядов второго вычитающего счетчика 81 и заносит в него код 111110100 /уменьшаемое/. Строчные импульсы 50 кГц через открытый ключ 78 поступают на счетный вход второго вычитающего счетчика 81 импульсов, которые вычитаются из кода 111110100. С приходом на информационный вход видеоимпульса он поступает на первый управляющий вход /U_выд/ вычитающего счетчика 81 и выдает код Y, но не обнуляет вычитающий счетчик 81, поэтому координаты Y других световых объектов, находящихся тоже на этой строке, будут выданы из вычитающего счетчика 81. Второй элемент 75 задержки задерживает импульс кадра 50 Гц на 10 мс /половину периода кадра/. Сигнал с блока 75 закрывает ключ 78, обнуляет вычитающий счетчик /U_o/ 81 и открывает четвертый ключ 79, через который импульсы 50 кГц поступают на счетный вход второго счетчика 83 импульсов, который, считая их, формирует координату Y световых объектов в нижнем полукадре, в III и IV четвертях. С приходом видеоимпульса R /G, В/ он поступает на первый управляющий вход /U_выд/ счетчика импульсов 83 и выдает код координаты Y, не обнуляя счетчик 83. Импульс кадра 50 Гц закрывает ключ 79 и обнуляет разряды второго счетчика 83 импульсов. С приходом следующего импульса 50 Гц и импульса строки 50 кГц на входы элемента И 73 процессы формирования координат X, Y световых объектов повторяются. Получение координат максимально возможно по 10⁶ световым объектам, находящимся одновременно в поле зрения устройства.

Присвоение порядкового номера каждому световому объекту выполняют ключ 8 и счетчик 9 видеоимпульсов /фиг.1/. Счетчик 9 имеет десять разрядов для присвоения порядковых номеров от 1 до 1023. Четвертый ключ 8 открывается импульсом 50 Гц каждого кадра с синтезатора 7 частот и пропускает в счетчик 9 видеоимпульсы с выходов диодов Д1-Д3. Выдача кода номера выполняется сигналом U_выд, которым является видеоимпульс, следующий за предыдущим. Сигналы U_выд не обнуляют счетчик 9, который обнуляется импульсом 50 Гц следующего кадра. Измерение яркости объекта выполняет АЦП 10 /фиг.1/. Сигнал с диодов Д1-Д3 поступает на вход видеоусилителя 26, усиливающий его до величины срабатывания пьезодефлектора 27, который выполняет развертку луча от светодиода 31 по плоскости входных окон линейки 34 многоэлементного фотоприемника, включающей 255 фотоприемников для кодирования яркости восьмиразрядным кодом. Световые импульсы линейкой 34 преобразуются в электрические импульсы, поступающие в счетчик 35 импульсов. Чем выше яркость светового объекта, тем больше отклонение луча в линейке 34, тем большее число импульсов поступит в счетчик 35. Щелевая диафрагма 32 и микрообъектив 33 формируют луч шириной, равной размеру входного окна фотоприемника линейки 34. Источником излучения является инфракрасный светодиод АЛ107А, работающий в непрерывном режиме [1, с.4]. Амплитуда яркости выражается кодами от 00000001 до 11111111. Измерение диаметра светового объекта выполняется ключом 12 и счетчиком 13 импульсов /фиг.1/. Тактовые импульсы 50 МГц поступают с выхода 4 синтезатора 7 частот через открытый ключ 12 на время длительности видеоимпульса в счетчик 13. Чем больше размер светового объекта, тем больше длительность видеоимпульса, тем больше значение кода, формируемого счетчиком 13. Параметры световых объектов выдаются на регистрацию /в компьютер/ с частотой 50 Гц:

с выхода 1 - порядковый номер светового объекта,

с выхода 2 - координате X_R, X_G, Х_B,

с выхода 3 - координаты Y_R, Y_G, Y_B,

с выхода 4 - код яркости объекта,

с выхода 5 - код диаметра изображения объекта.

Таблица 2
Выходы	1	2	3	4	5
Параметры объекта	номер объекта	координаты XR, XG, ХB	координаты YR, YG, YB	яркость	диаметр
Примеры кодов	0000000001 10 разр.	0111110100 10 разр.	0111110100 10 разр.	00001101 8 разр.	00001101 8 разр.

Плоскопанельный дисплей 6 предназначен для наведения оптической оси ФЭП 1 в нужный участок пространства и сопровождения светового объекта /или объектов/ по его траектории. Механическая связь центра экрана 53 дисплея осуществляется соответствующим электроприводом с оптической осью фотоэлектрического преобразователя 1, который здесь не рассматривается. Наряду с высоким разрешением и получением преобладающих цветов в световых объектах для оператора созданы условия для получения изображения объемным, способствующее его реакции по выбору световых объектов, подлежащих его вниманию и отслеживанию их перемещения.

Работа устройства.

С включением питания синтезатор 7 частот выдает синхроимпульсы частоты кадров 50 Гц, строк 50 кГц и тактовые импульсы 50 МГц. ФЭП 1 сформирует правый и левый кадры стереопар двумя матрицами ПЗИ, сигналы цветовых видеоимпульсов R, G, В с которых через предварительные усилители поступают в АЦП 3-5 и преобразуются в 8-разрядные коды с частотой дискретизации 50 МГц, поступающие на первый-третий информационные входы дисплея 6. Накопители 51 кодов кадра /фиг.4/ сосредотачивают все коды правого кадра стереопары, по окончании периода кадра сигналы единиц кодов правого кадра синхронно и параллельно выдаются в блоки 52 импульсных усилителей, где усиливаются по амплитуде и градируются длительностью в 20 мс, и поступают на входы микропьезоэлементов 70 в ячейках матриц экрана 53 /фиг.9, 10/, на экране воспроизводится цветное изображение правого кадра. Такой же процесс проходят коды левого кадра стереопары. С приходом импульса 50 Гц в ИК-передатчик 55 /фиг.4/ он излучает ИК-импульс, принимаемый ИК-приемником 57, который первым импульсом длительностью 20 мс затемняет левое стекло в 3Д-очках, оператор правым глазом видит правый кадр. В момент изображения на экране 53 левого кадра ИК-приемник сигналом со второго выхода затемняет правое стекло в 3Д-очках, оператор левым глазом видит левый кадр. Воспроизводимы на экране видеорежим 1000_строк×1000_отсч×50 Гц. Разрешение кадра 1000×1000. Видеосигналы R, G, B поступают на 1-3 информационные входы блока 2 /фиг.1/, который выдает координаты Х и Y трех цветов каждого светового объекта, находящегося в поле зрения устройства, в устройство регистрации компьютера.

АЦП 10 выполняет измерение яркости /фиг.1/ каждого светового объекта, их коды с выхода 4 выдаются в компьютер, синхронно со счетчика 12 /выход 5/ выдается код диаметра светового объекта. Каждому световому объекту дается порядковый номер, формируемый счетчиком 9 импульсов и выдаваемый с выхода 1 на регистрацию в компьютер. Порядковый номер светового объекта и его параметры синхронно поступают в компьютер для идентификации объектов и получения траекторий их движения. Предлагаемое устройство может использоваться при астрономических наблюдениях и для получения траекториях измерений световых объектов в реальном масштабе времени /в темпе лета/, в частности для измерения траекторий объектов, получаемых, например, кинотеодолитными станциями, которые региструют информацию на кинопленку.

Использованные источники

1. Патент РФ №2273048 G1, кл. G06K 9/48, бюл. №9 от 27.03.06, прототип.

2. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства PC, 5-е изд. СПб., 2004, с.558-565, 832-833.

3. И.В.Фридлянд, В.Г.Сошников. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М., 1988, с.118, 122.

Claims (1)

1. Устройство определения координат световых объектов, содержащее блок обработки сигналов, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), включающий последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов и пьезодефлектор с отражателем на торце, источник положительного опорного напряжения, источник отрицательного опорного напряжения, излучатель из светодиода, щелевой диафрагмы и микрообъектива, линейку многоэлементного фотоприемника и счетчик импульсов, выходы которого являются выходами АЦП и четвертым информационным выходом устройства определения координат световых объектов, содержащее последовательно соединенные третий ключ и счетчик тактовых импульсов, первый-восьмой выходы которого являются пятым информационным выходом устройства определения координат световых объектов, и управляющий вход которого подключен к первому входу счетчика импульсов АЦП, управляющий вход третьего ключа подключен к выходу усилителя видеоимпульсов АЦП, и содержащее последовательно соединенные четвертый ключ и счетчик видеоимпульсов, выходы которого являются первым информационных выходом устройства определения координат световых объектов, отличающееся тем, что в него введены фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), второй, третий и четвертый АЦП, плоскопанельный дисплей, 3Д-очки с ИК-приемником на их оправе и синтезатор частот и введены первый-третий диоды, выходы которых объединены, последовательно соединенные первый ключ, сигнальный вход которого подключен к третьему выходу синтезатора частот, а управляющий вход подключен к второму выходу синтезатора частот, триггер, второй и пятый ключи, управляющие входы (U_от) которых объединены и подключены к первому выходу триггера, шестой и седьмой ключи, управляющие входы (U_от) которых объединены и подключены к второму выходу триггера, сигнальные входы второго и шестого ключей объединены и подключены к первому выходу синтезатора частот, к четвертому выходу которого подключены объединенные сигнальные входы пятого и седьмого ключей, ФЭП содержит первый объектив и первую матрицу ПЗИ (прибор с зарядовой инжекцией), фоточувствительная сторона которой расположена в фокальной плоскости первого объектива; содержит второй объектив, расположенный слева на соответствующем расстоянии от первого объектива, и вторую матрицу ПЗИ, фоточувствительная сторона которой расположена в фокальной плоскости второго объектива, включает первый, второй и третий предварительные усилители, одноименные первый, второй, третий выходы первой и второй матриц ПЗИ попарно объединены и подключены соответственно к входам первого, второго и третьего предварительных усилителей, выходы которых являются первым-третьим выходами ФЭП, первый и второй входы первой матрицы ПЗИ подключены к выходам соответственно второго и пятого ключей, первый и второй входы второй матрицы ПЗИ подключены к выходам соответственно шестого и седьмого ключей, второй, третий, четвертый АЦП идентичны, каждый включает последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов и пьезодефлектор с отражателем на торце, первый источник положительного опорного напряжения, выход которого подключен параллельно к вторым входам усилителя видеоимпульсов и пьезодефлектора, второй источник отрицательного опорного напряжения, выход которого подключен параллельно к третьим входам усилителя видеоимпульсов и пьезодефлектора, излучатель из светодиода, щелевой диафрагмы и микрообъектива, последовательно соединенные линейку многоэлементного фотоприемника и шифратор, первый-восьмой выходы которого являются выходами АЦП, входные окна линейки многоэлементного фотоприемника через отражатель пьезодефлектора оптически соединены с излучателем, информационные входы второго, третьего, четвертого АЦП подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего предварительных усилителей и к входам соответственно первого, второго и третьего диодов, выходы которых объединены, управляющие входы второго-четвертого АЦП объединены и подключены к четвертому выходу синтезатора частот, плоскопанельный дисплей содержит три идентичных канала цветовых сигналов R, G, В, экран, триггер и ИК-передатчик, расположенный на верхней части экрана, каждый канал включает последовательно соединенные накопитель кодов кадра и блок импульсных усилителей, выходы которого подключены к соответствующим входам экрана, первым-третьим информационными входами плоскопанельного дисплея являются первый-восьмой входы каждого канала цветового сигнала, подключенные соответственно к выходам второго, третьего, четвертого АЦП, управляющими входами являются: первым - объединенные первые управляющие входы (50 Гц) трех накопителей кодов кадра, вторым - объединенные вторые управляющие входы (50 кГц) накопителей кодов кадра, третьим - объединенные третьи управляющие входы (50 МГц) накопителей кодов кадра, вход триггера подключен к первому управляющему входу (50 Гц), второй выход которого подключен к входу ИК-передатчика, управляющие первый-третий входы плоскопанельного дисплея подключены соответственно к третьему, первому и четвертому выходам синтезатора частот, накопители кодов кадра идентичны, каждый содержит блоки регистров по числу строк в кадре (1000), информационным входом накопителя кодов кадра являются поразрядно объединенные первый-восьмой входы всех блоков регистров, выходами являются параллельные выходы всех блоков регистров, управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход (50 Гц) первого блока регистров, вторым - объединенные вторые управляющие входы (50 кГц) всех блоков регистров, третьим - объединенные третьи управляющие входы (50 МГц) всех блоков регистров, каждый управляющий выход предыдущего блока регистров является первым управляющим входом каждого последующего блока регистров, управляющий выход последнего (1000) блока регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков регистров, блоки регистров идентичны, каждый включает первый и второй ключи, распределитель импульсов и восемь регистров, каждый из тысячи разрядов, информационным входом блока регистров являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров, выходами блока регистров являются параллельные выходы всех разрядов восьми регистров (1000×8), управляющими входами блока регистров являются: первым - первый управляющий вход (U_от) первого ключа, вторым - сигнальный вход второго ключа, третьим - сигнальный вход первого ключа, четвертым - первый управляющий вход (U_от) второго ключа, подключенный к управляющему выходу последнего (1000) блока регистров, выход первого ключа подключен к входу распределителя импульсов, выходы которого последовательно с первого по 1000-й подключены к первым (тактовым) входам разрядов параллельно восьми регистров, последний выход (1000) подключен к второму управляющему входу (U_з) первого ключа и является управляющим выходом блока регистров в следующий блок регистров, выход второго ключа подключен параллельно к вторым управляющим входам разрядов восьми регистров и к второму управляющему входу (U_з) своего ключа, первый-третий блоки импульсных усилителей идентичны, каждый включает импульсные усилители по числу разрешения кадра и по числу разрядов в коде (1000×1000×8), выходы блоков импульсных усилителей подключены к соответствующим входам экрана, экран плоскопанельного дисплея содержит элементы матриц по числу разрешения кадра (1000×1000), каждый элемент матрицы из трех ячеек включает светодиод белого излучения и три ячейки, объединенные в непрозрачном корпусе соответствующей формы, первая ячейка излучает красный цвет R, вторая ячейка излучает зеленый цвет G, третья ячейка излучает синий цвет В, ячейки идентичны, каждая включает микролинзу, расположенную против светодиода элемента матрицы, с первого по восьмой нейтральные микросветофильтры, каждый с соответствующим коэффициентом поглощения излучения, расположенные друг за другом по оси микролинзы и в последовательности уменьшения коэффицентов поглощения, включает с первого по восьмой микропьезоэлементы и цветной светофильтр соответствующего цвета (R, G, В), первые торцы микропьезоэлементов закреплены в стенке корпуса элемента матрицы, вторые свободные торцы соответствующим образом соединены с нейтральными микросветофильтрами, цветной светофильтр расположен в выходном отверстии корпуса элемента матрицы, каждый микропьезоэлемент имеет два управляющих входа, подключенные к выходам соответствующих импульсных усилителей в соответствующем блоке импульсных усилителей, блок обработки сигналов выполнен из трех формирователей координат X, Y, первым-третьим информационными входами блока обработки сигналов являются информационные входы первого-третьего формирователей координат X, Y, которые подключены к выходам соответственно первого-третьего предварительных усилителей в ФЭП, выходами блока обработки сигналов являются выходы формирователей координат X, Y, которые являются вторым и третьим информационными выходами устройства определения координат световых объектов, первым-третьим управляющими входами блока обработки сигналов являются объединенные одноименные первые-третьи управляющие входы формирователей координат X, Y, подключенные соответственно к третьему, первому и четвертому выходам синтезатора частот, формирователи координат X, Y идентичны, каждый включает элемент И, первый и второй элементы задержки, диод, с первого по четвертый ключи, первый и второй вычитающие счетчики импульсов, первый и второй счетчики импульсов, информационным входом являются объединенные первые управляющие входы (U_выд) первого и второго вычитающих счетчиков импульсов и первого и второго счетчиков импульсов, первым выходом являются выход сигнала "минус" с первого вычитающего счетчика импульсов и поразрядно объединенные выходы первого-девятого разрядов первого вычитающего счетчика импульсов и первого счетчика импульсов (координаты X), вторым выходом являются выход сигнала "минус" со второго счетчика импульсов и поразрядно объединенные выходы первого-девятого разрядов второго вычитающего счетчика импульсов и второго счетчика импульсов (координаты Y), управляющими входами являются: первым (50 Гц) - объединенные первый вход элемента И, первый управляющий вход (U_от) третьего ключа, входы 1-5 и 7 разрядов второго вычитающего счетчика импульсов, вход второго элемента задержки, второй управляющий вход (U_з) четвертого ключа и второй управляющий вход (U_o) второго счетчика импульсов, вторым (50 кГц) - объединенные входы разряда "минус", первого-пятого и седьмого разрядов первого вычитающего счетчика импульсов, вход диода, второй вход элемента И, второй управляющий вход (U_з) второго ключа, второй управляющий вход (U_o) первого счетчика импульсов, вход первого элемента задержки, сигнальный вход третьего ключа и сигнальный вход четвертого ключа, третьим (50 МГц) - объединенные сигнальные входы первого и второго ключей, выход элемента И и выход диода объединены и подключены к первому управляющему входу (U_от) первого ключа, выход которого подключен к счетному входу первого вычитающего счетчика импульсов, выход первого элемента задержки подключен параллельно к первому управляющему входу (U_oт) второго ключа, к второму управляющему входу (U_з) первого ключа и к второму управляющему входу (U_o) первого вычитающего счетчика импульсов, выход второго ключа подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход третьего ключа подключен к счетному входу второго вычитающего счетчика импульсов, выход второго элемента задержки подключен к первому управляющему входу (U_от) четвертого ключа, к второму управляющему входу (U_з) третьего ключа и к второму управляющему входу (U_o) второго вычитающего счетчика импульсов, выход четвертого ключа подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, сигнальный вход третьего ключа устройства определения координат световых объектов подключен к четвертому выходу (50 МГц) синтезатора частот, объединенные сигнальный вход четвертого ключа и управляющий вход (U_выд) счетчика видеоимпульсов подключены к выходам первого-третьего диодов, к выходам которых подключен и вход усилителя видеоимпульсов первого АЦП, первый управляющий вход (U_от) четвертого ключа и управляющий вход (U_o) счетчика видеоимпульсов объединены и подключены к третьему выходу (50 Гц) синтезатора частот.

Images