SU1072289A1 - Способ формировани и воспроизведени телевизионного сигнала изображени пространственно расположенных объектов и устройство дл его реализации - Google Patents

Abstract

1. Способ формировани  и оспроизведени  телевизионного (ТВ)- сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, ойнованный на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображени , их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении ТВ сигнала изображени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, перед воспроизведением ТВ сигнала изображени  сигнал параллакса кодируют в условных цветах, модулируют по амплитуде одним из ТВ сигналов стереопары изображени  и воспроизвод т на экране синхронно с разверткой.

Description

2. Устройство .дл  формировани  и воспроизведени  телевизионного сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, содержащее две передающие ТВ камеры, выходы которых через блок совпадени  соединены с первым входом преобразовател  длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управлени ,второй и третий выходы которого соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, цветной видеоконгрольный блок, вход управлени  которого соединен с четвертым выходом блока управлени , отличающеес  тем, что, с целью повыщени  точности воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, в него введены последовательно соединенные блок пам ти, вход записи которого подключен к п тому выходу блока управлени , цифроаналоговый преобразователь и блок цветового кодировани , три выхода которого соединены с первыми входами введенных трех перемножителей, выходы которых соединены с соответствующими входами цветного видеоконтрольного блока, а вторые входы трех перемножитеЛей соединены с выходом одной из передающих ТВ камер.

1

Изобретение относитс  к прикладному телевидению, в частности к визуальному контролю за пространственным расположением предметов, и может быть использовано , например, при контроле и управлении работой робота-манипул тора.

Известен способ формировани  и воспроизведени  телевизионного сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, основанный на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображени  и их раздельном воспроизведении дл  левого и правого глаза соответственно 1.

Известно устройство дл  формировани  и воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, содержащее две передающие ТВ камеры, выходы которых соединены с двум  входами стереотелевизионного видеоконтрольного блока (ВКБ),перед экраном которого расположен блок сепарации стереопар 1.

Однако данные технические рещени  не обеспечивают достаточно точного визуального определени  взаимного расположени  предметов по дальности (метрически неточны ). При этом дл  сепарации стереопар требуетс  либо сложное оптическое устройство , либо специальные очки. Применение очковых средств сепарации стереопар ухудщает четкость и контрастность изображени  при контроле за слабо освещенной сценой, например, при подводной работе, так как ухудшаетс  различимость предметов на фоне.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ формировани  и воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов , основанный на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображени , их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении ТВ сигнала изображени  2.

Устройство дл  формировани  и воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, содержащее две передающие ТВ камеры,

выходы которых через блок совпадени  соединены с первым входом преобразовател  длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управлени , второй и третий выходы которого

соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, выходы которых соединены с входами цветного стереотелевизионного ВКБ, вход управлени  которого соединен с четвертым выходом блока управлени , при этом перед экраном цветного

стереотелевизионного ВКБ размещен анаглифический блок сепарации стереопар 2. Недостатками известных технических решений  вл етс  сокращение глубины зоны наблюдени  без двоени  изображени , уве-/ личение утомл емости оператора и так называема  борьба цветов, когда стереоизображение воспринимаетс , например, то как красное, то как синее. Все это ведет к низкой эффективности работы оператора при контроле и измерении пространственного

расположени  объектов.

Цель изобретени  - повыщение точности воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

согласно способу формировани  и воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, основанном на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображени , их преобразовании Б сигнал параллакса и воспроизведение

ТВ сигнала изображени , перед воспроизведением ТВ сигнала изображени  сигнал параллакса кодируют в условных цветах, модулируют-по амплитуде одним из ТВ сигналов стереопары изображени  и воспроизвод т на экране синхронно с разверткой.

В устройстве дл  формировани  и воспроизведени  ТВ сигнала изображени  пространственно расположенных объектов, содержащем две передающие ТВ камеры, выходы которых через блок совпадени  соединены с первым входом преобразовател  длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управлени , второй и третий выходы которого соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, цветной ВКБ, вход управлени  которого соединен с четвертым выходом блока управлени , введены последовательно соединенные блок пам ти, вход записи которого подключен к п тому выходу блока управлени , цифроаналоговый преобразователь и блок цветового кодировани , три выхода которого соединены с первыми входами введенных трех перемножителей , выходы которых соединены с соответствующими входами цветного ВКБ, а вторые входы трех перемножиг лей соединены с выходом одной из переДчЮйхих ТВ камер.

Согласно предлагаемому способу вместо черно-белого стереоизображени  формируют моноскопическое изображение в условных цветах на экране цветного ВКБ. Цветность соответствует величине параллакса. Изменение цветового тока изображени  объекта вызвано его приближением или отдалением , а совпадение цветовых тонов двух поверхностей свидетельствует о нахождении их на одной плоскости пространства, перпендикул рной оптической оси наблюдени .

Таким образом, из двух ТВ сигналов, формируемых пространственно разнесенными телекамерами, путем фазового сравнени  участков ТВ сигналов, соответствующих идентичным элементам изображени , получают третий видеосигнал, который вследствие синхронизации развертки обеих камер оказываетс  пропорциональным величине линейного параллакса каждой точки изображени  пространственно расположенных объектов. Сигнал параллакса подвергают цветовому кодированию в условных цветах , тем самым величина линейного параллакса каждой точки сцены соответствует определенному цветовому тону.

Дл  формировани  ТВ изображени  (модул ции  ркости) на экране используют ТВ сигнал только одной передающей ТВ камеры. Синхронно с разверткой изобра ени  на экране воспроизвод т также кодированный цветом сигнал параллакса. В результате выполнени  всех указанных операций на экране формируетс  цветное изображение , причем цветова  окраска каждого элемента этого изображени  зависит от пространственного расположени  (по.

глубине) соответствующей этому элементу точки сцены.

Такое изображение может быть названо квазиобъемным, поскольку оно отображает глубину пространства, хот  и закоди5 рованную в цвете. Подобное изображение может восприниматьс  наблюдателем непосредственно , без использовани  каких бы то ни было специальных оптических средств, например, очков.

0 На фиг. 1 изображена структурна  электрическа  схема устройства дл  формировани  и воспроизведени  ТВ сигнала изображени  . пространственно расположенных объектов; на фиг. 2 - изображение разнесенных в пространстве призмы и цилиндра;

5 иа фиг. 3 - эпюры напр жений, по сн ющие работу устройства; на фиг. 4 - амплитудна  характеристика блока цветового кодировани ; на фиг. 5 - квазиобъемное изображение на экране ВКБ предметов, приведенных на фиг. 2.

Предлагаемое устройство содержит (фиг. 1) две передающие ТВ камеры I, блок 2 управлени , блок 3 совпадени ,преобразователь 4 длительности в код, блок 5 пам ти , цифроаналоговъш преобразователь

5 (ЦАП) 6, блок 7 цветового кодировани , три перемножител  8 и цветной ВКБ 9.

Устройство работает следующим образом .

Передающие ТВ камеры 1 формируют два ТВ сигнала, соответствующих двум изо0 бражени м контролируемой сцены (фиг. За и (5). Дл  сравнени  ТВ сигналов по фазе синхроимпульсы строчной развертки правой передающей ТВ камеры задерживают на величину f, задаваемую блоком 2. Пределы изменени  значени  Г завис т от величины

глубины контролируемого пространства и измен ютс  с каждым кадровым импульсом . Количество значений f соответствует величине выбранной дискретности в определении дальности и ограничено количеством

0 воспроизводимых цветов на экране ВКБ 9. Оптимальное количество воспроизводимых цветов равно 64 и ему соответствует количество значений Г, например щесть (фиг Зв). Как видно из сравнени  графиков ТВ сигналов левой и п-равой передающих ТВ

камер (фиг.З а и при прохождении осей сканировани  через один из исследуемых объектов амплитуды обоих ТВ сигналов одинаковы. Однако врем  по влени  и исчезновени  ТВ сигналов совпадает лищь дл 

Q объекта,наход щегос  на плоскости Р, удаленной от передающих ТВ камер на рассто ние , соответствующее заданной задержке t.

Использу  эти свойства оба ТВ сигнала сравниваютс  в блоке 3 совпадений, ко5 торый формирует выходной сигнал только при совпадении ТВ сигналов по амплитуде, фронту и длительности (фиг. 3 г). По вление импульса в сигнале при величинах задержки соответствует прохождению верхнего основани  призмы через плоскости Р2-Р5 (фиг. 2), точки пересечени  образуют линейные параллаксы, пропорциональные указанным величинам задержки.

Величины задержки поступают с блока 2 в виде импульсов соответствующей длительности на преобразователь 4 длительности в код и преобразуютс  в цифровой двоичный код. Импульсы с блока 3 поступают на преобразователь 4, разреша  передачу кода величины параллакса в блок 5 пам ти матричного типа, куда код записываетс  по адресам, сформированным блоком 2 соответственно с разверткой левой передающей ТВ камеры 1. Таким образом, запись кода параллакса производитс  по координатам блока 5, соответствующим координатам нахождени  точки изображени  с этим параллаксом на мишени видикона левой передающей ТВ камеры 1. Обновление всей информации блока 5 производитс , за число кадров, равное числу значений Т.

Считывание всей информации из блока 5 пам ти осуществл етс  на один кадр синфазно с разверткой левой передающей ТВ камеры 1.

Считанна  информаци  поступает на ЦАП 6,на выходе которого по вл етс  аналоговый сигнал, мгновенное значение которого соответствует величине линейного параллакса точки изображени , по которой в этот момент сканирует лун в видиконе левой передающей ТВ камеры 1 (фиг. 3 д) Этот сигнал поступает на блок 7 цветового кодировани , где преобразовываетс  в соотношение трех сигналов /С, 3 и С. Изменению сигнала от минимального до максимального значени  на входе блока 7 цветового кодировани  соответствует изменение цвета на ТВ экране цветного ВКВ 9 от синего до красного через голубой, зеленый желтый (фиг. 4).

Цилиндр расположен ближе всего к передающим ТВ камерам 1 и его параллакс, определ ющий напр жение Ц(фиг. 3 д), поступает в блок 7 цветового кодировани , на выходе которого по шинам К. к 3 (фиг.Зе) по вл ютс  сигналы, окрашива  ТВ экран в цвет (при максимальном параллаксе экран окрасилс  бы в красный цвет), аналогично и дл  других частей призмы. Ближн   к наблюдателю грань призмы, наход ща с  чуть дальше цилиндра, окрашиваетс  в зеленый цвет: напр жение U формирует сигнал на шине 3 блока 7 цветового кодировани . Видимое верхнее основание призмы окрашиваетс  в цвета от зеленого до синего. Таким образом, происходит преобразование величины линейных параллаксов в цвет.

Сигналы К, 3 и С поступают на перемножители 8, на вторые входы которых поступает ТВ сигнал от левой передающей ТВ камеры 1. В сигналах с выходрв перемножителей 8 содержитс  информаци  о  ркостных характеристиках элементов изображени  (фиг. 3 ж).

Развертка цветного ВКБ 9 синхронизирована сигналами с блока 2 и синхронна с разверткой луча левой передающей ТВ камеры 1, по сигналам которой,поступающим с перемножителей 8, формирует на ТВ экране квазиобъемное изображение сцены,  ркость и цветность каждого элемента которого определ етс  соответствующими амплитудой левого видеосигнала и цветовым кодом линейного параллакса (фиг. 5).

В известных способах удаленность объектов определ етс  человеком-оператором по предъ вл емому ему стереотелевизионному изображению пространства на основе механизмов бинокул рного зрени  человека . При этом разрешающа  способ0 ность по глубине хуже, чем порог стереоскопического глубинного зрени  невооруженного глаза равного 30 , который также зависит от  ркости наблюдаемых объектов. Это значит, что при рассматривании двух точек, удаленных примерно на 45 см и от5 сто щих друг от друга во фронтальной плоскости на 6 мм наблюдатель может оценивать их относительную глубину с точностью до 1,5 мм, что составл ет 25°/о измер емой величины. Классификационные возможности наблюдател  по глубине воспринимаемого пространства - 3 уровн .

Человек-оператор определ ет удаленность по цветовому изображению объекта, следовательно, разрешающа  способность по глубине увеличиваетс  за счет автоматического раскрашивани  деталей изображени  в условные цвета. Поскольку на экране цветного ВКБ мо«ино получить 256 цветов, а следовательно, и порогов по глубине, то точность составл ет 0,5% от измер емой

0 величины. Классификационные возможности человека при этом способе составл ют 28 уровней.

На точность различни  глубины вли ет врем  экспозиции. Порог стереоскопической глубины невелик и посто нен при времени

5 воспри ти  3 с, с уменьшением времени экспозиции порог увеличиваетс . Воспри тие цвета также зависит от времени экспозиции . Дл  правильного воспри ти  цвета оно должно быть не менее времени средней длительности фиксации взгл да, которое составл ет дл  отметок на экранах 0,37 с.,,

Таким образом, в результате уменьшени  временивоспри ти  глубины пространства закодированного цветом повышаетс 

а производительность труда оператора, а также снижаетс  его утомл емость.

Предъ вление изображени  сцены в предлагаемом устройстве происходит одновременно дл  всех планов рельефа. Оператору, воспринима  изображение, реализованное при помощи предлагаемого устройства, не приходитс  держать в зрительной пам ти (она ограничена) планы предъ вленных рельефов . Кроме того оператор имеет возможность воспринимать реальное изображение сцены одновременно с изображением планов , что невозможно в известном устройстве. Реальное изображение отображаетс  на экране цветного ВКБ.за счет перепадов  ркости цветного изображени .

Представление планов рельефа в цветном изображении позвол ет увеличить их количество , так как разрешающа  способность глаза в цвете выще, чем при воспри тии черно-белого изображени . Все это в конечном счете приводит к по влению возможности повышени  сложности решаемых задач . .

аг.2 л/Y т2 n cTfot u

фиг.З ln-H,

и ёых. Н

U6blJ(.&

tJSJ.

0,5 и 6х. макс Фиг Л

Claims (2)

1. Способ формирования и воспроизведения телевизионного (ТВ)- сигнала изображения пространственно расположенных объектов, обнованный на формировании двух ТВ сигналов стереопар изображения, их преобразовании в сигнал параллакса и воспроизведении ТВ сигнала изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, перед воспроизведением ТВ сигнала изображения сигнал параллакса кодируют в условных цветах, модулируют по амплитуде одним из ТВ сигналов стереопары изображения и воспроизводят на экране синхронно с разверткой.

2. Устройство для формирования и воспроизведения телевизионного сигнала изображения пространственно расположенных объектов, содержащее две передающие ТВ камеры, выходы которых через блок совпадения соединены с первым входом преобразователя длительности в код, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления,второй и третий выходы которого соответственно соединены с входами обеих передающих ТВ камер, цветной видеоконгрольный блок, вход управления которого соединен с четвертым выходом блока управления, отличающееся тем, что, с целью по вышения точности воспроизведения ТВ сигнала изображения пространственно расположенных объектов, в него введены последовательно соединенные блок памяти, вход записи которого подключен к пятому выходу блока управления, цифроаналоговый преобразователь и блок цветового кодирования, три выхода которого соединены с первыми входами введенных трех перемножителей, выходы которых соединены с соответствующими входами цветного видеоконтрольного блока, а вторые входы трех перем ножитеЛей соединены с выходом одной из передающих ТВ камер.