SU1699013A1 - Телевизионное след щее устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к телевизионной технике и может быть использовано в системах определени  координат подвижных объектов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности слежени . Телевизионное след щее устройство содержит синхрогенес п р 1, телевизионный датчик 2, аналого-цифровой поеобразователь (АЦП) 3, два кзнопа слежени  по коордмнатом X и Y4w5 злемелг И 6, блок установки кодов 7, а каждый канал слеженк  содержит цифровой дискриминатор 8, г.ервый блок вычитани  9, цифровой фильтр 10, формирователь строба 11, регистр 12, первый сумматор 13, блок квантовани  14, второй блок вычитани  15, депитель нэ два 16 и второй сумматор 17. Кроме того устройство содержит формирователь импульсоз управлений 18. Предложенный принцип построени  кз- налов слежени  существенно уменьшает амплитуду паразитных автоколебаний, что эквивалентно повышению точности слежени . 9 ил.

Description

О Ч)

ю о

(риг. 1

Изобретение относитс  к телевизионной технике и может быть использовано в системах определени  координат подвижных объектов.

Цель изобретени  - повышение точности слежени .

На фиг. 1 приведена структурна  схема телевизионного след щего устройства; на фиг. 2-7-схемы блоков, вход щих в устройство; на фиг. 8 и 9 - телевизионный растр и математическа  модель устройства.

Телевизионное след щее устройство содержит синхрогенератор 1, телевизионный датчик 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, два канала 4 и 5 слежени  по координатам X и Y, элемент И 6 и блок 7 установки кодов. Каждый из каналов 4 и 6 слежени  по координатам X и Y построен по идентичной схеме и включает в себ  цифровой дискриминатор 8, первый блок 9 вычитани , цифровой фильтр 10, формирователь 11 строба, регистр 12, первый сумматор 13, блок 14 квантовани , второй блок 15 вычитани , делитель 16 на два и второй сумматор 17. Кроме того, устройство содержит формирователь 18 импульсов управлени .

Цифровой дискриминатор 8 состоит из элемента И 19, блока 20 задержки, счетчик 21, умножитель 22, первый 23, второй 24 и -третий 25 сумматоры первый 26 и второй 27 регистры два делител  28 и 29 на два,вычи- татель 30 и третий регистр 31.

Сигналы рассогласовани  АХ и A Y между центром строба и центром т жести сигнала от объекта слежени  iм N

I 2 JBd.j)

I 1 J - 1

АХ -

NjM о

2 i

-1} 1 М N

2 2

AY -

м

2

B(l.j)

где B(i, j) - оцифрованный массив сигнала от объекта в стробе;

, ,,., М - номер строки в строба;

- номер элемента в стробе;

М - размер строба по кадру;

N - размер строба по строке

Ненормированный сигнал рассогласовани  накапливаетс  в рециркул торе, образованном первым сумматором 23 и

первым регистром 26 из линейно взвешенных отсчетов видеосигнала в.стробе. Сумма отсчетов сигнала в стробе, необходима  дл  нормировани  сигнала рассогласовани . накапливаетс  в рециркул торе, образованном вторым сумматором 24 и вторым регистром 27. В исходном состо нии регистры 26 и 27 обнулены импульсом с блока 20 задержки. В текущем кадре с по влением 0 строба логический элемент И 19 открываетс , и в рецмркул торах начинаетс  накопление сигналов с тактовой частотой, причем в умножителе 22 происходит умножение от- ,в видеосигнала на линейную функцию вдоль строки. По окончании строба нормированный с помощью делител  20 сигнал рассс  ласозэни  центрируетс  на блоке вы- чигак   30 и записываетс  в третий регистр 31 по импульсу Н с блока 18. Далее импульс 0 с блока 20 задержки приводит дискриминатор з исходное состо ние, Линейна  весова  функци  по строке формируетс  на выходах счетчика 21, на счетный вход которого подаютс  тактовые импульсы (ТИ) в 5 суммарном стробе с выхода логического элемента И 19, а на входе сброса в ноль - строчные синхроимпульсы (ССИ). При этом выходной код счетчика 21 в суммарном стробе линейно нарастает в каждой строке 0 от 1 до N, затем число N фиксируетс  до прихода ССИ, по которому происходит обнуление счетчика, С помощью третьего сумматора 25 и делител  29 на два формируетс  центрирующий код дл  блока 30 вычитани , 5 равный в строчном канале (N+1J/2 в соответствии с выражением дл  вычислени  сигналов рассогласовани .

Цифровой фильтр {блоки 10) выполн ет функции накоплени  сигналов рассогласо- 0 вани  и запоминани  начальных координат строба по строке и кадру соответственно.

Цифровой Фильтр 10 содержит один цифровой интегратор, состо щий из сумматора 32 и регистра 33, который имет возмож- 5 ность предустановки в нем необходимого- кода числа по R- и S-входам, Запись информации в регистр 33 по входу С производитс  импульсом 2 с выхода блока 18.

Формирователи (блоки 11) строба X(Y) 0 по строке v кадру построены идентично. На сумматоре 35 по коду целой части координаты Начало строба формируетс  код, соответствующий координате Конец стро- Оа . На вторые входы первого 36 и второго 5 37 компараторов подаетс  последовательность линейно нарастающих кодов го 34 по строке либо кадру. Им- .ivibc Начапо строба подаетс  на S-вход триггера 38 а Конец строба на R-вход это- го три гера Таким образом, на выходе формировател  строба 11 получают строчный либо кадровый стробы.

На фиг. 5 приведена схема синхрогене- ратора 1. Импульсы с задающего генератора 39 подаютс  на делитель 40, который формирует строчную частоту. С выхода делител  40 импульсы подаютс  на делитель 41, который формирует кадровую частоту. С помощью формирователей 42-44 формируютс  последовательности ТИ, ССИ, КСИ соответственно .

Формирователь 18 импульсов управлени , вырабатывает oi заднего фронта кадрового строба (Y) три задержанных импульса (It, 1а, 1з), с помсщью которых производитс  управление записью в регистры блоков 8, 10 и 12. Формирователь 18 содержит последовательно включенные логический элемент НЕ 45, дифференцирующую цепь 46 и блок 47 элементов задержки.

Блок 7 установки кодов содержит набор переключателей 48 с возможностью однократной записи начальных координат строба в блоки 10 и набор переключателей 49 дл  установки размера строба по строке и кадру в блоках 11 р 16.

На фиг. 8 схематично показаны телевизионный растр, выходные сигналы формирователей строба 11 по координате X и Y и объект, за которым производитс  слежение. Устройство выполн ет функцию слежени  за подвижным объектом излучени  по видеосигналу от него, который поступает с телевизионного датчика 7. Кроме того, на фиг. 8 изображено пространственное расположение на телевизионном растре импульсов синхрогенератора 1 и формировател  18 импульсов управлени . На фиг. 9 приведена схема алгоритма работы (математическа  модель) телевизионного след щего устройства .

Устройство работает следующим образом .

В результате учета особенностей цифрового представлени  информации в устройстве существенно уменьшаютс  ошибки измерени  координат подвижных объектов в цифровых след щих устройствах. Телевизионный датчик 2 преобразует световое поле в электрический сигнал в заданном стандарте разложени , а аналого-цифровой преобразователь 3 преобразует его в последовательность цифровых кодов в темпе телевизионной развертки и может управл тьс  ТИ. Элемент И б формирует стробирующий импульс по строке и кадру, который выдел ет информацию об объекте слежени . Блок 7 установки кодов выполн ет функции записи начальных координат строба в цифровые фильтры 10 (ХСо и Yco) и

размеров строба по строке и кадру (RCx и Rcy). Формирователь 18 импульсов управлени  обеспечивает синхронизацию вычислений в блоках 8, 10 и 12.

5При цифровой реализации сигналы

представлены в виде кодов опредеченной разр дности. Разр дность выходных сигналов цифрового дискриминатора 8 равна А, цифрового фильтра 10 равна В, счетчика 34

Ю и цифровых компараторов 36 и 37 равна С. Количес-00 разр дов 34 и цифровых кооператоров 36 и 07 опоедел этс  стан ортом разложени  исходно о ь еобра- жени. Причем г, канале 4 гг гжен«  го X

15 «ель1, icrec оззрйдоэ С ормен чрозсчно равно целой части or Iog2 fri/i/fco а в канале спежени  по Y(5) целой части ог величг ы log Тсги/тУси, где тти - 4JGjTOia тактоеь х импульсов, fcci/i чаи готе строчных ciiHxpo0 импульсов; ткси - частота  ачровых синхроимпульсов Таким образом, разр дное ь С в подобных устройствах задала априорно, а разр дноеFM А и В следует выбирать из условие обеспечени  минимума ошибки оо5 провождени  траектории объекта.

Дл  построени  прецизионных измери телей оординат объекта с го-ностьюв дочи элемен га разложени  изображени  необходимо чо5ы выполн лось условие В С,

0 т.е. выходна  координата должна быть

представлена большим числом разр дов,

чем число элементов разложени  построке,

либо по кадру Это обсто тетьство наклады вает fpe6oB3Hwe и на число достоверных

5 разр дов от цифрово о дискриминатора 8, так как А опреде1 ет точность первичного вычислени  рассогласований центров объекта и строба по строке и кадру

В данном устройстве ошибки мзмере0 ни  устран ютс  за счет введени  в каналы слежени  по X и Y контура вычислени  координат, состо щего из регистра 12 первого сумматора 13, блока 14 квантовани , второго блока 15 вычитани , делител  16 на

5 два и второго 17 сумматора, при этом на вход регистра 12 поступают выходные коор динаты с цифрового фильтра 10. Причем цела  часть координаты с выхода блока 14 квантовани  поступает на входы формиро0 вател  11 строба и второго блока 15 вычитани , а дробна  часть координаты с выхода второго блока 15 вычитани  вводитс  в контур слежени  через первый блок 9 вычитани . KOKV.P вычислени  координат

5 выполн ет магматическую операцию Е{-} вз ти  целой части числа от поступающего на его вход, а также выполн ет математическую операцию е{ } определени  дробной части от числа, поступающего на его вход.

Такие операции выполн ютс  с помощью усечени  либо округлени  чисел и выделени  остатка от числа. В простейшем случае цела  часть координаты определ етс  выделением старших разр дов цифрового хода с регистра 12, количество которых равно С - разр дности счетчика 34. Дробна  часть ко- Ординаты в этом случае определ етс  выделением младших разр дов цифрового кода с регистра 12, Е оторыа не вошли в код целой части координаты и принципиально не могут изменить положение стробирующчх импульсов по строке и кадру. При гаком построении каналов слежени  паразитные автоколебани  в чих срываютс , а точность M3wepeHMq координат в основном зависит 0г точностных возможностей цифрового ди- ({криммнатора 8. В данном устройстве устранено противоречие между значени ми феличмн разр дностей А, В, С и улучшен фдин из основных параметров устройства - {очность определени  координат обьекта. то стало возможно за счет устранени  автоколебаний в канале следующим образом. Сигнал рассогласовани  центров Строба и объекта с цифрового дискриминатора 8 в пределах элемента разложени  в известных случа х неконтролируемо обрабатываетс  (накапливалс ) в цифровом фильтре, который работает по линейному алгоритму, что приводит к периодическому переходу с одной на другую позицию стро- ёирующегс импульса с формировател  Утроба даже при неподвижном объекте. При Введении нелинейной отрицательной обратной св зи по дробной части координаты в каналах 4 и 5 слежени  через блок 9 к Контур вычислени  координаты происходит Срыв автоколебаний и повышаетс  точность (слежени  за объектами. Предлагаемое построение цифрового телевизионного след щего устройства реализует точность слежени  за объектами в доли элемента разложени .

Стробирующий импульс по строке в предлагаемом устройстве начинаетс , например , с 100-го элемента и заканчиваетс  115-м элементом, т.е. центр стробирующего импульса по строке находитс  в 108-м элементе разложени , Пусти объект, координаты которого определ ет устройство, неподвижен и его центр т жести сдвинут относительно центра 108-го элемента на 0,2 элемента разложени . В этом случае цифровой дискриминатор 8 выдает рассогласование центров объекта и строба, равное 0,2 элемента.

В данных услови х устройство работает следующим образом.

Сигнал рассогласовани  с цифрового дискриминатора 8 равне 0,2 элемента разложени , но в канал 4 слежени  по X дополнительно введен первый блок 9 вычитани ,

на суммирующий вход которого поступает это рассогласование, причем исход  из прин тых условий дробна  часть равна нулю, поэтому в первом кадре выходной сигнал цифрового дискриминатора 8 проходит на

0 вход цифрового фильтра 10 без изменени , т.е. равный 0,2 В следующем кзд- ре строчный строй также начинаетс  с 100- го элемента разлохенм , но с контура зачислени  координат выделенна  дробна 

5 часть координаты (0.2 элемента разложени ) поступает на оычитающий вход первого блока 9 вычитани . На цифровой фильтр 10 в текущее и последующих кадрах поступает нулевой код. Таким образом, автоколебани 

0 в след щем канале устран ютс  и с выхода контура вычислени  координат (выход второго сумматора 17} дл  потребител  снимаетс  координата.объекта с высокой точностью. Сказанное справедливо дл  обо5 их каналов слежени  (по X и Y), дл  различных траекторий движени  объекта при наличии шумов и помех.

Дл  описанного случа  в выходной координате наблюдаютс  незатухающие коле0 бани  с а -тлитудой, равной одному элементу разложени  по строке и кадру соответственно . Это объ сн етс  тем, что в пределах одного элемента разложени  след щие каналы обычно разомкнуты и проис5 ходит неконтролируемое изменение выходных результатов цифровых фильтров. Это обсто тельство приводит к тому, что точность измерени  координат объекта в таких устройствах принципиально не может

0 составл ть меньше одного элемента разложени , что не удовлетвор ет в большинстве практических случаев.

Дл  обеспечени  работоспособности каналов слежени  по X и Y поинципиальным

5 условием  вл етс  последовательна  и синхронна  работа его блоков Р, 10, и 12. что обеспечиваетс  формирователем 18 им- пупьсов управлени , который по входному сигналу (кадровому стробу с выхода форми0 ровател  строба 11 канала 5 слежени  по Y) выдел ет задний фронт и задерживает его на блоке элементов задержки с отводами 47, Причем импульс с меньшей задержкой Н управл ет записью результата з блоке 8, со

5 средней задержкой :-2 управл ет записью результата в блоке 10, а с большей задержкой з управл ет записью результата в ре- исто 12 каждого из каналов слежени . Коды координат объекта снимаютс  с выходов блоков 17 каналов слежени  по X и Y.

На математической модели предлагаемого устройства по фиг. 9 отражены допол- нительные операции, выполн емые в след щем контуре, т.е. использование дробной части результата цифрового фильтра &{} и операции вычитани  дробной части выходного результата цибрового фильтра из выходного сигнала дискриминатора показывает возможность уменьшени  паразитных автгколебачи1/ выходных координат, 8 данном случае выполн етс  замыканиа след - шего конура не олько («о целой, с и по дробной част ми вь ходгюго результата филь- гра. Если в известных случа х среднеквадратичное значение пшиОки измерени  координаты составл ет в среднем 0, элемента разложени , то в предлагаемом устройстве ее величина уменьшаетс  в раз, где В - разр дность выходной величины цифрового фильтра, С - разр дность форми- ровател  стробов (с преде/1 чего1 разр дностью счетчика и компаратора в след щем контуре и однозначно задано стандартом разложени  изображени ). Диалогична  картина наблюдаетс  и при использовании циф- ровых фильтров более высокого пор дка.

Точность измерени  координат объекта в цифровых телевизионных след щих устройствах , работающих в вещательном стандарте разложени  и использующихс  в качестве цифрового фильтра стандартные микроЭВМ или вычислители, Гц; тсси 15625 Гц; Гц. Разр дность выходной величины цифрового фильтра равна 16.

Исход  из данного стандарта разложени  возможна  величина разр дности

формировател  стробов -z 10 в

строчном канале слежени ; В од2-| 10

в кадровом канале слежени ,

Таким образом, точность определени  координат объекта в предлагаемом цифровом устройстве в 64 раза выше, чем в известном .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Телевизионное след щее устройство, содержащее последовательно соединенные синхрогенератор, телевизионный датчик и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок установки кодов и элемент И, а также два канала слежени  по координатам X и Y, каждый из которых содержит цифровой дискриминатор , цифровой фильтр, а также формирователь строба, при этом зыход АЦП соединен с информационным входом цифрового дискриминатора-каждого канала слежени , выход тактовых импульсов синх

   5 10 15 20 5

   0 5

   0

   5

   0

   5

   -регенератора соединен с тактовым входом цифрового дискриминатора каждого канала слежени  и тактовым входом формировател  строба канала слежени  по координате X, выход строчных синхроимпульсов синхроге- нератора соединен с синхровходом цифрового дискриминатора каждого канала слежени , синхровходом формировател  строба канала слежени  по координате X и первые синхровходом формировател  строба канала слежени  по координате Y, выход кадровых синхроимпульсов слигхрогенера- тсрз соединен с вторые с  -хоовходом формировател  строба к знача слежени  по каор/ь;ндте V, формирователей строба каналов слежекм  по коордмнате X и У подключены соответственно к перво лу и второму входам элемента И, в&ход ксьорсго соединен с ВТОРЫМ ацмоннь.м входом цифрового дискрии нз ооа каждого канала слехенич, первой и выходы блока установки кодов подключены соответственно к установочному входу цифрового фильтра каждого канала слежени , третий и четвертой выходы блока установки кодов соединены соответственно с установочным входом формировател  строба каждого канала с ьхеии , отличающеес  тем, что, с повышени  точности слежени , введены формирователь импульсов управлени , а в каждый канал слежени  - регистр, блок квантовани , два вычмтател , два сумматора и делитель HS два, при -гон перзый выч 1татель включен между цифровым дискриминатором и цифровым фильтром, выход которого чеоез последовательно соединенные регистр, первый и блок квантовани  подключен к инфоомац онному входу формировател  строба, второй вход- первого вычитател  соединен с выходом второго вычита елг, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу р -истра и выходу блока квантовани , выход регистра соединен с первым входом второга сумматора, второй вход которого подключен через делитель на два к установочному входу формировател  строба, а выход второго сумматора  вл етс  выходом .канала слежени , при этом вход формировател  импульсов управлени  соединен с выходом формировател  строба канала слежени  по координате Y, первый выход форммровате-ч  импульсов управлени  соединен с входо правлени  цифрового дискриминатора каждого канала слежени , второй выход-с входом управлени  цифрового фильтра каждого канала слежени , а третий выход-с входом управлени  регистра каждого кэн та слежени .

   щ

   им

   U 9 Z VQ Я «

   ЮЗ

   &

   itevgv

   HI

   гъ

   9Щ (AjxlpuMJ

   / s/gLUQ

   /чшшпда оох лзнччо вн доу

   г/

   6Ј

   V с

   СЮ6691

   Фиг. 6

   Код Хсо к длЛО КодУсо

   КодЯг N . кодКгч .№rЯк Sjx H«s $к М Нку Зл) Ясх fHcxl

   / оу Р . /°, Л л Л

   48

   |RWI jRry/ ;

   f A I1 1

   vi A A / /

   ylc/v. / / /

   II I «I I

   n

   ч i

   наборы лерек лн}уателей

   n

   , „Запись

   |- начальных координат cmpoffa,

   Фие.7

   КодЯг N . кодКгч М . fHcxl

   |RcX |RWI jRry/ ;

   II

   лн

   n

   HoffX

   Строй X фие.8

   Растр, usofy&ftettf

   JFmpobi