SU1742729A1 - Устройство дл определени составл ющей вектора скорости движени объекта - Google Patents

Abstract

Использование: измерение параметров движени  объектов со светоизлучающей или светоотражающей поверхност ми. Сущность изобретени : устройство содержит светоделительный элемент (1), два cse- тофильтра (2 и 3), четыре фотоприемникз

Description

Изобретение относитс  к области измерени  параметров движени  объектов со светоизлучающей или светоотражающей поверхност ми.

Известно устройство дл  определени  модул  и направлени  вектора скорости движени  поверхности объектов, содержащее анализирующий растр в виде светонеп- роницаемой фотомаски с трем  последовательно расположенными р дами, первый из которых содержит центральное отверстие, второй выполнен в виде спирали Архимеда, а третий - в виде концентрического кольца, расположенные за растром фотоприемники, подключенные к блокам обработки информации.

Недостатками данного устройства  вл ютс  наличие сложного в технической реализации блока регулируемого временного запаздывани  сигналов и мала  точность измерений при больших скорост х движени  объекта.

Известно также устройство дл  измерени  скорости движени  объекта по скорости движени  изображени  подстилающей поверхности , содержащее два разнесенных по базе фотоприемника, соединенных с корректором .

Недостатками устройства  вл ютс  необходимость разнесени  фотоприемников на величину измерительной базы и зависимость точности измерени  скорости от величины измерительной базы.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  определени  состав- л ющей вектора скорости движени  объекта, которое содержит установленный в плоскости, параллельной плоскости движени  объекта, светофильтр, выполненный в виде штрихового растра с измен ющимс  по экспоненциальному закону шагом, размещенные за ним фотоприемники, соединенные с выходами фотоприемников элемент сравнени  сигналов и сумматор сигналов, дифференцирующее и делительное устройства. На выходе делительного устройства образуетс  сигнал, который  вл етс  мерой определ емой скорости движени  объект.

Известное устройство имеет невысокую точность измерени  параметров движени , обусловленную краевым эффектом, который про вл етс  в том, что в те моменты времени, когда изображение объекта входит в область анализа или выходит из нее, возникает погрешность в измерени х. Это св зано с тем, что на кра х светофильтра конечных размеров, реализующего экспоненциальный закон, коэффициент свето- пропускани  не равен нулю.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  составл ющей вектора скорости движущегос  объекта со случайным распределением  ркости при использовании светофильтра с отличным от нул  коэффициентом пропускани  на кра х.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  составл ющей вектора скорости движени  объекта со

0 случайным распределением  ркости, содержащее светофильтр, установленный в плоскости , параллельной плоскости движени  объекта, первый и второй фооприемники, элемент сравнени , сумматор, блок делени 

5 и блок дифференцировани , причем выходы фотоприемников подключены к соответствующим входам элемента сравнени  и сумматора , первый вход блока делени  соединен с выходом элемента сравнени , а

0 второй его вход - с выходом блока дифференцировани , светофильтр выполнен с коэффициентом пропускани , измен ющимс  по экспоненциальному закону, симметричному относительно границы оптического со5 пр жени  первого и второго фотоприемников, введены светоделитель- ный элемент, второй светофильтр с изотропным коэффициентом пропускани , равным коэффициенту пропускани  перво0 го светофильтра на его кра х, третий и четвертый фотоприемники, второй элемент сравнени , причем светоделительный элемент установлен перед первым светофильтром и через второй светофильтр оптически

5 св зан стретьим и четвертым фотоприемниками , граница оптического сопр жени  которых совпадает с границей оптического сопр жени  первого и второго фотоприемников , третий и четвертый фотоприемники

0 соединены последовательно и подключены к одному из входов второго элемента сравнени , второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход - с входом блока дифференцировани . На фиг.1 представле5 на схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - эпюра распределени  коэффициента светопропускани  светофильтра.

Устройство дл  определени  составл ющей вектора скорости движени  объекта

0 содержит светоделительный элемент 1, све- тофольтр 2, второй светофильтр 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 фотоприемники , элемент 8 сравнени ,блок 9 делени , блок 10 дифференцировани , второй эле5 мент 11 сравнени  и сумматор 12.

Светоделительный элемент 1 установлен перед светофильтром 2 и через него оптически св зан с первым 4 и вторым 5 фотоприемниками, а через второй светофильтр 3-е третьим 6 и четвертым 7 фотоприемниками . Причем коэффициент свето- пропускани  светофильтра 2 измен етс  по экспоненциальному закону в функции рассто ни  от границы оптического сопр жени  первого 4 и второго 5 фотоприемников (фиг.2), второй светофильтр 3 имеет изотропный коэффициент светопропускани , равный коэффициенту светопропускани  светофильтра 2 на его кра х, а границы оптического сопр жени  первого 4 и второго 5 фотоприемников совпадает с границей оптического сопр жени  третьего 6 и четвертого 7 фотоприемников. Выходы первого 4 и второго 5 фотоприемников подключены к соответствующим входам элемента 8 сравнени , выход которого соединен с первым входом блока 9 делени , и сумматора 12, выход которого соединен с вторым входом второго элемента 11 сравнени . Третий 6 и четвертый 7 фотоприемники соединены последовательной подключены к первому входу второго элемента 11 сравнени , выход которого через блок 10 дифференцировани  соединен с вторым входом блока 9 делени .

Устройство работает следующим образом .

Световой поток Ф Фч + Фг от отражающей или светоизлучаюшей поверхности движущегос  объекта со случайным распределением  ркости проецируетс  на первый 4 и второй 5 фотоприемники через светофильтр 2 с коэффициентом светопропуска--X .I 5Ј

ни  е , св зан со значением измер емой составл ющей вектора скорости Vx следующей функциональной зависимостью:

dt

Vl

E(x,y)dx-J d у / e x Е ( x , у ) d x + у,xi

+ Vx р / е Е ( х2 , у ) d у

-/ E(x,y)dy

аУх Ф2-Ф1 +Ух Ф2 -ФГ

где Е(х,у) - функци  распределени  освещенности изображени ;

xi, О, Х2, yi, У2 - КОЭФФ1 циенты первого и второго фотоприемников,

Ф| и Фл - световые потоки, падающие на светочувствительную поверхность первого и второго фотоприемников;

Ф| , Фг1 - интегральна  освещенность вдоль границы первого и второго фотоприемников .

Точное измерение интегральных осве- щенностей Ф| и Ф21 сопр жено с техническими трудност ми, а реализаци  светофильтра 2 с коэффициентом светопропускани , близким к нулю на границах первого 4 и второго фотоприемников 5, приводит к значительному ослаблению полезного сигнала и ухудшению отношени  сигнал/шум. Дл  исключени  этого необходимо сместить экспоненту по оси абсцисс на величину коэффициента светопропускани  /5 светофильтра 2 на границах первого и второго фотоприемников, при этом выражение (1) примет вид:

-|Г(Ф1+Ф2)-/3(Ф1 +

+ Ф/ ) аУх(Ф2-ФО,

где Ф| и Фг - световые потоки, падающие

на первый и второй фотоприемники при условии , что светофильтр 2 отсутствует.

Приведенна  на фиг.1 схема реализует один из возможных вариантов вычислени  искомой составл ющей вектора скорости

движени  объекта. Световой поток, несущий информацию об изображении движущегос  объекта со случайным распределением  ркости, раздел етс  све- тоделительным элементом 1 и через светофильтры 2 (с коэффициенте светопропускани  и 3 (с изотропном коэффициентом светопропускани  /3) попадает на оптически попарно сопр женные фотоприемники 4,5 и 6,7, где преобразуе i с 

в электрические сигналы Ui, U2 и Уз, 1М Выходные сигналы Ui КФ1 и Da КФ2, где К- коэффициент преобразовани  фотоприемника , первого 4 и второго 5 фотоприемников суммируютс  сумматором 12 Второй

элемент 11 сравнени  формирует разность выходного сигнала сумматора 12 и суммарного выходного сигнала третьего 6 и четвертого 7 фотоприемников Уз К(Ф1 + Ф} - -/ Фт - ). Результирующий разностный сигнал 11з дифференцируетс  по времени дифференцирующим устройством 10 выходной сигнал с которого Щ (Ф1 + +Ф2) - К /3(Ф1 + Ф2)/йт подаетс  на второй вход блока 9 делени , который находит отношение вычисл емой производной по времени от выходного-сигнала блока 10 дифференцировани  и разности выходных сигналов первого 4 и второго 5 фотоприемников Us К(Ф2 - Фч), вычисл емой элементом 8 сравнени .

Устройство позвол ет повысить точность измерени  параметров движени  объекта со случайным распределением  ркости за счет учета граничного эффекта при пересечении изображени  границ фотоприемников .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  определени  составл ющей вектора скорости движени  объекта со случайным распределением  ркости, содержащее светофильтр, установленный в плоскости, параллельной плоскости движени  объекта, первый и второй фотоприемники , элемент сравнени , сумматор, блок делени  и блок дифференцировани , причем выходы фотоприемников подключены к соответствующим входам элемента сравнени  и сумматора, первый вход блока делени  соединен с выходом элемента сравнени , а второй его вход - с выходом блока дифференцировани , светофильтр выполнен с коэффициентом пропускани , измен ющимс  по экспоненциальному закону , симметричному относительно границы оптического сопр жени  первого и второго фотоприемников, отличающеес   тем, что, с целью повышени  точности измерени  при использовании светофильтра с отличным от нул  коэффициентом пропускани  на кра х, в него введены

   светоделительный элемент, второй светофильтр с изотропным коэффициентом пропускани , равным коэффициенту пропускани  первого светофильтра на его кра х, третий и четвертый фотоприемники,

   второй элемент сравнени , причем светоделительный элемент установлен перед первым светофильтром и через второй светофильтр оптически св зан с третьим и четвертым фотоприемниками, граница оптического сопр жени  которых совпадает с границей оптического сопр жени  первого и второго фотоприемников, третий и четвертый фотоприемники соединены последовательно и подключены к одному из входов

   второго элемента сравнени , второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход - с входом блока дифференцировани .

   х.