Координатный телевизионный измеритель
КООРДИНАТНЫЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ, содержащий передающую телевизионную камеру, а также два канала обработки сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора полустробов , бинарного координатного дискриминатора , умножителя и цифрового фильтра, а также блока весовых коэффициентов , выход которого подключен к второму входу умножителя, при этом выход цифрового фильтра соединен с йервым входом генератора полустробов , второй вход которого соединен с первым входом генератора полустробов другого канала обработки сигналов. Отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные квантователь и блок выделения сигнала от центров объектов, выход которого подключен к соответствующему входу бинарного координатного дискриминатора каждого из каналов обработки сигналов, а также в каждый канал обработки сигналов последовательно соединенные регистр памяти и блок анализа корреляции сигналов, причем вход регистра памяти подключен к выходу бинарного координатного дискриминатора , а выход блока анализа корре (Я ляции сигналов подключен к входу блока весовых коэффициентов, при этом вход квантователя соединен с выходом, передающей телевизионной камеры.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3(511 Н 04 Й 7 18
ГОСУД АРСТВЕИИЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЕНИЯ; .:.
1 (21) 3256603/18-09 (22) 09.03.81 (46) 07.09.83. Бюл.ВЗЗ (72) В;С. Денисов и В.п. Сизов (53) 6?1.397(088.8) (56) 1. "Техника средств связи", сер.ТТ, вып.1, 1978, с.-13-22 (прототип).
I (54) (57 ) КООРДИНАТНЫЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬ, содержащий передающую телевизионную камеру, а также два канала обработки сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора полустро- бои, бинарного координатного дискриминатора, умножителя и циФрового фильтра, а также блока весовых коэффициентов, выход которого подключен к второму входу умножителя, при этом выход цифрового фильтра соеди- нен с первым входом генератора полустробов, второй вход которого сое-"
„.SU„„1040624 А динен с первым входом генератора полустробов другого канала обработки сигналов, б т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, в него введены последовательно.соединенные квантователь и блок выделения сигнала от центров объектов, выход которого подключен к соответствующему входу бинарного координатного дискриминатора каждого иэ каналов обработки сигналов, а также в каждый канал обработки сигналов последовательно соединенные регистр памяти и блок анализа ! корреляции сигналов, причем вход регистра памяти подключен к выходу бинарного координатного дискримина- 9 тора, а выход блока анализа корреляции сигналов подключен к входу бло Ц ка весовых -коэффициентов, при этом вход квантователя соединен с выходом, %, передающей телевизионной камеры.
° .Ь
1040624
Изобретение относится к технике телевизионных измерений координат и скорости движущихся объектов.
Известен координатный телевизионный измеритель, содержащий телевизионную передающую камеру, кванто ватель и два канала обработки сигналов, каждый иэ которых состоит из. последовательно соединенных генератора полустробой, бинарного кЬординатного.дискриминатора, умно- 10 жителя и цифрового фильтра, а также блока весовых коэффициентов..
Особенностью данного измерителя является использование .в каналах обработки сигналов убывающих во времени весовых коэффициентов, с которым выходные сигналы координатных дискриминаторов (сигналы ошибок ) обрабатываются в цифровых фильтрах. с целью оценок параметров движения наблюдаемого объекта.
Этим, с одной стороны, обеспечивается,относительно высокая чуствительность в переходном режиме, необходимая для быстрой обработки начальных координатных рассогласова° 25 ний между центрами иэображения и
I следящего строба, а с другой — уменьшается дисперсия оценок. параметров движения изображения к концу интервала наблюдения вследствие постепенного увеличения инерционности Г 1 l.
Однако при обычно используемых в телевизионных измерителях координатных дискриминаторах (например, релейного типа ) та же особенность приводит одновременно к значительному сниженного точности слежения за объектами с большим начальным координатным рассогласованием„ поскольку для отработки этого рассогласования 40 при нелийейном, координатном дискриминаторе требуется сохранение повышенной чувствительности в течение более длительного времени, чем при линейном. 45
Другой недостаток, также снижающий точность измерения, заключается. .в необходимости использования больmoro следящего строба,.размеры которого должны превышать размеры наиболь
mего из подлежащих наблюдению изображений объекта, что увеличивает Уровень флуктуационного шума на выходах ,координатных дискриминатОров при слежении за изображениями малой площади.
Цель изобретения — повыаение точ-. ности измерений в динамическом режиме путем уменьшения времени переходного процесса за счет предварительной нормировки площадей телевизион- 60 ных иэображений наблюдаемых объектов и автоматического управления законом изменения весовых коэффициентов в зависимости от степени фактической отработки каналами обработки сигна- 65 лов начального координатного рассогласования.
Указанная цель достигается тем, что в.иэвестный координатный телевизионный измеритель, содержащий передающую телевизионную камеру, а также два канала обработки сигналов, каждый из которых. состоит из последовательно соединенных генератора полустробов, бинарного координатного дискриминатора, умножителя и цифрового фильтра, а также блока весовых коэффициентов, выход которого подключен к второму входу умножителя,при этом выход цифрового фильтра соединен с первым входом генератора полустробов, второй вход которого соединен с первым входом генератора полустробов другого канала обработки сигналов, введены последовательно соединенные квантователь и блок выделения сигнала от центров объектов, выход которого подключен к соответствующему входу бинарного координатного дискриминатора каждого из каналов обработки сигналов, а также в каждый канал обработки сигналов последовательно соединенные регистр памяти и блок анализа корреляции сигналов, причем вход регистра памяти подключен к выходу бинарного координатного дискриминатора, . а выход блока анализа корреляции сигналов подключен к входу блока весовых коэффициентов, при этом вход квантователя соединен с выходом передающей телевизионной камеры.
На чертеже приведена структурная электрическая схема координатного телевизионного измерителя. устройство содержит передающую телевизионную камеру 1, квантователь 2, блок 3 выделения сигналов от центров объектов и два канала
Х и II обработки сигналов,,каждый из которых состоит из бинарного координатного дискриминатора 4, умножителя 5, блока 6 весовых коэффициентов, цифрового фильтра 7, генератора 8 полустробов, регистра 9 памяти, блока 10 анализа корреляции сигналов. .Устройство работает следующим образом.
Видеосигнал с телевизионной передающей, камеры 1 подвергается бинарному квантованию в квантователе 2. и поступает в блок 3 выделения сигналов от центров объектов, который может быть выполнен, например, в виде электронной сканирующей логической апертуры Операция, осуществляемая блоком 3, эквивалентна нормировке площадей изображений наблюдаемых объектов, при которой эти изображения заменяются их центральными элементами фиксированных размеров, что лозволяет реализовать помехоустой;:1„040624
Х(п)=Ф (п,n-1)X(n-t)
Y(n) = ф,((п, п.-1) Y(n-1), 25
Х„(п)=Х„{п- «)+Х (и- ); . К.1 (п)= ((и-1)+ (2 (и-Ю . Х (п)=Х (и- );
/2{")= 2(" ")
40 где Х„{п1 центра. о ляющие е .женной в на котор объекта ровой те время ме ниями ). шений им и Y бъек го т кол
ые и за в леви жду
Иатр еет .
{п) та, X екуще ичест ереме ремя зионн двумя ичная вид: векущ
2(h) и и скор ве эле щается одного ой раэ сосе форма ие ко . (2.{й) ости, менто изоб цикл вертк дними этих откуда следует л
Оценки Х ( пользуютс (n-1) цифро.;1) ( льтр и-1) я в и Y(n вых ф4 с чивое слежение за лЮбым иэ. Них стро бом минимаЛьной площади.
К началу и -го телевизионного кадра в цифровых фильтрах 7 каналовI и 11 обработки сигналов содержаТСя- .. оценки (и-1 /n- 1) и g {n-1! и -1) .век-5 торов X(n -1) и Y{ri-1) параметров движения иэображения наблюдаемого объекта (векторов состояния ) в предыдуЗ{еи .
{й-1)-ом кадре сформированные коор- динатными телевизионным измерителей-:: 10 на основании (n-1)-го предшествующйЪс измерений. Компонентами этих векто ров могут служить, например, коордйнаты центра объекта, его скорость,- .: ускорение и т.д. вдоль строки теле-;-: )5 виэионного растра {по координате Х) и в направлении кадровой раэверткк иэображения {по координате V), а таК-. же любые нелинейные комбинации этих величин. При этом предполагается, .;":. что векторы состояния в h -ом и(п»1)-. ом телевизионных кадрах связаны эависй-. мостями.гдеФ{пр- )иф (п, и- 1) -априори известняке переходные матрицы состояния по коор-динатам X u Y . 30
Например, при равномерном прямо ,линейном перемещении объекта no noiiiri телевизионного кадра его динамика, выражается соотношениями
35 ординары составвыра-,. в растр-". 45 ражение. а кад-,"," и (за, измере-", саотйь." 50 ,. <
Y fn-1).".;:";:1,, 1 у (и q) =-.-:, 55
t "
-;".. : 60 и- ф .-,йсах 7 .;-;=;::::: 65
Х (и) < q XÄ{n q) Y„(n)
Х2(п) 01 К {п ), V2{n) О для вычисления ожидаемых значений
Х {n/и-1) nv{n/n-1) векторов состояния
X{n)и Y{n) в и -ом телевизионном кадре по формулам л л, X (и/и- 1)=ф„(п,п-<) X(n-n/n-a), . Y(n/h-1) =Ф (n,n-.<) v(n-g/n-1).
Данные векторы прогнозов посту- пают в цифровые фильтры 7, а их компоненты g„{n/и-1) и Y„(n/п-1), представляющие собой прогНозируемые значения координат центра изображения — на входы генераторов 8 полустробов, где к ним "привязываются" центры следящих стробов, подаваемых на бинарные координатные дискриминаторы 4в.п-ом, телевизионном кадре. На сигнальные входы тех же бинарных координатных дискриминаторов 4 из блока 3.поступают видеосигналы от центров объектов, находящихся .в поле зрения передающей телевизионной камеры 1, причем видеосигнал, соответствующий объекту, за которым осуществляется слежение, попадает в следящий строб каждого из каналов обработки сигна» лов, а другие оказываются эа его пределами и на работу устройства не вли- . яют.
Полустробы генератора 8 первого канала обработки сигналов, образующие в совокупности следящий строб контура слежения 1, ориентированы в направлении строчной телевизионной развертки (по коррдинате М), а полустробы генератора 8 второго канала .обработки сигналов, образующие следящий строб контура слежения 1Е— в направлении кадровой телевизионной развертки (по координате Y). Поэтому на выходе бинарйого координатного дискриминатора 4 первого канала обработки сигналов сигнал ошибки 2X(n) определяется координатным рассогласованием между центрами объекта и следящего строба по оси Х, а сигнал ошибки Z<{n) на выходе бинарного координатного дискриминатора 4 второго канала обработки сигналов — коорди-. натным рассогласованием по оси V °
Данные сигналы умножаются в, умножителях 5 на весовые коэффициенты KX(n,Ч ) и ((п, Ч ) генерируемые блокамй 6 в каждом телевизионном кадре по напе ред заданной программе, зависящей от управляющих сигналов YX(n) и Ч (п) на их входах, и поетупают в цифровые фильтры 7, где они используются для
Формирования оцейокX(n/n)H Y(n/n) векто- . ров состояния )((n) иv(h) в Il-ом теле- визионном кадре путем суммирования их с векторами прогнозов k(n/n-1) и 9(n/n- 1):
1040624
Х (и/n) =)/(n/n-1) КХ(" Чх)2Х(") у(п/n) = y(n/и-1)+ K>(n
Оценкифп-"/n 1),. v,(, n-1/и-1) в цифровых фильтрах 7 заменяются новыми
; оценками Х (и! П), g (n/ n ), и рассмотренный выше цикл работы контуров слежения повторяется, там же вычисляются новые векторы прогнозов х (м1/n) и
7(n+1/п), на основании которых генера горы 8 полустробов в (ni1) -ом телевизионном кадре формируют следящие стробы с центуами в точке растра с координатамиХ„(п+1/n),, Y1 (h+1/n) . Под действием этих стробов на выходах би-15 нарных координатных дискриминаторов
4 выделяются сигналы ошибок 2 (+1) и 7 (n+1) которые умножаются в умножителях 5 на новые значения весовых коэффициентов Кх { +1 Чх) и ky(nt1, Чч) 20 вырабатываемые .блоками б и используются затем в цифровых фильтрах 7 для получения оценок X(n+1)(n+1) и Y(n+1In+1) векторов состояния X(n+1) и
Y(n+1) в (n+1) -ом телевизионном кадре, Аналогичным образом формируются оценки векторов состояния и во всех последуюцих кадрах.
Рабата каналов .1 и П начинается с вписывания в цифровые фильтру 7 начальных значенийХ,=1{0/О) и Y<=Y(0/0) векторов оценок параметров движения изображения объекта относительно границ растра в некотором исходном (нулевом )телевизионном кадре.
Данная информация, вводимая в измеритель либо оператором, либо авто.матически от обнаружителя объектов (не показан), является априорной и служит для первоначального грубого наведения следящего строба на объект 40 подлежащий автосопровождению. ЗадаУ чей последующих координатных измерений в режиме слежения является оценка текуцих векторов состояния
Х(п), y(п), выбранного объекта 45 учетом начальных априорных оценок (О/P) 9 (0/О) и результатов измерений (сигналов ошибок)Г) (1),7 (i) для
i=1(2,... n у
При,линейных характеристиках каор-50 дийатных дискриминаторов 4 каждая из временных последовательностей. весовых коэффициентов Кх(п, Ч ) и KY(n, Ч,),вырабатываемых блоками, в отсутствие управляющих сигналов V>(n) и Vy(>) определяется формулами тео- .
55 рии линейной оптимальной фильтрации и в общем случае представляет собой ряд последовательно убывающих чисел.
За счет этого чувствительность ка™ налов 1 и П относительно велика толь-О0 ко на начальном этапе оценивания, чем обеспечивается ускоренная отработка начального координатного рас :,. согласования. K концу же интервала наблюдения чувствительноств,сущест- g5 венно снижается для получения малой дисперсии оценок векторов состояния.
Указанная особенность координат-: ного телевизионного измерителя, при обычно используемых на практике нелинейных (релейного типа ) коордитор ных дискриминаторах приводит к возрастанию погрешности оценок из-за затягивания переходного процесса
I и как следствие, неполной отработки больших начальных координатных рассогласования. Для исключения этого недостатка сигналы ошибок2 (и) и Z fn) подаются в регистры 9 памяти с выХ Y
У ходов которых снимаются сигналы., соответствуюцие одновременно нескольким.. последовательным телевизионным кадрам. Эти сигналы поступают затем в блоки 10, где они сравниваются между собой и при обнаружении пре,обладания ошибок того или иного знака вызывают появление еигналов управления Y<(n) и Vy(n), сдвигаюцих временные последовательности весовых коэффициентов К (n) и К, (n) выраба тываемых блокамй 6, на m тактов.
В результате на их выходах появляют-, ся сигналы Кх(п Чх)=Кх(п-rn)n К (и, 4 К, (п-m)
Например, в простейшем случае использования одноэлементных регистрбв
9 памяти в блоках 10 сравниваются сигналы ошибок2,<(п) и ЕХ(п-1) и Zy(n- 1), При сачпадении знаков у первым из них блок 10 первого канала обработки сигналов вырабатывает сигнал управления
ЧХ(п), сдвигающий на один такт после довательность Kх(n), а при совпадении знаков, у двух другим блок 10 второго канала обработки сигналов вырабатывает сигнал управления V<(h.), сдвигаюций на один такт последовательно
К (п). Б результате, если к n -мутелевизионному кадру было зарегистрировано п„ совпадения знаков сигналов ошибок 2Х() и Z< (i-1) и rA совпа-, дений знаков сигналов ошибок2 6)иЕ ()-1)
Y где 1=1,2,... n, то весовые коэффициенты на выходах блоков б в n --й момент. времени примут соответственно вид
Данные операции временного сдвига последовательностей весовых коэффициентов, реализуемые при помощи блоков 9 и 10, обеспечивают сохранение более высоких значений Этих коэффициентов при больших координатных рассогласованиях, не отрабатываемых контурами слежения в ряде последовательных телевизионных кадров. Тем самым укорачивается длительность переходного процесса и повышается результирующая точность формируемых координатным телевизионным измери1040624
Составитель Канатчикова О. Н.
Редактор В. Пилипенко ТехредМ.Надь Корректор A. Тяско:
Заказ 6949/59 Тираж 677 : Подписное
BHHHIIH Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ю
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 телем оценок вектора состояния наблюдаемого объекта.
После уменьшения координатного рассогласования до величины, при которбй сигналы ошибокЕ„(м) a ZV(n) из-. меняют свой знак от кадра к кадру, сигналы управления Ч (и ) и Ч (п)не вырабатываются, и дальнейшие сдвиги временных последовательностей весовых коэффициентов прекращаются. б
Э предлагаемой устройстве могут ,быть использованы и другие, более сложные законы управления блоками весовых коэффициентов 6, макке например, при которых в последовательности весовых коэффициентов сначала вводятся задержки (при наличии совпадений знаков у сигналов ошибки в последовательных телевизйонных кадрах ), а затем упреждения, компенсируищие зти задержки по мере уменьшения частоты совпадений, .Технический эффект от использования предлагаемого телевизионного измерителя заключается в повышении точности измерений за счет испОльзования следящего строба минимальных размеров и уменьшения длительности переходного процесса в каналах обработки сигналов.
