Устройство для считывания и обработки изображений объектов /его варианты/

 

Изобретение относится к автоматике , в частности к устройствам для считьтания и обработки изображений объектов, и может быть использовано для формирования и регистрации многоспектральных изображений учйстков земной поверхности. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства. Поставленная цель достигается путем ускорения процесса изучения состояния объектов за счет совмещения одной из самых сложных процедур обработки изображений с процессом формирования изображения объектов. Благодаря этому задача считывания и обработки изображений решается в реальном ма сштабе времен с коррекцией направления полета по результатам прогнозирования. 2 с.и 2 з.п, ф-лы. 7 ил. W ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3705784/24-24 (22) 23.02 ° 84 (46) 30. 12.86 . Бюл. Р 48 (71) Лаборатория аэрометодов Производственного геологического объединения "Аэрогеология" и Ленинградский электротехнический институт связи им.проф.M.À. Бонч-Бруевича (72) Е.Г. Андреева, Н.И. Воскобойник, Д.А. Гусев, Б.С. Глыбин, И.В.Терентьев и И.В. Васильев (53) 681.327.12(088.8) (56) Патент США Ф 38632 18, кл. 340-146.3, опублик. 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 1040622, кл. Н 04 N 1/28, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ И

ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для считывания и обработки иэображений объектов, и может быть использовано для формирования и регистрации многоспектральных изображений участков земной поверхности. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства. Поставленная цель достигается путем ускорения процесса изучения состояния объектов sa счет совмещения одной из самых сложных процедур обработки изображений с процессом формирования изображения объектов. Благодаря этому задача счи- . тывания и обработки изображений ре- Ж шается в реальном масштабе временй с коррекцией направления полета по результатам прогнозирования. 2 с.и С, 2 з.п. ф-лы. 7 ил.

1 1280409 2 бретение относится к технике лого-цифрового преобразователя 6, ия природных ресурсов Земли. синхронизатор 12, вход которого соонными методами, в частности единен с другим выходом блока 3 скасъемочной и счетно-решающей нирования, а выход подключен к друе, предназначенной для форми- 5 гому входу блока 1 1 согласования и я и регистрации многоспектраль- к другому входу аналого-цифрового ображений участков земной по- преобразователя 6, входы группы кости, а также для прогнозирова- торого соединены с выходами соответполете расположения объектов. ствующих фотоэлектрических преобраь изобретения — повышение быст- 1î эователей 9; и вычислительные блотвия, уменьшение времени и сто- ки 13 и 14, входы и выходы которых проведения работ за счет one- подключены к соответствующим выхоого прогнозирования объектов дам и входам блока 11 согласования.

Изо изучен дистаци к аэро техник ровани ных из верхно ния в

Цел родейс имости ративн на борту летательного аппарата и оперативной коррекции направления полета по результатам прогнозирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема первого варианта устройства; на фиг.2— схема дифференцирующего узла устройства по первому варианту; на фиг.3 — - 20 схема узла определения вероятности для устройства по первому варианту; на фиг. 4 — блок-схема второго варианта устройства; на фиг. 5 — схема дифференцирующего узла по второму ва- 25 рианту; на фиг. 6 — схема коммутатора для второго варианта устройства; на. фиг. 7 — схема узла определения вероятности для второго варианта устройства.

Схема устройства по первому варианту (фиг. 1) содержит фокусирующую систему 1, входы которой подключены к соответствующим выходам блока 2 управления и оптически связаны с одним выходом блока 3 сканирования и с входами матрицы 4 оптических преобразователей, выходы которых оптически связаны с входами соответству- 40 ющих расширителей 5, аналого-цифровой преобразователь 6, выход которого подключен к входу блока 7 регистрации, интерференционные фильтры 8, входы котоРых оптически связаны с 45 вьмодами соответствующих расширителей 5, а выходы оптически связаны с входами соответствующих фотоэлектрических преобразователей 9, вьмоды которых подключены к соответствующим входам блока 10 сум,-пирования. В схему входит также блок 11 согласования, входы группы которого подключены к выходу соответствующих фотоэлектрических преобразователей 9, а выход соединен с одним входом бло". ка 10 суммирования, выход которого подключен к одному входу блока 11 согласования и к одному входу анаБлок 3 сканирования состоит из двигателя 15, связанного через редуктор 16 с многогранным зеркальным барабаном 17, который оптически связан с фокусирующей системой 1 (выход блока 3 сканирования). В состав блока 3 входят также блок 18 для согласования скорости сканиронания со скорбстью аппарата (не показан) и высотой полета, вырабатывающий сигналы, пропорциональные величине отношения скорости полета V к высоте полета Н; блок 19 сравнения, вход которого соединен с выходом блока 18, тахогенератор 20, вьмод которого связан с двигателем 15, а выход подключен к блоку 19, выход которого соединен с управляющей обмоткой двигателя 15.

Фокусирующая система 1 состоит .из объектива 21 (вход блока 1), диафрагмы 22 с регулируемым отверстием, расположенным в передней фокальной плоскости оптической системы с переменным увеличением, состоящей из линз

23 и 24, в задней фокальной плоскости которой размещена матрица еветоводов с четырьмя элементами, составляющая матрицу 4 оптических преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими расширйтелями 5 светового пучка, например, выполненными в виде системы полупрозрачных зеркал.

Каждый расширитель 5 светового пучка соединен со своим блоком 8 интерференционных фильтров 25, число которых равно числу регистрируемых спектральных каналов r. На фиг. 1 интерференционные фильтры 25, входящие в блоки 8, показаны только для одного блока 8. Каждый фильтр 25 состыкован со своим фотоэлектрическим преобразователем (входы блока 9), например ФЭП, с усилителем, которые обозначены цифрой 26 и r ветвей которых

1280409

3 составляют блок 9 фотоэлектрических преобразователей, выходы которых являются выходами блока 9.

Блок 2 управления фокусирующей системы 1 выполнен в виде вала 27, на котором размещен кулачок 28, кинематически связанный с диафрагмой

22, и две винтовые пары 29 и 30, кинематически связанные с линзами 23 и 24. На валу укреплена поворотная .рукоятка 31 с отсчетным лимбом, Аналого-цифровой преобразователь

6 состоит из (r+1) преобразователей аналог-цифра..Вход одного преобразователя подключен к выходу блока f5

10 суммирования, а входы группы из

r преобразователей подключены к выходам соответствующих фотоэлектрических преобразователей 9 ° На вторые входы (r+1) преобразователей 20 подключен выход синхронизатора 12, а выходы преобразователей являются выходами блока 6.

Синхронизатор 12 представляет собой подвижный диск, механически 25 через редуктор связанный с валом 17.

На диск нанесены группы щелей. Число щелей в группе равно количеству элементов в строке изображения. Щель освещается источником света. По дру- 30 гую сторону диска располагается фотоэлектрический преобразователь, выход которого является выходом блока 12.

Вычислительные блоки 13 и 14 и блок 11 служат для ввода, обработки, отображения информации и управления блоком 10 при работе в реальном масштабе времени. Блок 13 служит для ввода и отображения информации, пред-40 ставляет дисплейный процессор и выполняется, например, в виде интерактивной системы "Периколор" фирмы

"Ньюмелек". Блок 14 служит для обработки информации и вместе с блоком

11 — для формирования управляющих напряжений для блока 10. Он представляет собой 3ВМ типа CM-З, CM-1420. Блок 11 согласования является аппаратурой КАМАК, связывающей блоки 13, 14 и 10.

Блок 10 суммирования, например, представляет собой последовательно соединенные узел 32 дифференцирования и узел 33 определения вероятности, один из входов которого подключен к блоку 11, а выход узла 33 является выходом блока 10.

Узел 32 (фиг. 2) состоит из r идентичных сумматоров 34, каждый из которых соответствует спектральному диапазону с номером (1=1,r) .

Два выхода f-го сумматора подключены к выходам E-x блоков 26, входящих в состав блоков 9 и соответствующих первому и третьему световоду блока

4 (отсчет световодов проводится против часовой стрелки со стороны фокусирующей системы 1). Вторые два входа 8-ro сумматора подключены к выходам усилителей 35, входы которых соединены с выходами 1-х блоков

26, входящих в состав блоков 9, соответствующих второму и четвертому световоду. r выходов сумматоров 34 подключены к входам узла 33 определения вероятности. Узел 33 состоит из первого умножителя 36, (r-2) вторых умножителей 37, третьего 38, четвертого 39 и пятого 40 умножителей, первого 41 и второго 42 сумматоров, усилителя 43, антилогарифмического блока 44, устройства 45 деления и источника 46 напряжения.

Первые входы каждого из умножителей

36, 37 и 38 подключены к выходам узла 32 и являются входами блока 33, а вторые входы этих умножителей соединены с r выходами согласующего блока 11 и являются r другими входами блока 33, а выходы блоков 36, 37 и 38 подключены к входам первого сумматора 41 (г+1)-й вход сумматора 4 1 соединен с (г+1)-м выходом блока 11 и является (r+1) м другим входом блока 33. Выход сумматора 4 1 соединен через усилитель 43 с входом антилогарифмического блока 44, выход которого соединен с первым входом четчетвертого умножителя 39, второй вход вход которого соединен с (r+2) -м выходом блока 11 и является (r+2)-м другим входом блока 33. Выход умножителя 39 соединен с входом второго сумматора 42, второй вход которого подключен к блоку 46. Выход блока 42 соединен с входом устройства 45 деления, выход которого подключен к первому входу умножителя 40, второй вход которого подключен к (г+3)-му выходу блока 11 и является (r+3)-м другим входом блока 33. Выход блока

40 является выходом блока 33.

Устройство по первому варианту имеет два режима работы: режим обучения с помощью дисплейного процессора и мини-ЭВМ и прогнозирования

128 в пределах кадра дисплея; режим прогнозирования объекта с помощью оптоэлектронных блоков в реальном времени.

Режим обучения с помощью дисплейного процессора и мини-3ВМ и прогнозирование в пределах кадра дисплея.

При вращении зеркального барабана

17 отраженное от местности солнечное излучения отражается от его грани и через объектив 2 1, диафрагму 22 и линзы 23 и 24, образующие оптическую систему с переменным увеличением, попадает на матрицу 4 оптических преобразователей. С помощью рукоятки 3 1 с отсчетным лимбом вращается вал 27.

При этом кулачок 28, связанный с механизмом раскрытия диафрагмы 22, регулирует отверстие диафрагмы 22 и этим устанавливает область анализируемого участка местности. При этом устанавливается требуемое разрешение на местности. Чем больше угловые размеры объекта, тем меньше требуемое разрешение, так как при этом в большей степени подавляются мешающие высокочастотные факторы. Одновременно автоматически с помощью винтовых пар 29 и 30 устанавливается положение линз 23 и 24 системы с переменным увеличением. При этом анализируемое изображение участка местности независимо от его размеров перекрывает всю площадь матрицы 4 световодов оптических преобразователей, а положение фокальных плоскостей оптической системы с переменным увеличением остается неизменным и располагается ь плоскости диафрагмы 22 и поверхности матрицы 4 световодов блоблока. С выходов каждого световода свет поступает на свой расширитель

5 светового пучка, который распределяет энергию этого пучка на r интерференционных фильтров 25, составляющих блок 8. С выхода каждого интерференционного фильтра 25 свет соответствующей узкой спектральной области попадает на электрические преобразователи 26 блоков 9. В результате пучок света от каждого из четырех элементов изображения, фокусируемого на матрицу 4 световодов блока, разлагается на r спектральных составляющих, определяемых шириной полосы пропускания интерференционньж фильтров 25, и преобразуется в электрические сигналы. На первый вход каждого

0409 6 из r преобразователей блока 6 поступают сигналы с соответствующего выхода одного иэ фотоэлектрических преобразователей 26. На другой вход каждого из r преобразователей блока 6 поступают сигналы с выхода .первого синхронизатора 12. Подвижный диск синхронизатора 12, связанный через редуктор с валом блока 17, вращает10 ся, в результате .чего свет от источ ника проходит через щели диска, преобразуясь в электрические сигналы в фотоэлектрическом преобразователе блока 12. Последовательность импульсов, соответствующих окончанию элементов строки, синхронизирует работу

r преобразователей блока 6, с выходов которых двоичные последовательности, соответствующие кодовым комбинациям дискретных отсчетов, поступают в блок 7 регистрации (например, магнитофон).

Кроме того, аналогичные напряже25 ния поступают на устройство 11 согласования (на аналого-цифровые преобразователи, входящие в состав аппаратуры KAMAK). В результате этого через устройство 11 согласования

3Р напряжение с выхода блока 9 поступает на экран дисплейного процессора

13. Развертка иэображения по строке осуществляется вращением зеркального барабана 17. Сканирование в напЗ5 равлении полета осуществляется за счет поступательного движения летательного аппарата. Для исключения искажений, связанных с переналожением строк или их пропуском, напря4р жение, пропорциональное отношению скорости полета V к его высоте Н, с выхода блока 18 подается на вход блока 19 сравнения, на второй вход которого подается также сигнал та4g хогенератора 20. (Блок 18 является устройством деления, на входы которого подаются сигналы с бортовых приборов скорости V и высоты полета

Н. Блок сравнения является суммато5р ром, один вход которого подключается через усилитель с коэффициентом усиления (-1), что обеспечивает выполнение операции вычитания). С выхода блока 19 сравнения сигнал рассогла55 сования поступает на управляющую обмотку двигателя 15, в результате чего скорость вращения сканера 17 согласуется с отношением V/Н. Оператор, наблюдая на экране дисплейного

1280409

Ниже приводится один из примеров алгоритма прогнозирования объекта в пределах кадра,цисплея с помощью соотношения

М Ск Р, А

50

k -=! где Р оценка вероятности присутствия объекта в текущей точке f; количество точек в области обучения алгоритма; константы, определяемые в режиме обучения в блоке, l4

N процессора изображение местности, корректирует направление полета таким образом, чтобы выбранные им обучающие объекты попали в кадр дисплея процессора 13. После этого он фиксирует выбранный им кадр на экране и в памяти дисплейного процессора и назначает с помощью средств дисплейного процессора (в системе "Периколор, например это трэк-болл) облас- tp ..ти обучения, т.е. выделяет эти облас1 ти, присваивает каждой точке области значение вероятности нахождения объекта, затем всему изображению не, входящему в области обучения, присва- 15 иваются одинаковые значения, не равные назначенным в областях обучения (для различения областей программой мини-ЭВМ). После этого r спектральных составляющих иэображения, соот- 20 ветствующие: кадру дисплея, оператор направляет из памяти дисплейного процессора 13 и с его экрана через блок

11 в мини-3ВМ 14. Самообучающийся алгоритм, реализованный на мини-ЭВМ, 25 проводит прогнозирование расположения объекта для выбранного кадра дисплея и определяет значения посто.янных напряжений, подаваемых с помощью мини-3ВМ 14 и согласующего бло- 30 ка 11 (цифроаналоговые преобразователи КАМАК) на другие входы блока 33 для прогнозирования в реальном масштабе времени.

Алгоритм прогнозирования объекта в пределах кадра дисплея можно построить разными способами (это разнообразие связано с возможностью применения нескольких математических моделей при описании одного явления, 40 а также различной степенью приближения к оптимальному решению при выбранной модели).

P — переходная вероятность иэ к1 точки k области обучения с координатами t, t „ в текущую точку f с координатами t,f, t < (при условии выполнения гипотезы 1 о присутствии объекта в точке

k) определяется следующим образом

Р Р (Ьк ) i и(/y ) (2) Рр (ьЯ) Яи (Ч /Ук)

Р (ь )u (у /y) ь к расстояние между точками

k u вероятность выполнения гипотезы 1 о наличии объекта в точке f если объект присутствует в точке k; — вероятность выполнения гипотезы 2 об отсутствии объекта в точке f, если объект присутствует в точке k.

Рг

Эти вероятности в предположении о наличии марковского свойства для потока событий определяются равенством

P (ь )= V+ — — — (1-V) а 7 я М

У (3) 17 71 р (ьк1) чения вектора яркости у„ размерности r npu условии, что в точках и f выполняется гипотеза 1; — плотность вероятности значений вектора яркости у, если в точке k известен вектор яркос „(у, /у,) где а,, а, — интенсивности переходов из состояний 1 в 2 и обратно;

Я„(у /у„) — плотность вероятности значений вектора яркости у ураэмерности r (для r спектральных компонент), если в точточке k изве"тны зна10

Коэффициенты С„, входящие в (1), могут быть определены различным образом, например из условия выполнения на обучающем множестве равенства

)( к к=( (5) 9

1280409 ти у, при условии, что что в точке f выполняется гипотеза 2, а в точке k — - гипотеза 1.

Для упрощения алгоритма обычно предполагают, что и„(у /у„) = (.),(y));

u,(ó /у„) = ы (у ), f0 иа(y ) Г F ) L = — — — — = ехР1 — — -1, (()) (m«)l 2 („(m(ii)) гб

25 -(() и) (i) + (2) е,„- ш < — m ) + ш 30

4 (-.

+ p (m, - !и. !) х р) р), и) i<) 35 (2 +-m;, -ms„-2у +ш +m ) Ь

+ (гу — m, — ml ) (4) 2 где () — дисперсия; — параметр затухания в корре40 ляционной функции К ()

=б — е (() °

{)1

Ф

m; — математическое ожидание для для i-й спектральной компоненты при выполнении гипотезы P (P = 1,2).

Параметры Q, p, ш," (i=1,r) or)ределяются по выделенным областям в режиме обучения алгоритма, параметры а,, а,, ()(, могут быть назначены из физических соображений (а... /М— априорная вероятность присутствия объекта, а, /()(— апРиоРная вероятность отсутствия объекта, (- память системы, которая выбирается из условия затухания величины V в пределах предполагаемых размеров объекта). где у (у ) — плотность вероятности значений вектора яркости у в точке f при выполнении гипоте- 15 зы Р (Р=1,2) .

Кроме того, при аппроксимации спектра экспоненциально коррелированным процессом при спектральном интервале между каналами, равном Л, отно- 20 шение †- -!- -, входящее в (2), предо () и, (у ) ставляется следующим образом: где P — вероятности присутствия

1 объекта в точках обучающего пространства (обычно

P = 1).

Система 35) решается стандартными итерационными методами.

Другим способом выбора С является, например, назначение всех С равными нулю, за исключением одного коэффициента, равного единице, соответствующего точке обучающего множества, наименее удаленной от текущей.

Таким образом, в режиме обучения алгоритма на мини-ЭВМ определяются параметры 5,(3, m, (i=1,rP

P = 1, 2), С „при определении по (5). Затем проводится прогнозирование объекта в пределах кадра дисплея в соответствии с (1), определяется значение вероятности нахождения объеКобъекта в каждой точке кадра (строится изображение вероятности), которое по окончании работы программы поступает во внешнюю память мини-ЭВМ вместе с многоспектральными изображениями кадра.

Режим прогнозирования объекта с помощью оптоэлектронных блоков в реальном времени.

Электрические сигналы с 4 r выходов фотоэлектрических преобразователей 26 поступают на входы дифференцирующего узла 32. Напряжения х (1(ъ tg) х (С (tq э 2+ 6 2) (2 = 1,r) с выходов 8-х фотоэлектрических преобразователей 26, блоков 9, соответствующих первому и третьему световоду, поступают на ! входы 2-ro сумматора 34, а напряжения хр (< +6 (t<) хр (й, t +

+ Ь t ) (E = 1,r) с выходов Р-х фотоэлектрических преобразователей блоков 9, соответствующих второму и четвертому световоду, поступают на усилители 35, умножающие эти напряжения на константы (-1). (Отсчет световодов проводится против часовой стрелки со стороны оптической системы). С выходов 35 эти напряжения поступают на входы 1)-ro сумматора

34, на выходе которого формируются напряжения y<(t,,tz) = x (t, +

+ дг,,, + dt ) — xj,(t,,, +да,)— х (t, +,, t,) + x, (t,, t,), равные приращениям по простраственным координатам t),,,t< (где дй, расстояние между первым и вторым а ! у а также между третьим и четвертым световодами, д t< — расстояние между первым и четвертым, а также между .вторым и третьим световодами). Такое преобразование приближает входное поле x> (t, t ) к марковскому

vF(t),): ), что позволяет обоснован но применить. блок 33 для определения вероятностей расположения объекта. г напряжений yp(t) t ) (1=1,r) с выходов блока 32 поступают на первые входы узла 33. Узел 33 определения вероятности определяет значение вероятности присутствия объекта в каждой точке в соответствии с выражениями (1) — (4) в предположении относительно большого удаления от областей обучения.

В этом случае (опускаем индекс

f) алгоритм (1) — (4) представляется равенствами:

А 1

Р = CP С = с P

К 1+8 L а! F l.

В = — -- L = ехр — — -) а Р 2) т) т -2

) i Я!ъ

Я I ! г

«) Ф тг) тг) д m;„— m — m;.,+ m, S.= +! 1 + э! 4pQ д тт) (i) ji) !!)

m + m — тп;,— тп;,, (2) «), I ! -l

5 Э! 4! )

+(P — — ) 2S

1 а 4 Э !

ST . 8 э -! д

2 1

Bi д Э!!

S + (6 — ---) 2S

Э!

Коэффициенты 8 86 87

=2,r-1) определяются в режиме самообучения алгоритма на ЭВМ. На вторые входы узла 33 подаются из ЭВМ 14 через блок 11 согласования (аппаратуру

КАМАЕ) постоянные напряжения $6, S,, SBj (i = r-1), Б, В,, С. С выхода узла 32 напряжение у поступает на

I первый вход первого умножителя 36, на второй вход которого с второго

280409 !

2 входа узла 33 поступает постоянное напряжение S6 из -мини-ЭВГ! 14 через согласующий блок 11. Выходное напряжение блока 36, равное у, S6, поступает на вход сумматора 4 1. На первые входы вторых умножителей 37 поступают напряжения у,...,у„, с соответствующих выходов узла 32. На вторые входы этих блоков подаются

10 из мини-3ВМ 14 через согласующий блок 11 (r-2) постоянных напряжений, равных S8,...,88 „, . Напряжения

1 у SBz Ä...,у„, S,, с выходов этих блоков подаются на первый сумматор

15 41. На первый вход третьего умножителя 38 поступает от узла 32 напряжение у„, а на второй вход блока 38 подается из мини-ЭВМ 14 через согласующий блок 11 постоянное напряжение, 20 равное S . С выхода блока 38 напряжение S7Y поступает на вход сумматора 4 1. Кроме того, на вход сумматорма 41 подается постоянное напряжение S из мини-ЭВМ 14 через сог25 ласующий блок 11. В результате суммирования входных напряжений на выходе сумматора 4 1 формируется напряжение F которое подается через взвешивающий на константу 1/2 усили30 тель 43 на вход антилогарифмического блока 44. Блок 44 формирует напряжение L, которое подается на первый вход четвертого умножителя 39, на второй вход которого поступает из мини-ЭВМ 14 через согласующий блок 11 напряжение константы В,.

Р

Напряжение L подается на первый вход сумматора 42, на второй вход которого подается также из блока 46 напря40 жение константы, равное 1. На выходе сумматора 42 формируется напряжение (1+В,L), которое подается на вход делителя 45, на выходе которого формируется напряжение P. Это напряже45 ние подается на первый вход пятого умножителя 40, на второй вход которого из мини-ЭВМ 14 через блок 11 согласования поступает напряжение константы С. В результате умножения на выходе блока 40 формируется напряжение оценки для вероятности Р нахождения объекта в заданной точке изоб-! ражения, которое поступает на вход блока аналого-цифрового преобразова55 теля блока 6 и блока 11. На второй вход аналого-цифровых преобразователей блока 6 и 11 поступают также. синхронизирующие напряжения с блока

12. С выходов преобразователей с

1280409 частотой следования элементов в,, строке изображения двоичные последовательности поступают в блок 7 и через блок 11 на вход дисплейного процессора 13. Оператор анализирует изображение вероятности, подключая его к экрану дисплея, и в случае необходимости корректирует направление полета. .Устройство по второму варианту 10 содержит ряд блоков, аналогичных первому варианту устройства с аналогичными связями. Такими блоками являются блоки 1-3, 7, 12-14. Отдельные блоки имеют несколько отли- 15 чающуюся структуру и (или) связи или являются новыми: второй блок 47 сканирования по спектру; блок 48 фотоэлектрических преобразователей, блок 49 суммирования, аналого-цифро- 20 вой преобразователь 50, второй синхронизатор 51, устройство 11 согласования, Второй блок 47 сканирования по спектру расположен за системой с переменным увеличением, механически через редуктор связан с блоком 17 и представляет собой прозрачный диск с нанесенным на нем прозрачным непрерывным по всей области спектра фильтром, выполненным, 30 например, в виде циркулярного интерференционного фильтра. Вал диска через редуктор соединен с валом блока 17. Блок 48 фотоэлектрических преобразователей состоит из четырех элементов, расположенных в фокусе оптической системы с переменным увеличением за блоком 47 ° Четыре выхо.да блока подключены к входам группы блока 49 суммирования, а один из них 40 них подключен к входу устройства 11 согласования, а также к входу первого аналого-цифрового преобразователя, входящего в блок 50 и являющегося его третьим входом. 45

Блок 49 суммирования содержит, например, последовательно соединенные узел 52 дифференцирования, входы. которого являются входами группы блока, подключенными к выходам блока 48, коммутатор 53, другой вход которого является первым входом блока, соединенным механически через редуктор с блоком 17, и узел 54 определения вероятности, другие входы которого являются вторым и третьим входами блока, соединенными с синхронизатором 12 и блоком 11, а выход является выходом блока.

Схема узла 52 дифференцирования изображена на фиг. 5. Блок 52 имеет в своем составе сумматор 55, первые входы которого соединены с выходами первого и третьего фотоэлектрических преобразователей, входя õ в блок 48 (их нумерация проведена против часовой стрелки со стороны оптической системы), а два вторых входа соединены через усилители 56 с выходами второго и четвертого фотоэлектрических преобразователей с усилителями. Выход блока 55 является выходом блока 52. Другой вход коммутатора 53, являющийся первым входом блока 49, механически связан через редуктор с валом блока I7.

Коммутатор 53 представлен на фиг. 6. Он состоит из r электронных ключей 57 и блока 58 управления ключами. Первые входы электронных ключей 57 подключены к входу коммутатора. 53, т.е. к выходу блока 52, а их выходы являются выходами блока 53 и подключены к входам блока 54. Блок

58 управления ключами 57 представляет собой два соосно расположенных диска (подвижный и неподвижный). На неподвижном диске расположены по окружности r фотоэлектрических преобразователя, выходы которых являются выходами блока 58. Подвижный диск связан через редуктор с валом блока

17. Эта связь является первым входом блока 49. Подвижный диск имеет прорези, расположенные по окружности, напротив которых закреплен источник света. Выход блока 54 соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, входящего в блок 50 через его четвертый вход, а также с устройством 11 согласования, которое своими выходами подключено к другим входам блока 54, являющимся третьим входом блока 49.

Блок 54 определения вероятности изображен на фиг. 7 ° Структура этого блока в основном аналогична структуре и связям блока 33 (фиг. 1 и 3), однако умножители 36 — 38 своими, первыми входами подключены к выходам коммутатора 53, а вместо сумматора

41 применен интегратор 59 с аналогичными связями. Интегратор 59 имеет также дополнительную связь с выходом первого синхронизатора 12 через второй вход блока 49. Выход блока 54 подключен к блоку 11 согласования и к входу второго преобразователя блока

1280409 !6 аналого-цифрового преобразователя, являющегося четвертым входом блока

50. Другой вход этого преобразователя подключен через первый вход блока

50 к выходу первого синхронизатора

12. Выход первого синхронизатора 12 менте строки располагается r имподключен также к устройству 11 сог- пульсов, соответствующих дискретизаласования. Другой вход первого ана- ции по спектральной составляющей) лого-цифрового преобразователя, входящего в блок 50, подключен к выходу вых преобразователей блоков 50 и 11. второго синхронизатора 51 через вто- С выхода первого преобразователя блорой вход блока 50, Выход блока 51 со- ка 50 двоичные последовательности, единен также с устройством 11 сог- соответствующие кодовым комбинациям ласования. Вход второго синхронизатора 51 соединен через редуктор с 15 валом блока 17. Блок 51 состоит иэ диска, связанного через редуктор с блоком 17. Диск имеет по окружности группы, состоящий из r щелей, соответствующих r спектральным компонентам. Диск снабжен источником света и фотоэлектрическим преобразователем, выход которого является выходом синхронизатора 51. рез щели диска, преобразуясь в электрические сигналы в фотоэлектрическом преобразователе блока 51 ° Последовательность импульсов, соответствующих одному элементу строки (на элесинхронизирует работу аналого-цифро10 дискретных отсчетов, поступают в блок зователя блока 11 напряжения поступает в блок 14, где программно преобразуется, из него выбирается последовательность, соответствующая выб:ранному спектральному каналу, кото рое передается (через блок 11) в блок 13 на экран дисплейного процессора. Дальнейший режим обучения и прогнозирования в пределах кадра дисплейного процессора проходит аналогично первому варианту устройства.

25

Режим прогнозирования объекта с помощью оптоэлектронных блоков в реальном времени для этого варианта

В устройстве по второму варианту блоки 1-3, 12, 7, 11, 13, 14 работают аналогично первому варианту. Некоторые отличия заключаются в поступающих на входы блока 11 напряжениях, а также в работе блоков 47-50.

В режиме обучения с помощью дисплейного процессора и мини-3ВМ отраженное от местности солнечное излучение проходит через оптическую систему 1 и диск блока 47 сканирования по спектральной координате.

Диск эа счет связи с валом блока 17 вращается с такой скоростью, что за время сканирования одного элемента в строке изображения на диске проходит весь участок циркулярного. фильтра. Окрашенный свет поступает на фотоэлектрические преобразователи (блок 48), с выходов которых нап-. ряжения поступают на вход блока 49.

С одного из выходов блока 48 напряжение поступает через третий вход блока 50 на вход первого преобразователя, входящего в блок 50, и устройство 1 1 согласования (на преобразователь аналог-код КАИАК), на, другой вход преобразователей поступает синхрониэирующее напряжение с выхода второго синхронизатора 51.

Подвижный диск синхронизатора 51, связанный через редуктор с валом блока 17, вращается, в результате чего свет от источника проходит чеустройства проходит следующим образом. С выходов блока 48 фотоэлектрических преобразователей напряжения поступают на вход дифференцирующего узла 52 ° Приходящие от блока 48 напряжения x (t<, t,, с,), где t,, с,пространственные координаты, с спектральная, соответствующие первому и третьему фотоэлектрическим пре40 образователям блока 48 (отсчет идет против часовой стрелки со стороны системы с переменным увеличением), поступают на сумматор 55 узла дифференцирования 52, напряжения х (t, +

45 + 4tIq t y у)э х (tIqtg + IItyq Э)в соответствующие второму и четвертому фотоэлектрическим преобразователям, поступают на блок 55 через усилители 56, умножающие входное напряжение на (-1) . На выходе блока 55 формируется приращение по пространственным координатам у (t,,t,йз) (t<+ te э tq+dtgs ) х ((э

+ х (tI t ty) которое поступает на вход коммутатора 53. В результате вращения подвижного диска блока

58 управления коммутатора 53, связанного через редуктор с валом бло17

1280409

18 ка 17, на выходах фотоэлектрических преобразователей неподвижного диска появляются импульсы, временное расстояние между которыми соответствует расстоянию между спектральными составляющими. Эти импульсы подаются на входы электронных ключей 57 и последовательно их отпирают. В результате отсчетные значения у (t(rgb tg) В отсченьж 10 точках (k-1) (k = 1,r), соответствующие г спектральным компонентам, подаются соответственно на первый вход умножителей 36, 37 и 38 блоблока 54. С выходов этих умножителей .15 напряжения произведений констант

86, 87, 88, (i = 2, r-1), поступающих иэ мини-ЭВМ, на отсчетные значения подаются на интегратор 59, где накапливаются, в результате чего формиру- 20 ется напряжение F. С второго входа блока 49 на интегратор 59 в моменты окончания элемента изображения с выхода синхронизатора 12 поступают импульсы гашения. Эти импульсы пос- 25 тупают на вход схемы установки нулевых начальных условий блока 59 (эта схема представляет собой, например, электронный ключ, отпирающийся в момент прихода импульса с блока 12.. 30

Электронный ключ замыкает накопительный элемент, например конденсатор, устанавливая нулевые начальные условия). Дальнейшие преобразования в блоке 54 аналогичны блоку 33. Нап- 35 ряжение Р оценки вероятности нахождения объекта подается через четвертый вход блока 50 на вход второго ана.аналого-цифрового преобразователя, входящего в блок 50, а на его другой 40 вход поступают синхронизирующие импульсы с блока 12 через первый вход блока 50, обеспечивающие его работу.

Аналогичные напряжения поступают на преобразователь блока 11, что обес- 45 печивает контроль результатов прогнозирования с помощью дисплейного процессора 13.

Формула изобретения 50

1. Устройство для считывания и обработки изображений объектов, содержащее фокусирующую систему, входы которой подключены к соответствующим выходам блока управления и оптически связаны с одним выходом блока сканирования и с входами матрицы оптических преобразователей, выходы которых QIIтически связаны с входами соответствующих расширителей, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к входу блока регистрации, интерференционные фильтры, входы которьгх оптически связаны с выходами соответствующих расширителей, а выходы оптически связаны с входами соответствующих фотоэлектрических нреобразователей, выходы которых подключены к соответствующим входам блока суммирования, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит блок согласования, входы группы которого подключены к выходу соответствующих фотоэлектрических преобразователей, а вьгход соединен с одним входом блока суммирования, выход которого подключен к одному входу блока согласования и к одному входу аналого-цифрового преобразователя, синхронизатор, вход которого соединен с другим выходом блока сканирования, а выход подключен к другому входу блока согласования и к другому входу аналого-цифрового преобразователя, входы группы которого соединены с выходами соответствующих фотоэлектрических преобразователей, и вьгчислительные блоки, входы и выходы которых подключены к соответствующим выходам и входам блока согласования.

2. Устройство для считывания и обработки изображений объектов, содержащее фокусирующую систему, входы которой соединены с соответствующими выходами блока управления и оптически связаныс одним выходом первого блока сканирования, фотоэлектрические преобразователи, выходы которых подключены к соответствующим входам блока суммирования, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит синхронизаторы, входы которых соединены с соответствующими выходами первого блока сканирования, а выходы подключенЫ к первому и второму входам аналого-цифрового преобразователя, блок согласования, входы которого соединены с выходами синхронизаторов и блока суммирования, а выход подключен к одному входу блока суммирования, другие входы которого соединены с!

12804 соответствующими выходами первого блока сканирования и первого синхронизатора, вычислительные блоки, входы и выходы которых подключены к соответствующим выходам и входам 5 блока согласования, и втброй блок сканирования, один. вход которого соединен с соответствующим выходом первого блока сканирования, другой оптически связан с выходом фокусирующей 10 системы, а выход оптически связан с входами фотоэлектрических преобразователей, выход одного из которых подключен к соответствующему входу блока согласования и к третьему входу 15 аналого-цифрового преобразователя, четвертый вход которого соединен с выходом блока суммирования.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сум- 20

09 20 мирования содержит последовательно соединенные узел дифференцирования, входы которого являются входами группы блока, и узел определения вероятностей, другой вход которого является входом блока, а выход является выходом блока.

Устройство по и. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок суммирования содержит последовательно соединенные узле дифференцирования, входы которого являются входами группы блока, коммутатор, другой вход которого является первым входом блока, и узел определения вероятности, другие входы которого являются вторым и третьим входами блока, а выход является выходом блока.

1280409

1 280409 срым б

Составитель А. Романов

Техред В.Кадар Корректор С. Черни.Редактор М. Дылын

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7053/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4