Способ определения декартовых координат геометрического центра светового пятна

 

Изобретение относится к автома-:. тике, вычислительной и измерительной технике. Цель изобретения -.повышение точности определения светового пятна. Сущность данного способа заключается ;в проецировании светолзогб изхгучения lot объекта на фоточувствительную мйтрйцу эл-тов преобразования светового сигнала в электрический сигнал и в параллельном сдвиге.совокупностей ползгченных электрическнх сигналов под углом 45 к осям декартовой системы координат, за исключением крайнего левого столбца и нижней строки, для которых сдвиг электрических сигналов производят вдоль оси координат к началу координат. Такой специ4а1ческий сдвиг изображения позволяет при его смацении не потерять информац оо о геометрических размерах поля изображения. В итоге все изображения по мере смещения будут деформироваться и все 3л-ты со временем перейдзгг в невозбувденное состояние. Способ повышает точность определения координат.геометрического центра световых Пятен размером, большим одного эл-та разрешения. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

O9) (11) 1511 4 Н 04 N 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ .КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4051299/24-09 (22) 07.04.86 (46) 23.07.88. Бюл. У 27 (71) Винницкий политехнический институт . (72) В.Г.Красилеико и P.Â.Áîéêî (53) .621.397(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1254893, кл. Н 04 N 7/IS, 1985.. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕКАРТОВЫХ

КООРДИНАТ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ЦЕНТРА СВЕТОВОГО ПЯТНА (57) Изобретение относится к автома-::тике, вычислительной .и измерительной технике . Цель изобретения — повышение .точности определения светового пятна.

Сущность данного способа заключается ,.в проецировании световоГб излучения от объекта на Фоточувствительную матрицу эл-тов преобразования светового сигнала в электрический сигнал и в параллельном сдвиге. совокупностей полученных электрических сигналов под углом 45 к осям декартовой системы координат, за исключением крайнего. левого столбца и нижней строки, для которых сдвиг электрических сигналов праизводят вдоль оси координат к началу координат. Такой специфический сдвиг изображения позволяет при его смещении не потерять ин4орма по о геометрических размерах поля изображения. В итоге все изображения по мере смещения будут деформироваться и все.эл-ты со временем перейдут в невозбужденное состояние. а

Способ повышает точность определения координат. геометрического центра световых пятен размером, большим одного эл-та разрешения. 2.ил.

1412003

Изобретение относится к антоматике, вычислительной и измерительной технике и может использоваться для создания измерительных, информационных и управляющих систем, в частности в робототехнике в системах рас- познавания образов, Целью изобретения является повышение точности определения коорди- 1р нат геометрического центра световых пятен с размером, большим одного элемента разрешения.

На фиг.1 приведена схема, поясняющая способ измерения координат гео- 15 метрического центра светового пятна; на фиг,2 — структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения декартовых координат геометрического центра светового пят- 20 на.

Сущность изобретения заключается в проецировании светового излучения от объекта на фоточувствительную мат- 25 рицу элементов преобразования светового сигнала в электрический сигнал, параллельном сдвиге совокупностей полученных электрических сигналов под углом 45 к осям декартовой системы ЗР координат, за исключением крайнего левого столбца и нижней строки, для которых сдвиг электрических сигналов производят вдоль оси координат к началу координат. При таком сдвиге электрических сигналов, соответствующих исходному изображению, или другими словами при сдвиге изображения о под углом 45 относительно осей координат, в какой-то момент времени 4р изображение достигает своим нижним элементом оси ОХ, а левым элементом,оси ОУ соответственно, Возможен случай, когда эти моменты времени совпадают. Поскольку иэображение смеща- 45 о ется под углом 45 к осям координат, моменты времени касания осей координат определяют расстояние или координату до крайнего элемента изображения по другой оси. При таком смещении элементов изображения все элементы фоточувствительной матрицы элементов за исключением крайнего левого столбца и нижней строки принимают состояние верхнего справа элемента от рассматриваемого, а элементы нижней строки и левого столбца переходят в состояние, зависящее от состояния двух элементов, правого и правого сверху для нижней строки, верхнего и верхнего справа для крайнего левого столбца. Если хотя бы один из двух соседних элементов находится в возбужденном состоянии, то соответствующий элемент первого столбца и нижней строки также переходит в возбужденное состояние. Такай специфический сдвиг изображения позволяет при его смещении не потерять информацию о геометрических размерах поля изображения. При этом в конечном итоге все изображение по мере смещения деформируется и все элементы со временем переходят в невозбужденное состояние.

Предлагаемый способ заключается в следующем. На фоточувствительную матрицу элементов проецируется изображение фигуры, для которой необходимо определить координаты геометрического центра в плоскости фоточувствительной матрицы элементов. Пусть изображение имеет форму (фиг.la).При этом в активном состоянии (логическая единица) находятся ячейки фотоприемной матрицы, отмеченные звездочкой, остальные погашены (в состоянии логического нуля). Исходное изображение имеет координаты геометрического центра Х=б, Y=4. С началом развертки идет сдвиг изображения к о началу координат под углом 45 к осям декартовой системы координат. Стрелкон показана последовательность сдвига изображения светового пятна. Как видно в каждом такте делается шаг одновременно по координатам Х и Y. В данном. случае через, три такта достигаются нижняя. строка и,крайний слева столбец фоточувствительной матрицы элементов, т.е. в третьем такте пересекаются оси ОХ и OY (фиг.1Ь).

Таким образом, в данном случае оси

ОХ и 07 пересекаются по истечении времени ЗТ от начала сдвига, где Т— период следования тактовых импульсов, причем длительность ЗТ однозначно соответствует расстоянию крайних левого и нижнего элементов изображения пятна до осей ОХ и OY. Эти расстояния равняются трем пространственным дискретам. После подачи двух последующих тактовых импульсов в активном состоянии после каждого такта оказываются элементы, показанные соответственно на фиг. 15 и L. Bo второй снизу строке хотя бы один воз1412003 бужденный элемент находится на протяжении трех тактов, что соответствует вертикальному размеру поля изображения. Поэтому, фиксируя с помощью схе- 5 мы ИЛИ для сигналов с элементов второй снизу строки наличие. хотя.бы одного элемента в строке и количество тактов такого события, можно определить максимальный вертикальный размер изображения, выбор второй снизу строки определяется отсутствием в таком случае пропуска сигналов изображения.

Аналогично возбужденные элементы или хотя бы один из них находятся во втором слева столбце на протяжении следующих семи тактов с второго по восьмой (фиг.1о -ф), что однозначно соответствует максимальному размеру 20 горизонтального поля изображения.

Поэтому, фиксируя с помощью схемы

ИЛИ для сигналов с элементов второго слева столбца наличие хотя бы одного элемента в столбце и количество так- 25 тов такого события, можно определить максимальный горизонтальный размер изображения. Выбор второго слева столбца определяется отсутствием в таком случае пропуска сигналов иэображения .

Координату У геометрического центра можно определить по расстоянию до нижнего элемента изображения, выраженному в целом числе дискретов плюс половина вертикального размера поля изображения, так как вертикальный размер изображения, определяемый расстоянием между центрами самого нижнего и самого верхнего элементов, 4п связан с числом строк принадлежащих изображению соотношением

1э, (1) где n - число строк, принадлежащих изображению; 4S

r —. вертикальный размер изобраB жения.

Аналогичным образом можно найти .координату Х геометрического центра изображения, зная его максимальный горизонтальный размер. Искомые координаты Х„ и 7,„ равны пв -1 è, Уне (2) пг -1

Х Х +IL лэ 2

КооРдинаты Ун з и Х„е однозначно., соответствуют моментам времени достижения элементами изображения соответствующих осей координат и равны трем. Значения и и пг однозначно соответствуют времени пребывания в возбужденном состоянии хотя бы одного элемента второй снизу строки и второго слева столбца. Значения п Е--1 и n — 1 однозначно соответствуют проr межутку времени между моментом достижения изображением соответствующей оси и моментом перехода в невозбужденное состояние всех элементов второй снизу строки и второго слева столбца при их обратном переходе с возбужденного состояния. В нашем случае эти времена соответственно равны

5Т- ЗТ =- 27 е

t 9Т вЂ” 3T = бТ.

Количество тактовых импульсов, соответствующих данным временным интервалам, равны в этом случае числу возбужденных строк и столбцов, принадлежащих иэображению, уменьшенным на единицу (1), r> =2; rr =6. Фиксируя таким образом количество счетных импульсов или временные интервалы, определяют искомые координаты по формулам (2) Y = 4, .Хц= б.

Таким образом, координату геометрического центра изображения по горизонтальной осН определяют по суммарной длительности временного интервала от начала развертки до момента пересечения сигналом развертки крайнего левого элемента изображения и половине длительности временного интервала, соответствующего максимальному размеру изображения, или по количеству тактовых импульсов, содержащихся в данном интервале времени.

Способ может быть реализован на любом устройстве, построенном на базе фоточувствительной матрицы элементов с самосканированием, Зто может быть матрица приборов с зарядовой связью (ПЗС), матричная структура светодиод-фотодиод и другие. Для примера показана реализация способа с использованием двумерного регистра сдвига (ДРС).

Устройство содержит квадратную фоточувствительную матрицу 1 элементов, состоящую из И строк и N столбцов фоточувствительных ячеек 2, включающих фотодиоды 3 и D-триггеры с соответствующими связями, которые осуществляют прием, хранение и передачу ик1412003 формации, N-2 элементов ИЛИ 4; и

N-? элементов ИЛИ 4,; элементы ИЛИ

4 „и 4,, тактовый генератор 5, элементы И 6-9, делители 10 и 11 частоты, элементы ИЛИ 12 и 13, счетчики 14 и 15 координат, триггеры 16 и

l7 управления.

Выход тактового генератора 5 соединен со всеми тактовыми входами D- 10 триггеров ячеек 2, Выходы Р"триггеров поля фотоприемной матрицы соединены следующим образом. Выходы всех

ij-х триггеров, где i - номер строки; — номер столбца поля фотоприемной матрицы, кроме крайнего левого столбца и нижней строки, соединены с входами (i-l, j-1) триггеров. Для крайнего слева столбца выходы триггера с номером (i Î) и триггера с номером 20 (i,1) объединены посредством элемента ИЛИ 4; и подаются на вход триггера с номером (i-l, О). Для нижней строки выходы триггеров с номерами (О,j) и (l,j) объединяются посредст- 25 вом элемента ИЛИ 4 и подаются на вход триггера с номером (О,j-l). Кроме того, выходы всех D-триггеров второго слева столбца соединены с входами схемы ИЛИ 4;, а все выходы вто- 30 .Рой снизу строки D-триггеров соединены с входами элемента ИЛИ 4 . Выход тактового генератора 5 соединен также с первыми входами элементов схем И

6-9. Выходы элементов И 6 и 8 через 35 делители 10 и 11 частоты соответственно соединены с вторыми входами элементов ИЛИ 12 и 13. Выходы элементов ИЛИ 12 и 13 соединены с суммирующими входами счетчиков 14 и 15 коор- щ .динат соответственно. Кроме того, второй вход элемента И 6 соединен с ,выходом элемента ИЛИ 4, а второй

1( вход элемента И 9 — с выходом элемента ИЛИ 4, Эти же выходы элементов

1у

ИЛИ 4; и 4, соединены с входами триггеров 16 и 17 управления соответственно. Выход триггера 16 управления соединен с вторым входом элемента И

7, а тРиггеРа 17 управления — с вторым входом элемента И 8. Входы установки в нуль всех D-триггеров, триггеров 16 и 17 управления делителей

10 и 11 частоты и счетчиков 14 и 15 координат соединены с шиной "Началь55 ная установка". !

Устройство для реализации способа определения декартовых координат геометрического центра светового пятна работает следующим образом.

Сигналом "Начальная установка" все элементы сбрасываются в исходное нулевое состояние. Световое излучение проецируется в виде пятна на поверхность фотоприемной матрицы 1. Освещенная фоточувствительная матрица элементов переводит соответствующие

D-триггеры в возбужденное состояние (логическая единица), остальные Dтриггеры остаются в нулевом состоянии, С началом работы тактового генератора 5 изображение начинает сдвигаться к началу координат в направлении, указанном стрелкой под углом 45 к осям декартовой системы координат.

Одновременно тактовые импульсы суммируются в счетчиках 14 и 15 коорди" нат. С достижением изображения второго слева столбца или второй снизу строки фоточувствительной матрицы элементов на выходах элементов ИЛИ

4„ или 4, появляется логическая

1 единица, которая открывает элементы

И б или 8, а триггеры 16 или 17 управления перебрасывает в единичное состояние и закрывает элементы И 7 или 9 соответственно. Со следующего такта в счетчиках координат начинают суммироваться импульсы в режиме через один до тех пор, пока элементы

ИЛИ 4;, или 4, находятся в возбужденном состоянии. С выводом пятна из поля фоточувствительной матрицы элементов элементы ИЛИ 4 ° и 4 пе1) реходят в состояние логического нуля, счет прекращается, а в счетчиках 14 и 15 координат остаются записанные координаты геометрического центра, спроецированного в плоскость фотопри-. емной матрицы светового пятна.

В случае необходимости измерения производят циклически. Для этого выделяют строб окончания счета и используют его как сигнал "Начальная установка", В результате цикл измерения повторяется автоматически. формула изобретения

Способ определения декартовых координат геометрического центра светового пятна, заключающийся в про- ецировании светового пятна на фоточувствительную матрицу элементов

Э; (i=0,1,29 ° ФфN,, j=0ólр,2у ° ° °,N) и преобразования светового сигнала

1412003 в исходную совокупность бинарных электрических сигналов А,, имеющих два уровня:

U если световой сигнал воз1

5 действует на фоточувствительный элемент и по интенсивности превышает пороговое значение, если интенсивность светового сигнала меньше или, равна пороговому значению

U или он не воздеиствует на фоточувствительный элемент, A,. =1J (1,2,...); — логическое сложение бинарных сигналов, и ч а ю шийся тем, что, с 35 повьппения точности определения где р

Ч о тл целью запоминании этой исходной совокупнос- 15 ти электрических сигналов, формировании тактовых импульсов развертки изображения, смещении изображения в диагональном направлении путем формирования новых совокупностей электрических сигналов таким образом, чтобы р-я совокупность формировалась из (р-l)-й по правилу р-S

A+, >„для всех i j Ф 0

Р -1 Р-

Аи (А;,) Ч(Ае, Л„)для iOg

j=(1,2,...N) координат геометрического центра световых пятен с размером, большим одного элемента разрешения, для р-й совокупности сигналов формируют дополнительно первый и второй объединяющий сигналы пересечения изображения с нулевым столбцом и нулевой строкой в соответствии с выражениями я р я ! измеряют временные интервалы Т, и Т движения границ изображения до нулевого столбца и нулевой строки матрицы фотоэлементов путем подсчета числа тактовых импульсов от начала развертки до момента появления соответственно первого и второго объединяющих сигналов с единичным логическим уровнем и прибавления единицы к каждому результату подсчета, измеряют временные интервалы Т и ТЕ, равные времени прохождения изображением расстояний, равных соответственно го ризонтальному и вертикальному размерам изображения, путем счета числа тактовых импульсов за время существования соответственно первого и второго объединяющих сигналов с единичным уровнем, определяют горизонтальную Х и вертикальную Y координаты геометрического центра светового пятна соответственно по формулам

Х=Т + Т/2

Тг + Те 2

1412003

1412003

ФФ ° Ô

Заказ 3675/57

Тираж 660

Подписное

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

Составитель А.Иванов

Редактор И.Шулла Техред М.Дндык, Корректор Л.Патай

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

П!