Устройство для измерения размерных параметров бинарного сигнала

 

Изобретение относится к измерительной технике Целью изобретения является повышение производительности за счет автоматизации вычислений Устройство позволяет измерить временное положение как передней, так и задней границы бинарного сигнала, состоящего из случайного числа световых зон, а также проводит суммирование накопленной информации и положении границ сигнала без ее промежуточного считывания , что позволяет работать в реальном масштабе времени 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

«i)s G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4706509/28 (22) 19.06.89 (46) 07.07.92, Бюл. N. 25 (71) Киевский филиал Научно-исследовательского технологического института оптического приборостроения (72) С.О,Езерский и В,В.Калашников (53) 531.7(088,8) (56) Техническое зрение роботов./Под ред.

А.Пью. — M.; Машиностроение, 1987, с.47, Сураков А.Я. и др. Микропроцессорная система измерения параметров бинарных изображений на основе многоэлементного фотоприемника. — .Микропроцессорные средства и системы. 1988, N.. 1, с.54.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологических контрольно-измерительных приборах двух основных направлений; в приборах для бесконтактного определения положения объектов и их размеров и в приборах для измерения времени упреждения и продолжительности контактирования синхроконтакта фотоаппарата.

Известно устройство определения положения, содержащее счетчик положения передней границы обьекта, а также логику выделения окна анализа в телевизионном растре, причем синхрониэирующий вход связан с входом начальной установки счетчиков, их тактовые входы связаны с одноименным входом устройства, управляющий вход счетчика размера объекта связан с информационным входом устройства.

„„« Ы„„174б220 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ БИНАРНОГО

СИГНАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение производительности за счет автоматизации вычислений. Устройство позволяет измерить временное положение как передней, так и задней границы бинарного сигнала, состоящего из случайного числа световых эон, а также проводит суммирование накопленной информации и положении границ сигнала беэ ее промежуточного считывания, что позволяет работать в реальном масштабе времени. 2 ил.

Недостатком устройства является невысокая точность, которая вызвана невозможност ю учета провалов в бинарном сигнале.

Известно устройство для измерения параметров бинарных изображений, содержащее счетчики координаты и ширины световой зоны, счетчик числа световых эон, оперативные запоминающие устройства координаты и ширины световой зоны. Тактовые входы счетчиков координаты и ширины световой зоны связаны с тактовым входом устройства. Синхронизирующий вход связан с входом начальной установки счетчика координаты световой зоны, информационный вход — с входом управления оперативного запоминающего устройства координаты световой зоны и тактовым входом счетчика числа световых зон.

Недостатком устройства является невысокая производительность.

1746220

3

Цель изобретения — повышение производительности устройства за счет автоматизации вычислений путем введения воэможности измерения временного положения передней и задней границ бинарного сигнала состоящего из случайного числа световых эон, а также за счет введения воз, можности суммирующего накопления информации о положении границ бинарного сигнала без ее промежуточного считывания, что позволяет проводить обработку информации методами усреднения многократных отсчетов в реальном масштабе времени, и за счет формирования устройством передней и задней границ анализа, последняя из которых связана с временным положением полезного сигнала, что позволяет снизить вероятность влияния помех на результаты измерения.

Цель достигается тем, что устройство. для измерения размерных параметров бинарного сигнала, содержащее счетчики координаты и ширины световой зоны, тактовые входы которых являются одноименными входами устройства, снабжено перезапускаемым одновибратором зоны анализа, одновибратором передней границы анализа, триггером начала отсчета. триггером фиксации координаты световой зоны, триггером анализа и четырьмя элементами

И, причем инверсные S-входы всех триггеров обьединены и являются входами начальной установки, 0-входы триггеров, кроме триггера анализа, связаны с нулевой. шиной, входы первого элемента И являются синхронизирующим и управляющим входами устройства. выход первого элемента И связан с динамическим С-входом триггера начала отсчета, инверсный выход которого связан с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов И. и входом запуска одновибратора передней границы анализа, первый вход четвертого элемента

И является информационным входом устройства, третий вход связан с выходом одновибратора передней границы анализа, а выход четвертого элемента И связан с Dвходом триггера анализа, С-входом триггера фиксации координаты световой зоны и входом запуска перезапускаемого одновибратора зоны анализа. тактовые входы одновибраторов связаны с одноименными входами счетчиков координаты и ширины световой зоны. а выход перезапускаемого одновибратора связан с динамическим Свходом триггера анализа, инверсный выход которого связан с вторым входом третьего элемента И, выход которого связан с входом управления счетчика ширины световой зоны.

Вход управления счетчика координаты световой эоны связан с выходом второго элемента И, второй вход которого связан с выходом триггера фиксации координаты световой эоны, информационно-управляющие выходы счетчиков и одновибраторов являются соответствующими группами выходов устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы; поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения размерных параметров бинарного сигнала содержит счетчики 1 и 2 соответственно координаты и ширины световой эоны, одновибратор 3 передней границы анализа, переэапускаемый одновибратор 4 зоны анализа, триггер 5 начала отсчета, триггер 6 фиксации координаты световой зоны, триггер 7 анализа. первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый

11 элементы И. Тактовый вход 12 устройства связан с одноименными входами 13 счетчиков 1, 2 и одновибраторов 3 и 4. Вход 14 начальной установки связан с обьединенными инверсными S-входами триггеров 5-7.

0-входы триггеров 5 и 6 связаны с нулевой шиной. Синхронизирующий 15 и управляю- щий 16 входы устройства, обьединенные по

И первым элементом И 8, управляют дина-. мическим С-входом триггера 5 начала отсчета, инверсный вь ход которого связан (как стробирующий прохождение информации) с первыми входами второго 9, третьего 10 и четвертого 11 элемен1ов И, а также с входом

17 запуска одновибратора 3 передней границы анализа, Выход 18 последнего обьединен (как стробирующий) с третьим входом четвертого элемента И 11, на второй вход которого поступает информация с информационного входа 19 устройства. Выход четвертого элемента И 11 связан с динамическим С-входом триггера 6, 0-входом триггера 7 и входом 20 запуска одновибратора 4, выход 21 которого (как стробирующий) связан с динамическим Свходом триггера 7 анализа, инверсный выход которого связан с вторым входом третьего элемента И 10. выход которого связан с входом 22 управления счетчика 2 ширины световой зоны, причем одноименный вход 22 счетчика 1 координаты световой эоны управляется с выхода второго элемента

И 9, второй вход которого связан с выходом триггера 6 фиксации координаты световой зоны. Информационно-управляющие входы

23 счетчиков 1, 2 и одновибраторов 3, 4 являются соответствующими группами выходов устройства.

1746220

55

В процессе работы устройством определяется временное положение границ бинарного сигнала, являющегося отображением оптического сигнала в плоскости изображения, совмещенного с приемным окном внешнего по отношению к предлагаеМоМу устройству линейного многоэлементного фотоприемника на ПЗС.

Нэ фиг, 2 а — последовательность импульсов на тактовом входе 12 устройства; б — сигнал на синхронизирующем входе 15 устройства; в — сигнал на управляющем входе 16 устройства; г-- сигнал на инверсном выходе триггера 5 начала отсчета: д — сигнал на выходе .18 одновибратора 3 передней границы анализа: е — сигнал нэ информационном входе 19 устройства; ж — сигнал на выходе четвертого элемента И 11; з — сигнал на выходе триггера 6 фиксации координаты световой зоны; и — сигнал на управляющем входе счетчика 1 координаты световой зоны; к †.сигнал на выходе 21 перезапускэемого одновибратора 4 зоны анализа; л-сигнал на выходе триггера 7 анализа; м— сигнал на управляющем входе 22 счетчика 2 ширины световой зоны.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе 18 одновибратора 3 передней границы анализа присутствует сигнал высокого уровня. Счетчики 1 и 2 приведены в начальное состояние (в них записана уставка или они обнулены).

По входу 14 начальной установки триггеры

5-7 приведен ы в состоя ние низкого уровня по их инверсным выходам. На управляющем входе 16 устройства выставлен сигнал низкого уровня. На синхронизирующий вход 15 поступает синхропоследовательность (синхронизации начала строки для

ПЗС фотоприемника). Тактовые сигналы (для ПЗС фотоприемников — последовательность импульсов, подаваемая на одну из фаз переноса зарядовых пакетов) поступают на тактовый вход 12 устройства и, как следствие, на одноименные входы 13 счетчиков 1, 2 и одновибраторов 3 и 4. Однако счетчик 1 координаты световой зоны заблокирован по своему управляющему входу 12 сигналом низкого уровня с инверсного входа триггера 5 начала отсчета через второй элемент И 9, а счетчик 2 ширины световой зоны заблокирован сигналом низкого уровня через третий элемент И 10 с инверсного выхода триггера 5 начала отсчета.

Перед циклом измерений в одновибратор 3 передней границы анализа по информационно-управляющим входам записывается цифровой код, соответствующий числу координатных отсчетов (например, фоточув5 l0

40 ствительных элементов для ПЗС) относительно начала координат поля анализа, соответствующий области, в которой запрещается анализировать информацию из-за возможности наличия бликов или паразитных сигналов, вызванных темновыми токами для ПЗС. Аналогичным образом в перезапускаемый одновибратор 4 зоны анализа записывается цифровой код, равный числу координатных отсчетов, заведомо превышающем ширину максимально возмо>кного провала в бинарном информационном сигнале, Указанное число координатных отсчетов легко определяется экспериментально и может быть задано априорно с существенным запасом (К 4), Цикл работы устройства заключается в однократном или, пр» необходимости, многократном накоплении информации о размерных параметрах бинарного сигнала.

Считывание информации из счетчиков 1 и 2 может быть выполнено после завершения п измерений кэк сумма кодов, несущих информацию о положении передней границы бинарного сигнала из счетчика 1, и сумма кодов, несущих информацию о координате. отстоящей от задней границы бинарного сигнала на фиксированное число координатных отсчетов, предварительно записанное в перезапускэемый одновибратор 4 зоны анализа. После считывания указанных, сумм перед на <алом нового цикла измерений в счетчики 2 и 1 записываются начальные уставки (или они обнуляются) и цикл измерений может быть повторен. Обновления информации в одновибраторах 3 и 4 в большинстве случаев не требуется.

В процессе работы внешнее по отношению к предлагаемому устройство (например, микроконтроллер), входящее в состав технологического прибора, устанавливает сигнал высокого уровня на управляющем входе 16 устройства в момент t> (диаграмма в, фиг. 2). В момент времени ty в результате совпадения высокоуровневых сигналов на синхронизирующем входе 15 (периодическая последовательность) и управляющем входе 16 и, как следствие, на входах первого элемента И 8 на выходе последнего и на динамическом С-входе триггера 5 начала отсчета появляется положительный перепад, приводящий к опрокидыванию последнего и появлению на его инверсном выходе положительного перепада (фиг. 2 j. задающего начало цикла измерения. Выработка указанного сигнала в свою очередь инициирует запуска счетчика 1 координаты световой зоны по управляющему входу 22 (фиг. 2и) в результате совпадения сигна loB высокого уровня на входах второго элемента И 9; за1746220 занного импульса отрицательной полярности между моментами t6 u te вызвана срезом провала между моментами t6 и t7 бинарного сигнала (фиг, 2ж), а не последним срезом

5 сигнала в момент времени t11 то в момент

tg окончания импульса отрицательной полярности на выходе 21 одновибратора 4 и, на своем выходе 18 (фиг. 2д); разблокировку

10 по первому входу четвертого элемента И 11.

Прохождение сигнала с информационного входа 19 устройства (фиг. 2е) через четвертый элемент И 11 запрещено по третьему входу до момента t4 окоччания им15 пульса отрицательной полярности (фиг. 2е) на выходе одновибратора 3. Таким образом. информация, поступающая на вход устройства между моментом t1 (соответствует началу области анализа) и мîMåíTîM t4

20 (соответствует передней границе анализа) не фиксируется.

На фиг. 2 показано как указанным способом отфильтровывается паразитный импускаемого одновибратора 4 последним генерируется импульс отрицательной полярности (фиг. 2к). Если на протяжении укапульс, появляющийся на информационном входе устройства в момент времени тз (диагзанного импульса на вход 20 запуска одновибратора 4 поступает срез за счет порамма e). Начиная с момента времени tp . явления провала в момент тю, импульс на выходе 21 одновиб- ратора 4 удлиняется, так как последний является перезапускаемым, т.е. окончание импульса отрицательной полярности в момент тц произойдет через яисокончания импульса отрицательной полярности на выходе 18 одновибратора 3 раз30 блокировано прохождение информации через четвертый элемент И 11 с входа 19 устройства, Вследствие этого в момент времени Ь, соответствующий поступлению на укаэанный вход полезного бинарного сигнало периодов тактовой частоты, предварительно записанное в указанный одновибратор (в данном примере К = 4), относительно последнего среза информационного бинарного сигнала, поступающего на вход запуска одновибратора 4. В данном примере указанный импульс растянут на четыре периода тактовой частоты, В момент

112 (фиг. 2к) фронт сигнала с выхода 21 одно45

50 фиксирован код, соответствующий числу координатных отсчетов относительно начала поля анализа, увеличенному на К по отношению к номеру отсчета задней границы световой зоны. При этом, эа счет заблокировки ность одного провала в бинарном сигнале (фиг. 2к). В рассматриваемом примере К = 4 (т,е. предполагается, что в бинарном сигнале не может быть провалов более 4 координатных отсчетов). В момент тв окончания импульса отрицательной полярности на выходе 21 одновибратора 4 его фронт воэдей55 счетчика 1 с выхода триггера 6 фиксации координаты световой эоны и счетчика 2 с выхода триггера анализа 7, воздействие паразитных сигналов в момент 11з (фиг. 2ж) после опрокидывания триггера 7 в момент ствует на динамический С-вход триггера 7 анализа (фиг, 2к). Поскольку генерация укатц (фиг. 2к) не приведет к изменению их пуск счетчика 2 ширины световой эоны (фиг.

2м) в результате совпадения сигналов высокого уровня на входах третьего элемента И

10 и, как следствие, появления сигнала высокого уровня на управляющем входе 22; запуск одноаибратора 3 передней границы анализа по входу 22 запуска и, как следствие генерирование им импульса отрицательной полярности заданной длительности ла. его фронтом опрокидывается триггер 6 фиксации координаты световой зоны (фиг.

2з), что вызывает эаблокирование счетчика

1 no его управляющему входу 22 через второй элемент И (фиг. 2и) и. как следствие, запрещение счета последним. Таким образом, после прихода фронта бинарного сигнала в интервале зоны анализа в счетчике 1 запоминается код координаты световой эоны. В момент времени tr, соответствующий появлению провала в бинарном сигнале и, как следствие, среза на выходе четвертого элемента И 11 и на входе запуска 20 одновибратора 4 (фиг, 2ж), на выходе 21 последнего генерируется импульс отрицательной полярности. длительность которого превышает максимально. возможную длителькак следствие, поступления положительного перепада (фиг. 2к) на С -вход триггера 7 анализа на его D-входе присутствует сигнал высокого уровня, поступающий с выхода четвертого элемента И 11 (фиг, 2ж). Вследствие этого состояние выхода триггера 7 анализа не изменяется (фиг. 2л) и продолжается счет импульсов счетчиком 2 за счет поддержания состояния раэблокировки его по управляющему входу через третий элемент И 10 (фиг. 2м). В моменты tg u ttp наблюдаются повторные провалы в бинарном сигнале. При этом в момент tg за счет воздействия среза на вход 20 запуска перезавибратора 4 опрокидывает триггер 7 анализа, так как на его 0-входе в данный момент времени присутствует сигнал низкого уровня. В результате в момент t12 отрицательный перепад на выходе триггера 7 анализа (фиг. 2л) вызывает через третий элемент И

10 заблокировку счетчика 2 ширины световой зоны по его управляющему входу 22 (фиг. 2м) и, как следствие, в последнем эа1746220

10 состояния. Таким образом, задняя граница анализа сформирована триггером 7 через К координатных отсчетов относительно задней границы полезного сигнала, Несмотря на то, что в данном примере 5 рассмотрен лишь один из вариантов расположения провалов в бинарном сигнале, указанный принцип работы может быть обобщен на все возможные варианты в виде следующих формулировок. 10

В случае отсутствия провалов в бинарном сигнале одновибратор 4 зоны анализа срабатывает один раз в момент поступления на его запускающий вход 20 задней границы бинарного сигнала, что вызовет on- 15 рокидывание триггера анализа через К тактовых импульсов.

В случае наличия провалов в бинарном сигнале, если,за время действия импульса на выходе одновибратора 4 íà его вход 21 20 не поступают отрицательные перепады. вызванные близлежащими провалами или задней границей бинарного сигнала, одновибратором 4 генерируется импульс длительностью К, причем его фронт не вы- 25 зывает опрокидывания триггера 7 анализа, В случае, если провалы в бинарном сигнале расположены на временной оси столь близко, то эа время действия импульса на . выходе 21 перезапускаемого одновибрато- 30 ра 4 указанный импульс удлиняется на К периодов тактовой частоты относительно последнего среза. При этом. если за время действия импульса на его запускающий вход 20 воздействуют лишь срезы провалов, 35 но не срез задней границы бинарного сигнала. Фронт импульса на выходе 21 одновибратора 4 не вызывает опрокидывания триггера 7. Если за время действия указанного импульса или после его окончания на 40 вход запуска 20 одновибратора 4 поступит отрицательный перепад задней границы бинарного сигнала, то в момент окончания импульса отрицательной полярности на выходе 21 одновибратора 4 произойдет оп- 45 рокидывание триггера 7 анализа, что вызовет фиксацию координаты, отстоящей на К отсчетов от задней границы бинарного сигнала. Для осуществления накопления данных о границах бинарного сигнала 50 внешнему устройству достаточно анализировать состояние триггера 7 и выдавать после его. опрокидывания следующую последовательность сигналов, инициирующих новый цикл измерения: сигнал низкого 55 уровня на входе 14 начальной установки. что приводит триггеры устройства в исходное состояние; сигнал высокого уровня на входе начальной установки, что разблокирует триггеры по их инверсным S-входам, После этого при сохранений сигнала высокого уровня на управляющем входе устройства 16 (фиг. 2в) в момент поступления очередного импульса синхронизации на одноименныйый вход 15 устройства (фиг. 2б) инициируется новый цикл измерения, что вызывает накопление информации в счетчиках 1 и 2, Аналогичным образом может быть .инициировано необходимое число циклов накопления. После завершения серии циклов накопления информация считывается из счетчиков и с управляющего входа устройства снимается сигнал высокого уровня, а триггеры приводятся в исходное состояние по входу 14 устройства, Новый цикл накопления может быть выполнен после перехода к другой точке анализируемой плоскости в датчике пространственного положения, в котором используется предлагаемое устройство. Аналогично предлагаемое устройство может работать в измерителях времени упреждения начала и продолжительности контактирования синхроконтакта фотоаппарата. При этом на объединенные синхрониэирующий и управляющий входы устройства могут поступать логические сигналы, соответствующие моменту начала открывания кадрового окна фотоаппарата, а на информационный вход 19 -- сигнал замыкания контролируемого синхроконтакта.

При этом счетчиком координаты световой зоны измеряется упреждение начала, а счетчиком ширины световой зоны зафиксируется момент, отстоящий от момента размыкания синхроконтакта на заданный временной интервал. Несложные вычисления позволяют определить искомые величины. Обьединение синхронизирующего 15, управляющего 16 и информационного 19 входов позволит измерить продолжительность произвольно о "дребезжащего" процесса.

Счетчики и одновибраторы в предлагаемом устройстве могут быть реализованы на основе БИС интегральных таймеров

КР580ВИ53, запрограммированных в соответствующие режимы, или на дискретных логических элементах, Одновибраторы также могут реализовываться на основе перезапускаемых одновибраторов К555АГЗ.

Формула изобретения

Устройство для измерения размерных параметров бинарного сигнала, содержащее счетчик координаты и счетчик ширины световой зоны, тактовые входы которых являются одноименными входами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности. оно снабжено переэапускаемым одновибратором зоны анализа, одновибратором передней

1746220 границы анализа, триггером начала отсчета, ° триггером фиксации координаты световой зоны, триггером анализа, четырьмя элементами И, инверсные S-входы всех триггеров объединены и являются входами начальной установки устройства, 0-входы триггеров. кроме триггера анализа, связаны с нулевой шиной. входы первого элемента И являются синхронизирующим и управляющим входами устройства, выход первого элемента И связан с динамическим С-входом триггера начала отсчета, инверсный выход которого связан с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов И, и входом запуска одновибратора передней границы анализа, первый вход четвертого элемента

И является информационным входом устройства, третий вход связан с выходом одновибратора передней границы анализа, а .выход четвертого элемента И связан с О/ . входом триггера анализа, С-входом триггера фиксации координаты световой зоны и входом запуска перезапускаемого одновибратора зоны анализа, тактовые входы одно5 вибраторов связаны с одноименными входами счетчиков координаты и ширины световой зоны. а выход перезапускаемого одновибратора — с динамическим С-входом григгера анализа, инверсный выход которо10 го связан с вторым входом третьего элемента И, выход которого связан с входом управления счетчика ширины световой зоны, вход управления счетчика координаты световой зоны связан с выходом второго

15 элемента И, второй вход которого связан с выходом триггера фиксации координаты световой эоны, информационно-уп равляющие выходы счетчиков и одновибраторов являются соответствующими группами

20 выходов устройства.

1746220 .

No2. 2

Составитель С.Езерский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101 Заказ 2388 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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