Телевизионная автоматика (краткое знакомство)

Задачи, решаемые телевизионными автоматами, чрезвычайно разнообразны. Во многих случаях задача заключается в том, чтобы по видеосигналу от телевизионного датчика (ТВД), направленного на некоторый объект, измерить параметры этого объекта, например, угловые размеры, яркость, форму и т.д. Назовем подобное устройство телевизионной измерительной системой (ТИС) и рассмотрим принцип его работы. Можно выделить два основных режима работы ТИС: режим поиска, в котором происходит обнаружение объекта, и режим слежения, в котором измеряются параметры объекта.

Схема обработки сигнала от ТВД в режиме поиска (рисунок 5.15) содержит последовательно соединенные фильтр обнаружения ФО и пороговое устройство ПУ. Импульс на выходе ПУ свидетельствует об обнаружении объекта, после чего ТИС переводится в режим слежения. Кроме того, момент появления этого импульса позволяет приближенно определить местоположение обнаруженного объекта в пределах растра и использовать эти данные для первоначальной установки параметров режима слежения.

 

Рисунок 5.15 – Организация режима поиска в ТИС

Режим слежения организуется по-разному в зависимости от типа используемого датчика сигнала. В диссекторных системах целесообразно использовать следящую развертку или следящий растр. При использовании ТВД с накоплением зарядов (видикон, ПЗС-матрица) целесообразно сохранить стандартный режим разложения, а сократить временной интервал видеосигнала, подлежащего обработке в режиме слежения. Выделение этого интервала осуществляется с помощью следящего строба, временное положение которого совпадает с импульсами видеосигнала от объекта. Пространственное положение строба в растре (рисунок 5.16, а) характеризуется координатами X, Y центра строба относительно центра растра, а положение объекта в стробе – координатами Δ X, Δ Y центра объекта относительно центра строба (рисунок 5.16, б).

Рисунок 5.16 – Пространственное положение следящего строба в растре (а) и объекта в стробе (б)

 

Работа ТИС в режиме следящего строба организуется следующим образом (рисунок 5.17). Начиная со следующего после обнаружения кадра ГС

Рисунок 5.17 – Организация режима слежения в ТИС: УП – управляемая платформа (привод); ССГ – специализированный синхрогенератор; ФИС – формирователь импульсов сброса; ПС – преобразователь стандарта; ДСО – дискриминатор сигнала ошибки; ГС – генератор строба

вырабатывает стробирующий импульс, который с помощью ключа K вырезает часть видеосигнала на временном интервале, содержащем информацию об обнаруженном объекте.

Сигнал, ограниченный стробом, через ПС поступает на ДСО и к измерительному блоку, где производится вычисление искомого параметра объекта. Назначение дискриминатора (ДСО) состоит в вычислении координат Δ X, Δ Y энергетического центра объекта относительно центра строба. Таким образом, имеем две системы координат: неподвижную по осям X и Y и подвижную по осям Δ X, Δ Y. Подвижная система координат является следящей за энергетическим центром объекта, что достигается путем коррекции положения строба в очередном кадре по результатам вычисления сигналов рассогласования Δ X, Δ Y в текущем кадре.

Координаты центра строба в n -ном кадре слежения вычисляются по формулам:

(5.2)

где X(t ₀), Y(t ₀) – начальные значения координат центра строба в момент обнаружения t ₀; t _n = t _n-1 +Т _к; Т _к – период кадра; – некоторая функция, вид которой определяется выбранным алгоритмом обработки сигналов рассогласования.

Двухканальное устройство (рисунок 5.18), выполняющее операцию (5.2), является частью схемы генератора строба и содержит в каждом канале (X и Y) интегратор и траекторный фильтр. Введение ТФ обеспечивает

Рисунок 5.18 – Формирование координат центра строба: ТФ – траекторный фильтр

высокую точность совмещения центра следящего строба с центром изображения подвижного объекта, что позволяет использовать покадровые отсчеты координат X, Y центра строба в качестве сглаженных оценок координат подвижного объекта.

Рассмотренное двухканальное устройство образует внутренний контур телевизионной следящей системы, позволяющей сформировать следящее измерительное окно (строб), в котором содержится информация об объекте, и подвести эту информацию к измерительному блоку, обеспечив ему оптимальные условия работы. Недостаток системы – срыв слежения из-за выхода объекта из поля зрения ТВД и перевод ТИС в режим поиска импульсом сброса с выхода ФИС.

Преодолеть этот недостаток можно, если дополнить ТИС внешним контуром слежения (штриховая линия на рисунке 5.17). С этой целью ТВД располагается на платформе (УП), которая управляется сигналами, пропорциональными координатам X, Y, по азимуту и углу места. В стационарном режиме слежения обеспечивается автоматическое совмещение центров растра, строба и изображения подвижного объекта, перемещающегося в пределах телесного угла, ограниченного только возможностями поворота платформы.

Преобразователь стандарта ПС выполняет операцию временного масштабирования стробированного видеосигнала в сторону уменьшения тактовой частоты в Q раз, причем

Q @ Т _к / Т _стр,

где Т _стр – длительность строба. Такое преобразование полезно в том смысле, что снижает требования к быстродействию вычислителя измерительного блока.

Для организации работы цифровых узлов (АЦП, ЦАП, ПС) ТИС нужны тактовые сигналы, кратные частотам разверток ТВД. В серийных ТВД синхрогенератор не выдает такие сигналы. Поэтому целесообразно включать в состав ТИС специализированный синхрогенератор (ССГ на рисунке 5.17), работающий в ведомом режиме по сигналам синхронизации (КСИ, ССИ), которые с помощью селектора синхроимпульсов выделяются из видеосигнала ТВД. В качестве примера на рисунке 5.19 приведена структурная схема ССГ для построчного стандарта разложения, обеспечивающего получение набора

Рисунок 5.19 – Специализированный синхрогенератор ТИС: ФД – фазовый детектор; АС – амплитудный селектор; ДЦ – дифференцирующая цепь; ИЦ – интегрирующая цепь

тактовых частот , , f _c, f _к, жестко связанных по частоте и фазе между собой и с синхросигналом ТВД.