SU1093973A1 - Motion speed meter - Google Patents

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, содержащий объектив, линейный светочувс .твительный прибор зар довой св зи (ПЗС), генератор тактовых импульсов , подключенный к управл емому входу ПЗС и схему коррел ционной обработки сигналов, выполненной в виде последовательно соединенных усилител , подключенного входом к выходу ПЗС, первого коммутатора, схемы клиппировани  сигналов, второго коммутатора , схемы перемножени , интегратора и экстремального регул тора, выход которого соединен с управл емым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора, а выход - со схемой клиппировани  сигналов, и вычислитель скорости, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измерений в сторону малых скоростей , линейньй светочувствительный ПЗС выполнен с раздельными .секци ми накоплени  и переноса зар да с базовым рассто нием равным половине длине секции накоплени  ПЗС, а в схему коррел ционной обработки сигналов введены запоминающее устройство и i схема выбора N -и полустроки, при этом вход запоминающего устройства (Л соединен с вторым выходом второго коммутатора, выход - с вторым входом схемы перемножени , а управл емый вход - с управл емым входом второго коммутатора и выходом схемы выбора N-й полустроки,, выходы которой подключены также к управл емому входу QO первого коммутатора и вычислителю, скорости,. а управл емый вход - к выхо 00 ;& ду генератора тактовых импульсов. -J 00MOTION SPEED MEASURER, containing a lens, linear light sensor. A charge coupling device (CCD), a clock pulse generator connected to a CCD input control and a correlation signal processing circuit made in the form of a series-connected amplifier connected to the CCD output, the first switch, the signal clipping scheme, the second switch, the multiplication scheme, the integrator and the extreme controller, the output of which is connected to the controlled input of the clock generator, and a differentiator whose input is connected to the second output of the first switch, and an output to a signal clipping circuit, and a velocity calculator, characterized in that, in order to extend the measurement range towards low speeds, a linear photosensitive CCD is made with separate accumulation and transfer sections charge with a base distance equal to half the length of the CCD accumulation section, and a memory device and an N selection circuit are inserted into the correlation signal processing circuit, and the input memory device (L is connected to the second output of the second switch, the output is connected to the second input of the multiplication circuit, and the control input is connected to the control input of the second switch and the output of the Nth semi-row selection circuit, whose outputs are also connected to the QO control input of the first switch and calculator, speed ,. controlled input to output 00; & do clock generator. -J 00

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  линейной скорости движени  изображени  поверхности в различных устройствах автоматики, например в компенсаторах скоростного смаза при аэрофотографировании.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the linear speed of movement of an image of a surface in various automation devices, for example, in high-speed lubrication compensators for aerial photography.

Известен измеритель скорости движени , основанный На способе пол рно коррел ции и использовании дифференциальной схемы 1 J.A known motion speed meter based on the method of polar correlation and the use of the differential scheme 1 J.

Недостатком коррел ционного измерител   вл етс  его громоздкость и мала  чувствительность.The disadvantage of a correlation meter is its bulkiness and low sensitivity.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  измеритель скорости движени , содержащий объектив, линейный светочувствительный ПЗС, генератор тактовых импул сов, подключенный к управл емому входу ПЗС, схему коррел ционной обработки сигналов, вычислитель скорости, а также второй нет светочувствительньй ПЗС. При этом схема коррел ционной обработки сигналов может быть выполнена в виде последовательно соединенного усилител , подключенного входом к выходу ПЗС, первого коммутатора, схемы клиппировани  сигналов, второго коммутатора , схемы перемножени , интегратор и экстремального регул тора; выход которого соединен с управл емым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которог соединен с вторым выходом первого коммутатора, а выход - со схемой клиппировани  сигналов С 2 3.The closest to the present invention is a motion speed meter comprising a lens, a linear photosensitive CCD, a clock pulse generator connected to a controllable CCD input, a correlation signal processing circuit, a velocity calculator, and the second one is not a photosensitive CCD. In this case, the correlation signal processing circuit can be made in the form of a series-connected amplifier connected by the input to the output of the CCD, the first switch, the signal clipping circuit, the second switch, the multiplication circuit, the integrator, and the extremal controller; the output of which is connected to the controlled input of the clock generator, as well as the differentiator, the input of which is connected to the second output of the first switch, and the output to the clipping circuit of the signals C 2 3.

Светочувствительный ПЭС известного измерител  работает в режиме временной задержки и интегрировани . При малых скорост х движени  изображени  этот режим приводит к насьщению ПЗС и большому накоплению паразитного зар да под электродами ПЗС, что приводит к искажени м аналоговой информации, заложенной в потенциальном рельефе под электродами ПЗС а это в свою очередь - к большим погрешност м при измерении малых скоростей или полной потере работоспособности измерител .The photosensitive PES of a known meter operates in the time delay and integration mode. At low speeds of motion of the image, this mode causes saturation of the CCD and a large accumulation of parasitic charge under the CCD electrodes, which leads to distortion of the analog information embedded in the potential relief under the CCD electrodes and this in turn leads to large errors in measuring small speeds or complete loss of the meter.

Цель изобретени  - расширение диапазона измерений в сторону малых скоростей.The purpose of the invention is to expand the measurement range in the direction of low speeds.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измеритель скорости движени , содержапшй объектив, линейньй светочувствительный прибор зар довой св зи ПЗС, генератор тактовых импульсов , подключенный к управл емому входу ПЗС, и схему коррел ционной обработки сигналов, вьтолненной в виде последовательно соединенных усилител  подключенного входом к выходу ПЗС, пе вого коммутатора, схемы клиппировани  сигналов, второго коммутатора, схемы перемножени , интегратора и экстремального регул тора, выход которого соединен с управл емым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которого соединен с вторым выходом первого комму татора, а выход - со схемой клиппировани  сигналов, и вычислитель скорости , введены запоминающее устройство и схема выбора Н-и полустроки, при этом вход запоминающего устройства соединен с вторым выходом второго коммутатора, выход - с вторым входом схемы перемножени , а управл емый вход - с управл емым входом второго коммутатора и выходом схемы выбора N-й полустроки, выходы которой подключены также к управл емому входу первого коммутатора и вычислителю скорости , а управл емый вход - к выходу генератора тактовых импульсов, причем линейный светочувствительньй ПЗС выполнен с раздельными секци ми накоплени  и переноса зар да с базовым рассто нием равным половине длины секции накоплени  ПЗС.The goal is achieved by the fact that in the motion speed meter, the content of the lens, the linear photosensitive device of the CCD charge connection, the clock pulse generator connected to the controlled input of the CCD, and the correlation signal processing circuit implemented in the form of a series-connected amplifier connected to the input the output of the CCD, the first switch, the signal clipping scheme, the second switch, the multiplication scheme, the integrator and the extremal controller, the output of which is connected to the controlled input of the gene The clock puller, as well as the differentiator, the input of which is connected to the second output of the first switch, and the output to the signal clipping circuit, and the speed calculator, are entered into a memory device and a selection circuit for the H line and a half line, and the memory input is connected to the second output the second switch, the output with the second input of the multiplication circuit, and the controlled input with the controlled input of the second switch and the output of the Nth half-line selection circuit, whose outputs are also connected to the control input of the first switch the speed controller and the speed calculator, and the controlled input to the output of the clock pulse generator, the linear photosensitive CCD being made with separate accumulation and charge transfer sections with a base distance equal to half the length of the CCD accumulation section.

На чертеже представлена структурна  схема коррел ционного измерител  скорости.The drawing shows a structural diagram of a correlation velocity meter.

Измеритель скорости движени  содержит объектив 1, через который изображение движущейс  поверхности 2 проецируемс  на линейньй ПЗС 3, расположенный вдоль линии движени  изображени . ПЗС имеет раздельные между собой секцию 4 накоплени  зар да длиной L, , предназначенную дл  преобразовани  светового потока в зар довые пакеты, и секцию 5 переноса зар да , предназначенную дл  вывода зар дов из ПЗС. Секции 4 и 5 ПЗС выполнены на одной полупроводниковой подложке. Функцию эквивалентного базового рассто ни  коррел ционного из1мерител  выполн ет половина длины секции накоплени  ПЗС L/2. Выход ПЗС соединен с усилителем 6. Последний через коммутатор 7 соединен с дифференциатором 8 и схемой 9 клиппировани  сигналов. оThe motion speed meter comprises a lens 1 through which the image of the moving surface 2 is projected onto a linear CCD 3 located along the line of motion of the image. The CCD has a charge accumulation section 4, L, for converting the luminous flux into charge packets, and a charge transfer section 5, for extracting the charge from the CCD. Sections 4 and 5 of the CCD are made on the same semiconductor substrate. The function of the equivalent base distance of the correlation meter is performed by half the length of the accumulation section of the CCD L / 2. The CCD output is connected to amplifier 6. The latter is connected via switch 7 to differentiator 8 and signal clipping circuit 9. about

Выход схемы клиппировани  сигналов соединен через коммутатор 10 со схе31 мой 11 перемножени  и схемой 12 запоминающего устройства, предназначен ного дл  запоминани  сигнала от первого считанной ПЗС строки в одном цикле измерени  и тблько от половины элементов секции накоплени , расположенных в правой её части. Выход схемы перемножени  соединен с интегратором 13. Схемы 6, 8, 9, 12 и 13 .  вл ютс  элементами пол рного коррел тора . Далее интегратор соединен с входом экстремального регул тора 14, который соединен с генератором 15 тактовых импульсов, служащим дл  управлени  работой ПЗС. Выход генера тора тактовых импульсов соединен с входом ПЗС и схемой 16 выбора N -и полустроки, а ее выход соединен с входами коммутаторов 7 и 10 и запоминающего устройства 11. Схема 16 Ъ бора полустроки управл ет работой коммутаторов 7 и 10 и позвол ет выбрать дл  сравнени  правзто поло вину первой с начала одного цикла измерени  строки и левую половину l-й с начала одного цикла измерени  строки, а именно такую, изображение на которой через некоторое врем  Т будет то же, что и на правой половине первой строки. Выход 16 соединен также с входом вычислител  17 скорое ти. Измеритель скорости движени  рабо тает следующим образом. Поверхность 2 движетс  слева направо и проецируетс  через объектив 1 на светочувствительную поверхность секции 4 накоплени  ПЗС 3. При этом изображение поверхности перемещаетс  справа налево и через некоторое врем  1 изображение, наход щеес  на пра вой половине секции накоплени , полностью переместитс  на ее левую половину . Скорость движени  изображеПо такони  при этом му алгоритму и работает коррел ционный измеритель скорости. Секци  4 накоплени  в течение вре мени накоплени  -t.. воспринимает изображение поверхности,при этом врем  накоплени  t выоираетс  таким, что смещением изображени  за врем  Ьц можно пренебречь. Затем зар довые пакеты из секции накоплени  перевод тс  в секцию переноса зар да и вывод тс  из нее на выход ПЗС, а секци  накоплени  в это врем  вновь вос принимает свет. Врем  переноса зар 73 дов из секции накоплени  в секции переноса много меньше времени накоплени  . Врем  вывода зар дов из секции переноса равно времени накоплени  . Видеосигнал с выхода ПЗС проходит усилитель 6, коммутатор 7, дифференциатор 8, схему 9 клиппировани , коммутатор 10 и записываетс  в запоминающее устройство 11. При записи первой строки схема 16 выбора М-й строки так зшравл ет коммутаторами 7 и 10 и запоминающим устройством 11, что в запоминающее устройство записываетс  только перва  половина всей первой строки, считанной с ПЗС. После первой строки с ПЗС выводитс  втора  строка, затем треть  и т.д. дл  очистки ПЗС, но ни одна из них не проходит через коммутатор 7, а информаци  о первой полустроке по-прежнему находитс  в запоминающем устройстве. Изображение непрерывно перемещаетс  справа налево. Далее, в зависимости .от диапазона измерени  скоростей, устанавливаемого предварительно в схеме 16 выбора Н -и строки, эта схема разрещает прохождение через коммутаторы 7 и 10 левой половины Н-и по счету строки в том момент, когда изображение , бывшее в момент накоплени  первой строки на правой половине секции накоплени , переместитс  на ее левую половину. Далее видеосигнал выбранной N-Й строки с коммутатора 7 идет пр мо на схему 9 клиппировани , коммутатор Ю и на схему 12 перемножени . Сюда же одновременно поступает сигнал с запоминающего устройства, считьгоание которого разрешает схема 16. Перемноженные сигналы первой и N-Й полустрок интегрируютс  в интеграторе 13. Сигнал с выхода интегратора поступает на экстремапьньй регул тор 14, на выходе которого по вл етс .знакопеременный управл ющий сигнал. Этим сигналом производитс  плавна  подстройка частоты генератора 15 тактовых импульсов , с изменением которой происходит плавное изменение интервала времени между моментами считывани  первойи N-й строк. Таким образом, перестройка генератора тактовых импульсов производитс  так, чтобы момент выборки N-и строки совпадал с моментом смещени  изображени  справа налево точно на половину длины секции накоплени . Схема выбора N-й строки задает временной интервал дл  вычислител  17 скорости. В вычислителе скороети временной интервал заполн етс  импульсами с калиброванным периодом повторени  и производитс  вычислениеThe output of the signal clipping circuit is connected via switch 10 to multiplication circuit 11 and memory circuit 12, designed to store a signal from the first CCD read line in one measurement cycle and only half of the accumulation section elements located in its right side. The output of the multiplication circuit is connected to the integrator 13. The circuits 6, 8, 9, 12, and 13. are elements of the polar correlator. Next, the integrator is connected to the input of the extreme controller 14, which is connected to a clock pulse generator 15, which serves to control the operation of the CCD. The output of the clock generator is connected to the input of the CCD and the N selection circuit 16, and its output is connected to the inputs of the switches 7 and 10 and the storage device 11. The boring circuit 16 b controls the operation of the switches 7 and 10 and allows you to select comparing the right half of the first since the beginning of one cycle of measuring a line and the left half of the lth from the beginning of one cycle of measuring a line, namely, the image on which after some time T will be the same as on the right half of the first line. The output 16 is also connected to the input of the evaluator 17 speedy tee. The speed meter operates as follows. Surface 2 moves from left to right and is projected through lens 1 onto the photosensitive surface of section 4 of the CCD 3. At the same time, the image of the surface moves from right to left and after some time 1 image located on the right half of the section of accumulation will completely move to its left half. The speed of movement of the image According to this algorithm, the correlation velocity meter works. The accumulation section 4 during the accumulation time -t. Perceives the image of the surface, and the accumulation time t is picked up such that the displacement of the image during bc time can be neglected. Then, the charge packets from the accumulation section are transferred to the charge transfer section and output from it to the output of the CCD, and the accumulation section again receives the light. The transfer time of the charge from the accumulation section to the transfer section is much less than the accumulation time. The time for withdrawal of charges from the transfer section is equal to the accumulation time. The video signal from the CCD output passes the amplifier 6, the switch 7, the differentiator 8, the clipping circuit 9, the switch 10 and is recorded in the storage device 11. When recording the first row, the M-th row selection circuit 16 selects the switches 7 and 10 and the storage device 11, that only the first half of the entire first line read from the CCD is written to the memory. After the first line of the CCD, the second line is output, then the third, and so on. for clearing the CCD, but none of them passes through switch 7, and the information about the first half-line is still in the storage device. The image moves continuously from right to left. Further, depending on the speed measurement range, which is preset in the H selection line 16, this scheme allows the left half H to pass through the switches 7 and 10 and the row count at the moment when the image that was first accumulated the lines on the right half of the accumulation section will move to its left half. Then, the video signal of the selected Nth line from the switch 7 goes directly to the clipping circuit 9, the switch U and to the multiplication circuit 12. The signal from the storage device simultaneously arrives at the same time, which scheme 16 allows to multiply. The multiplied signals of the first and the Nth half-lines are integrated in the integrator 13. The signal from the integrator output goes to the extreme regulator 14, at the output of which an alternating control signal appears . This signal is used to smoothly adjust the frequency of the generator of 15 clock pulses, with a change in which there is a smooth change in the time interval between the moments of reading the first and Nth lines. Thus, the rearrangement of the clock generator is performed so that the time of sampling the N-line coincides with the time of the image shift from right to left exactly half the length of the accumulation section. The selection scheme of the Nth row sets the time interval for the speed calculator 17. In the fast network calculator, the time interval is filled with pulses with a calibrated repetition period, and

U /2 скорости как V -;::;;- с ее цифроI1мой индикацией.U / 2 speeds as V -; ::;; - with its digital indication.

Введение в коррел ционный измеритель скорости линейного ПЗС с раздельньп и секци ми накоплени  и переноса зар да, а также использование обработки сигналов по схеме пол рного коррел тора с рведением в нее запоминающего устройства и схему выбора N-Й полустроки позвол ет понизить практически ,до нул  нижний предел измерени  скорости движени  изображени  с сохранением точности измерени  на нижнем пределе измерени  заменить два линейных ПЗС одним, тем самым упростить устройство и выполнить его на цифровых микросхемах одной серии. ,The introduction of a linear CCD with separation and accumulation and charge transfer sections into the correlation velocity meter, as well as the use of signal processing according to the polar correlator circuit with memory storage in it and the selection of the N-th half-line, allows to reduce practically to zero the lower limit of measuring the speed of the image while maintaining measurement accuracy at the lower limit of measurement, replace two linear CCDs with one, thereby simplifying the device and performing it on digital microcircuits of one series. ,

I JL jrI jl jr

Claims (1)

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, содержащий объектив, линейный светочувствительный прибор зарядовой связи (ПЗС), генератор тактовых импульсов, подключенный к управляемому входу ПЗС, и схему корреляционной обработки сигналов, выполненной в виде последовательно соединенных усилителя, подключенного входом к выходу ПЗС, первого коммутатора, схемы клиппирования сигналов, второго коммутатора, схемы перемножения, интегратора и экстремального регулятора, выход которого соединен с управляемым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора, а выход - со схемой клиппирования сигналов, и вычислитель скорости, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону малых скоростей, линейный светочувствительный ПЗС выполнен с раздельными секциями накопления и переноса заряда с базовым расстоянием равным половине длине секции накопления ПЗС, а в схему корреляционной обработки сигналов введены запоминающее устройство и схема выбора N-й полустроки, при этом вход запоминающего устройства соединен с вторым выходом второго коммутатора, выход - с вторым входом схемы перемножения, а управляемый вход - с управляемым входом второго коммутатора и выходом схемы выбора N-й полустроки,, выходы которой подключены также к управляемому входу первого коммутатора и вычислителю, скорости,.а управляемый вход - к выхо ду генератора тактовых импульсов.A MOTION SPEED MEASURER comprising a lens, a linear photosensitive charge communication device (CCD), a clock pulse generator connected to a CCD controlled input, and a signal correlation processing circuit designed as a series-connected amplifier connected by an input to the CCD output, a first switch, a clipping circuit signals, the second switch, the multiplication circuit, the integrator and the extreme controller, the output of which is connected to the controlled input of the clock generator, as well as diff an initiator whose input is connected to the second output of the first switch, and the output is connected to a signal clipping circuit, and a speed calculator, characterized in that, in order to expand the measurement range towards low speeds, the linear photosensitive CCD is made with separate sections of charge accumulation and transfer with a base distance equal to half the length of the CCD accumulation section, and a memory device and a selection circuit of the Nth half-line are introduced into the correlation signal processing circuit, while the input of the memory device is connected is connected with the second output of the second switch, the output is with the second input of the multiplication circuit, and the controlled input is with the controlled input of the second switch and the output of the selection circuit of the Nth half-line, the outputs of which are also connected to the controlled input of the first switch and the computer, speed,. controlled input - to the output of the clock generator. SU „..1093973SU „..1093973