устройство определения координат световых объектов

Формула изобретения

Устройство определения координат световых объектов, содержащее объектив с соответствующим полем зрения, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, первый и второй ключи, управляющие входы которых объединены и подключены к первому выходу делителя частоты, сигнальные входы первого и второго ключей подключены соответственно к второму и третьему выходам делителя частоты, отличающееся тем, что в него вводятся матрица прибора с зарядовой инжекцией (ПЗИ), фоточувствительная сторона которой расположена в фокальной плоскости объектива, первый и второй входы матрицы ПЗИ подключены к выходам первого и второго ключей, первый-четвертый блоки ключей, каждый из четырехсот ключей, сигнальные входы которых подключены к соответствующим сто первому-пятисотому выходам матрицы ПЗИ, первый-четвертый каналы формирования координат, плоскопанельный дисплей, переключатель, вход которого подключен к первому выходу делителя частоты, а выход подключен параллельно к управляющим U_З входам первого-четвертого блоков ключей, цифровой электропривод и включатель, вход и выход которого подключен к соответствующим выходу и входу цифрового электропривода, первый-сотый входы первого и второго каналов формирования координат подключены к первому-сотому выходам соответствующих элементов матрицы ПЗИ, сто первый-пятисотый входы первого, второго каналов формирования координат подключены к соответствующим выходам первого и второго блоков ключей, входы которых подключены к соответствующим сто первому-пятисотому выходам соответствующих элементов матрицы ПЗИ, первый-девятый выходы первого, второго каналов формирования координат подключены к соответствующим первому-девятому входам плоскопанельного дисплея, к первому-девятому входам цифрового электропривода и к устройству регистрации, выход знака минус ("1") первого канала формирования координат подключен к соответствующему входу цифрового электропривода и к соответствующему входу устройства регистрации, управляющие U_Д входы первого и второго каналов формирования координат объединены и подключены к третьему выходу делителя частоты, первый-сотый входы третьего и четвертого каналов формирования координат подключены к первому-сотому выходам соответствующих строк матрицы ПЗИ, сто первый-пятисотый входы третьего, четвертого каналов формирования координат подключены к соответствующим выходам соответственно третьего, четвертого блоков ключей, входы которых подключены к соответствующим сто первому-пятисотому выходам строк матрицы ПЗИ, первый-девятый выходы третьего, четвертого каналов формирования координат подключены к соответствующим первому-девятому входам плоскопанельного дисплея, к соответствующим первому-девятому входам цифрового электропривода и к устройству регистрации, выход знака минус ("1") третьего канала формирования координат подключен к соответствующему входу цифрового электропривода и соответствующему входу устройства регистрации, управляющие входы (U_СТР) третьего, четвертого каналов формирования координат объединены и подключены к второму выходу делителя частоты, первый-четвертый каналы формирования координат идентичны, каждый включает последовательно соединенные блок элементов И, каждый из пятисот элементов И, шифратор, первый-пятисотый входы которого подключены к первому-пятисотому выходам блока элементов И, первый регистр, схему сравнения (компаратор) и второй регистр, первый-девятый входы первого регистра, первые первый-девятый входы схемы сравнения и входы первого-девятого разрядов второго регистра поразрядно объединены и подключены соответственно к первому-девятому выходам шифратора, первые входы пятисот элементов И блока элементов И являются входами канала формирования координат, вторые входы элементов И объединены и являются управляющим входом U_Д в первом и втором каналах формирования координат и управляющим U_СТР входом в третьем, четвертом каналах формирования координат, выходы первого-девятого разрядов первого регистра подключены к вторым первому-девятому входам схемы сравнения, первый выход которой подключен к первому U_О управляющему входу второго регистра и через диод подключен к управляющему входу U_выд первого регистра, второй и третий выходы схемы сравнения объединены, подключены к второму управляющему U_выд входу второго регистра и через диод подключены к управляющему U_выд входу первого регистра, первый-девятый выходы вторых регистров первого-четвертого каналов формирования координат подключены к соответствующим входам плоскопанельного дисплея, к соответствующим входам цифрового электропривода и устройства регистрации, выход сигнала знака минус ("1") со второго регистра первого канала формирования координат и выход знака минус ("1") со второго регистра третьего канала формирования координат подключены к соответствующим входам цифрового электропривода и устройства регистрации, плоскопанельный дисплей включает четыре идентичных канала формирования управляющих импульсов и плоскопанельный экран, каждый канал формирования управляющих импульсов включает последовательно соединенные первый дешифратор, первый-девятый входы которого являются входами плоскопанельного дисплея, второй дешифратор и блок импульсных усилителей, включающий 25·10⁴ импульсных усилителей, входы которых подключены к соответствующим 25·10⁴ выходам второго дешифратора, а выходы подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана, первые первый-пятисотый входы второго дешифратора первого канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора своего канала, вторые первый-пятисотый входы второго дешифратора первого канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора третьего канала формирования управляющих импульсов, первые первый-пятисотый входы второго дешифратора второго канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора второго канала формирования управляющих импульсов, вторые первый-пятисотый входы второго дешифратора второго канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора третьего канала формирования управляющих импульсов, первые первый-пятисотый входы второго дешифратора третьего канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора первого канала формирования управляющих импульсов, вторые первый-пятисотый входы второго дешифратора третьего канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора четвертого канала формирования управляющих импульсов, первые первый-пятисотый входы второго дешифратора четвертого канала формирования управляющих импульсов подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора второго канала формирования управляющих импульсов, вторые первый-пятисотый входы второго дешифратора четвертого канала подключены к первому-пятисотому выходам первого дешифратора четвертого канала формирования управляющих импульсов, плоскопанельный экран содержит матрицу из 1000000 (1000×1000) миниатюрных светодиодов белого свечения, исполненных в соответствующем экранном материале, входы которых подключены к выходам соответствующих импульсных усилителей в блоках импульсных усилителей первого-четвертого каналов формирования управляющих импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения координат световых объектов для получения параметров траектории движения.

Прототипом принято "Устройство определения координат световых объектов" [1], содержащее объектив, передающую телевизионную трубку, блок обработки сигналов, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножителъ и блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, первый ключ и распределитель импульсов, второй ключ и счетчик числа витков спиральной развертки, дешифратор, АЦП, третий ключ и счетчик импульсов, четвертый ключ и счетчик видеоимпульсов, и блок визуального наблюдения. За период спиральной развертки определяются полярные координаты максимально по 72000 световым объектам /200 витков × 360°/. Недостатки прототипа: выполняет измерение координат световых объектов в поле зрения объектива как подвижных, так и неподвижных, но не отделяет координаты движущихся световых объектов, что исключает отслеживание движущихся световых объектов для получения параметров траекторий в темпе лета /в реальном масштабе времени/, и наличие "мертвых" участков между угловыми разрешениями сканирующего луча, в которых координаты не измеряются.

Цель изобретения - выделение координат движущихся световых объектов на фоне неподвижных световых объектов и исключение "мертвых" участков в поле зрения объектива.

Техническими результатами являются измерение прямоугольных координат движущихся световых объектов при наличии в поле зрения и неподвижных световых объектов /звезд в ночное время/ и отсутствие "мертвых" участков в поле зрения объектива, достигаемое введением в устройство матрицы прибора с зарядовой инжекцией /ПЗИ/ и четырех каналов формирующих прямоугольные координаты световых объектов в поле зрения объектива. Сущность изобретения в том, что в устройство определения координат световых объектов, содержащее объектив, генератор тактовых импульсов, делитель частоты и два ключа вводятся матрица прибора с зарядовой инжекцией /ПЗИ/, четыре канала формирования прямоугольных координат и плоскопанельный дисплей.

Развернутая структурная схема устройства - на фиг.1, каналы формирования координат - на фиг.2, 3, принцип формирования прямоугольных координат - на фиг.4, плоскопанельный дисплей - на фиг.5.

Заявляемое устройство содержит /фиг.1/ последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов и делитель 2 частоты, первый 3 и второй 4 ключи, объектив 5 с соответствующим полем зрения, в фокальной плоскости которого расположена фоточувствительная сторона матрицы прибора 6 с зарядовой инжекцией /ПЗИ/ из КНОП-датчика [2 с.832, 833] с разрешением 1000×1000, с первого 7 по четвертый 10 четыре идентичных канала формирования координат, плоскопанельный дисплей 11, первый 12, второй 13, третий 14, четвертый 15 блоки ключей, каждый из четырехсот /400/ ключей, переключатель 16, подключающий сигнал закрытия U_з ключей в блоках 12-15 поворотом переключателя 16, цифровой электропривод 17 и включатель 18. Каналы 7-10 формирования координат идентичны, каждый включает /фиг.2, 3/ последовательно соединенные блок 19 элементов И, каждый содержит по 500 элементов И, с первого по сотый входы которого подключены к первому-сотому соответствующим выходам матрицы ПЗИ 6, a входы со сто первого по пятисотый блока 19 подключены к выходам своего блока 12-15 ключей /фиг.1/, шифратор 20, с первого по пятисотый входы которого подключены соответственно к первому-пятисотому выходам блока 19 элементов И, первый регистр 21, схему 22 сравнения /компаратор/ и второй регистр 23, первый-девятый разряды первого регистра, первые входы схемы 22 сравнения и входы первого-девятого разрядов второго регистра 23 поразрядно объединены и подключены соответственно к первому-девятому выходам шифратора 20. Первый управляющий выход схемы 22 сравнения подключен к первому управляющему входу U_о второго регистра 23 и через диод подключен к управляющему U_выд входу первого регистра 21, второй и третий выходы схемы 22 сравнения объединены и подключены ко второму управляющему U_выд входу второго регистра 23 и через диод подключены к управляющему U_выд входу первого регистра 21. Выходы первого-девятого разрядов вторых регистров 23 подключены к соответствующим входам плоскопанельного дисплея 11 /фиг.1/, параллельно первый-девятый выходы регистров 23 подключены к соответствующим входам цифрового электропривода 17 и к соответствующим входам устройства регистрации, выходы знака минус /"1"/ с соответствующих выходов второго регистра 23 в каналах 7 и 9 формирования координат /фиг.1/ подключены к соответствующим входам "1" в цифровом электроприводе 17 и в устройстве регистрации.

Плоскопанельный дисплей 11 включает /фи.5/ с первого по четвертый идентичные каналы формирования управляющих импульсов и плоскопанельный экран 36. Каждый канал формирования управляющих импульсов включает последовательно соединенные первый дешифратор 24 /27, 30, 33/, второй дешифратор 25 /28, 31, 34/ и блок 26 /29, 32, 35/ импульсных усилителей, каждый из 250000 импульсных усилителей, выходы которых подключены к соответствующим с первого по 1000000 входы экрана 36. Плоскопанельный экран 36 содержит матрицу из 1000000 излучающих элементов согласно разрешению 1000×1000, выполняемых в прозрачном экранном материале. Каждый излучающий элемент является миниатюрным светодиодом белого свечения диаметром 0,5 мм, в качестве которых применяются сверхъяркие светодиоды белого свечения технологии СДТ или PL EД [3 с.43] или органические светодиоды OL EД [4 с.7-9]. Светодиоды исполняются в соответствующем экранном материале методом микроэлектронной технологии. Первые дешифраторы 24, 27, 30, 33 выполняются соответствующими микросхемами, вторые дешифраторы 25, 28, 31, 34 и соответствующие им блоки 26, 29, 32, 35 импульсных усилителей выполняются попарно в одной микросхеме ввиду большого числа соединений между ними и размещаются на тыльной стороне экрана 36. Генератор 1 тактовых импульсов выдает импульсы частотой 20 МГц, делитель 2 частоты выдает с первого выхода импульсы 20 Гц частоты кадров /1000000:1/, открывающие ключи 3 и 4 на 50 мс, со второго выхода выдает импульсы частоты строк 20 кГц /1000:1/, с третьего выхода - импульсы дискретизации 20 МГц /1:1/ для считывания сигналов с элементов строк матрицы ПЗИ 6. На первый вход матрицы ПЗИ 6 поступают импульсы частоты строк 20 кГц с ключа 3, на второй вход матрицы ПРИ 6 поступают импульсы дискретизации 20 МГц. Так как используется величина яркости светового объекта, то в матрице ПЗИ 6 используются фотодатчики одного уровня [2 с.833 строка 6 снизу]. Объектив 5 проецирует изображение поля зрения 10° на матрицу ПЗИ 6, при поле зрения 10°×10° и разрешении матрицы 1000×1000 обеспечивается разрешение прямоугольных координат в 36'' угловых секунд: . Принцип получения прямоугольных координат на фиг.4. В первой четверти формируются координаты объекта X и Y, во второй четверти -X и Y, в третьей четверти -X и -Y, в четвертой Х и -Y. Координаты -X во второй и третьей четвертях /фиг.1/ формируются первым каналом 7 формирования координат, координаты X в первой и четвертой четвертях формируются вторым каналом 8, координаты -Y в третьей и четвертой четвертях формируются третьим каналом 9 и координаты Y в первой и четвертой четвертях формируются четвертым каналом 10. Первый-сотый входы первого канала 7 формирования координат -X подключены к первому-сотому выходам второй и третьей четвертей, сто первый-пятисотый входы первого канала 7 /-Х/ подключены соответственно к выходам первого блока 12 ключей, входы которого подключены к выходам сто первому-пятисотому второй и третьей четвертей матрицы ПЗИ 6, управляющий вход U_д канала 7 подключен к третьему выходу делителя 2 частоты /20 МГц/. Первый-сотый входы второго канала 8 формирования координат Х подключены к первому-сотому выходам первой, четвертой четвертей, сто первый-пятисотый входы второго канала 8 формирования координат X подключены соответственно к выходам второго блока 13 ключей, входы которого подключены к выходам сто первому-пятисотому первой, четвертой четвертей матрицы ПЗИ 6, управляющий U_д вход второго канала 8 подключен к третьему выходу делителя 2 частоты /20 МГц/. Первый-сотый входы третьего канала 9 формирования координат -Y подключены к первому-сотому выходам третьей и четвертой четвертей, сто первый-пятисотый входы третьего канала 9 подключены соответственно к выходам третьего блока 14 ключей, входы которого подключены к выходам сто первому-пятисотому третьей и четвертой четвертей матрицы ПЗИ 6, управляющий вход U_стр третьего канала 9 подключен ко второму выходу делителя 2 частоты /20 кГц/. Первый-сотый входы четвертого канала 10 формирования координат Y подключены к первому-сотому выходам первой и второй четвертей, сто первый-пятисотый входы четвертого канала 10 подключены соответственно к выходам четвертого блока 15 ключей, входы которого подключены к выходам сто первому-пятисотому первой и второй четвертей матрицы ПЗИ 6, управляющий вход U _стр четвертого канала 10 подключен ко второму выходу /20 кГц/ делителя 2 частоты. Блоки 19 элементов И каждый /фиг.2, 3/ содержит по 500 элементов И, первые входы каждого элемента И объединены и подключены к управляющему входу U_д в каналах 7, 8 формирования координат, и к управляющему входу U_стр в каналах 9, 10 формирования координат. Вторые входы элементов И подключены соответственно к первому-пятисотому входам в своих каналах 7-10 формирования координат. Шифраторы 20 /фиг.2, 3/ преобразуют каждый сигнал, поступающий на его входы в соответствующий ему девятиразрядный код координаты от 000000001 до 111110100 /500/. Код в параллельном виде поступает синхронно в первый регистр 21, на первые первый-девятый входы схемы 22 сравнения и на первый-девятый входы разрядов второго регистра 23. Схема 22 сравнения выполняет сравнение по величине каждого предыдущего и последующего кодов, выявляя их равенство или неравенство. В качестве схемы 22 сравнения принимается микросхема К555СП1 с временем сравнения 30 нс [5 с.274, 279 рис.2.191]. При равенстве кодов код A равен коду B схема сравнения выдает импульс с первого выхода, который обнуляет первый-девятый разряды регистра 23 и выдает из первого регистра предыдущий код на сравнение со следующим кодом с шифратора 20. Равенство кодов означает, что световой объект не движется: координаты его не меняются. При неравенстве кодов A>B или A<B схема сравнения 22 выдает импульс со второго или третьего выхода, которые объединены. Сигналы с выходов 2 и 3 являются сигналом U_выд со второго регистра 23 девятиразрядного кода в каналах 8 и 10 /с которых координаты со знаком плюс / фиг.3, а в каналах 7 и 9 выдаются девятиразрядные коды и знак минус /"1"/ фиг.2. Неравенство предыдущего и последующего кодов означает, что координаты меняются, т.е. световой объект двигается. С появлением на экране 36 двигающегося объекта оператор с использованием цифрового электропривода 17 вводит центр перекрестия объектива 5 на движущийся объект, поворотом переключателя 16 /фиг.1/ подает управляющий сигнал U_з на входы блоков 12-15 ключей: ключи в блоках закрываются, и на входы каналов 7, 8, 9, 10 формирователей координат поступают сигналы только с первого-сотого выходов матрицы ПЗИ 6. Оператор включателем 18 вводит цифровой электропривод 17 в режим слежения светового объекта.

Работа плоскопанельного дисплея.

Коды координат с выходов каналов 7-10 формирования координат поступают на соответствующие входы первых дешифраторов 24, 27, 30, 33, первые дешифраторы преобразуют код числа в управляющий сигнал на одном из первого-пятисотого выходов. Сигналы с первых дешифраторов 24 /-Х/ и 30 /-Y/ поступают на 1-1000 входы второго дешифратора 25, с первых дешифраторов 27 /Х/ и 30 /-Y/ поступают на 1-1000 входы второго дешифратора 28, с первых дешифраторов 24 /-Х/ и 33 /Y/ поступают на 1-1000 входы второго дешифратора 31, с первых дешифраторов 27 /Х/ и 33 /Y/ поступают на 1-1000 входы второго дешифратора 34. Каждый из вторых дешифраторов 25, 28, 31, 34 имеет по 250000 выходов /500×500/, которые подключены к соответствующим 25×10⁴ входам соответственно в блоках 26, 29, 32, 35 импульсных усилителей, каждый из которых включает 25×10⁴ импульсных усилителей. Выходы импульсных усилителей подключены к соответствующим с первого по 10⁶ входам миниатюрных светодиодов экрана 36. Длительность импульса 50 мс /20 Гц/ амплитуда импульса равна рабочему напряжению светодиода. Светодиоды, соответствующие координатам световых объектов, излучают в течение 50 мс с частотой 20 Гц.

Работа устройства.

Оператору задается сектор обзора, объектив оптической осью наводится в центр сектора, объектив 5 проецирует изображение пространства сектора на фоточувствительную сторону матрицы ПЗИ 6. Формирование прямоугольных координат -Х, X, -Y, Y световых объектов выполняется сканированием элементов матрицы ПЗИ 6 по строкам слева направо по элементам матрицы и сверху вниз по строкам /фиг.4/. Сканирование начинается со второй четверти, в ней координаты -X со знаком минус /"1"/ от -500 /"1"111110100/ до -1, после прохода центра поля зрения формируются координаты Х в первой четверти от 1 до 500 /111110100/. Координаты Y во второй и первой четвертях формируются сканированием строк по вертикали от 500-ой к первой у центра. Формирование координат - Х в нижнем полукадре идет также: в третьей четверти от /"1"111110100/ -500 до -1 /"1"000000001/, в четвертой четверти от 1 до 500 /111110100/. Координаты -Y в третьей и четвертой четвертях сверху вниз по строкам от "1"000000001 /-1/ до "1"111110100 /-500/. При сканировании строки во второй и первой четвертях строчные импульсы U_стр длительностью 50 мкс /20 кГц/ поступают параллельно на первые входы 500 элементов И блока 19 /фиг.2/ в канале 7 формирования координат -X и на первые входы 500 элементов И блока 19 в канале 8 формирования координат Х /фиг.3/, на вторые входы элементов И поступают последовательно импульсы U_д дискретизации 20 МГц /50 нс/. В момент сканирования элемента строки с изображением светового объекта считывается сигнал, который и представляет координату Х /отсчет строки/ и координату Y /номер самой строки/. Сигнал поступает в соответствующий элемент И в блоках 19 соответствующих каналов, а с выходов элементов И сигнал поступает на соответствующий вход шифратора 20 /фиг.2, 3/, с выхода которого следует двоичный код координаты Х в канале 7 /8/ и координаты Y в канале 9 /10/, в каналах идет сравнение значений кодов предыдущего и последующего: при неподвижном световом объекте координаты не меняются, при подвижном объекте координаты не равны. Если координаты равны, второй регистр 23 обнуляется и код с него не выдается. Если координаты не равны, с регистра 23 код выдается в дисплей 11, на входы цифрового электропривода 17 и в устройство регистрации /фиг.1/. С появлением на экране 36 движущегося объекта оператор наводит перекрестие на цель, переключателем 16 подает сигнал U_з в блоки 12-15, ключи которых закрываются, на входы каналов 7-10 формирования координат идут сигналы с элементов матрицы ПЗИ 6 только 100×100 у центра перекрестия. Включателем 18 /фиг.1/ цифровой электропривод вводится в режим слежения движущейся цели. Устройство определяет прямоугольные координаты всех световых объектов в поле зрения объектива 5, которых при разрешении экрана 1000×1000 составляет 10⁶, определяет координаты движущихся световых объектов и выполняет слежение за выделенным движущимся объектом с получением его координат в реальном масштабе времени с частотой 20 Гц. Параллельно координаты световых объектов выдаются на регистрацию в устройство регистрации. Заявляемое устройство может быть применено для обнаружения /наблюдения/ световых объектов больших метеоритов, комет и прочих космических объектов с целью получения параметров их траекторий на предмет их ликвидации, а также для принятия мер по изменению их траектории относительно Земли.

Источники информации

1. Патент РФ № 2273048 кл. G06K 9/48, бюл. № 9 от 27.03.06, прототип.

2. Колесниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства PC. 5-е изд., СПб. 2004, с.832-833.

3. "Домашний компьютер" № 12, 2006, с.43,

4. "Радио" № 6. 2008, с.7-9 рис.6а, б.

5. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Минск, 1991, с.268, 274 рис.2.191, с.279.