книги из ГПНТБ / Полоник В.С. Телевизионные автоматические устройства

Рис. 2.7. Принципиальная схема компенсирующего устройства с помощью раз­ ностного усиления:

В него входят рабочий канал, компенсационный канал с фазоинвертором, схема вычитания, усилитель разностного сигнала и вы­ ходной каскад.

Сигнал с рабочего ФЭУ, пройдя через рабочий канал, попадает па схему компенсации в виде моста, образованного нагрузочными резисторам« Ra и Rg, а также плечами потенциометра R& с помо­ щью которого осуществляется баланс моста. С другой стороны, на схему компенсации поступает сигнал от компенсирующего ФЭУ, который предварительно проходит фазоинверспый каскад на трио­ де Т3, охваченный глубокой отрицательной обратной связью. Сюда же подаются гасящие импульсы для обеспечения восстановления постоянной составляющей сигнала в последующих каскадах.

Разностный сигнал с выхода схемы компенсации через потен­ циометр Rn подается на широкополосный усилитель па триоде Д, а затем на выходной каскад на триоде Т5. Для сохранения режима работы усилителя по постоянному току при регулировке величины сигнала применены разделительные конденсаторы Сф С5, Са, С9.

Приведенная схема позволяет снизить уровень суммарной по­ мехи более чем в 10 раз. Недостатками данного метода компенса-

— 60 —

3

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРОВКИ В ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ДАТЧИКАХ

3.1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ

Для эффективного использования ТД необходимо полностью ис­ ключить участие человека в каких-либо оперативных регулировках его работыСюда, в. первую очередь, относятся регулировки, свя­ занные с переменой условийпередачи изображения — изменеі-нием расстояния до объекта и его освещенности.

Отсюда вытекает обязательность автоматического поддержания на оптимальном уровне фокусировки изображения и светового ре­ жима работы преобразователя свет—сигнал, так как только при этих условиях ТД будут выполнять свои функции без снижения ка­ чественных показателей в течение длительного времени.

Оптимизация указанных параметров может быть достигнута двумя путями: жесткой стабилизацией параметров и применением саморегулирующихся систем. Однако жесткая стабилизация допу­ стима для оптимизации параметров только в том случае, когда они должны выдерживаться постоянными независимо от изменения ус­ ловий работы или при функционировании системы в течение корот­ кого времени, за которое условия передачи не успевают измениться.

Таким образом, автоматическое поддержание оптимальных па­ раметров при изменяющихся условиях передачи — а это является обязательным условием работы автоматических' систем — может быть решено только применением саморегулирующихся систем.

Для получения хорошего изображения объекта достаточно ав­ томатически поддерживать оптимальное значение четкости изобра­ жения и величины видеосигнала при минимальном значении напря­ жения шумов вне зависимости от расстояния до объекта контроля, изменения освещенности на нем, изменения питающих напряжений, температуры окружающего воздуха и от старения деталей. Регули­ ровка остальных факторов — стабильности размера растра и час­ тоты развертки, верности передачи градаций яркости объекта, гео­ метрических искажений изображения, влияния паразитных сигна­ лов передающих трубок, повторов изображений, ореолов и дру­ гих — может быть выполнена при предварительной настройке или при необходимости осуществлена с помощью систем жесткой ста­ билизации.

— 62 —

3.2. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЧЕТКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Общие понятия

При наличии необходимой полосы пропускания видеотракта четкость изображения будет определяться в основном качеством оптической фокусировки изображения и электрической фокусиров­ ки луча передающей трубки (предполагается, что трубка имеет нужную разрешающую способность).

Расфокусировка изображения проявляется в размытости краев деталей изображения и уменьшении контрастности мелких деталей. В результате видеосигнал, полученный от такого изображения, ста­ новится малопригодным для автоматического анализа, так как в нем искажена информация о размерах и яркости контролируемых объектов или их частей. Таким образом, задачей системы автома­ тической оптимизации четкости изображения является получение резкого изображения объекта по всему полю наблюдения.

Следует отметить, что для ТД нужна фактически не фокусиров­ ка, а коррекция фокусировки изображения заранее выбранного до­ статочно плоского объекта, так как автоматический выбор объекта фокусировки представляет собой значительно более сложную зада­ чу, рассмотрение которой не входит в круг рассматриваемых здесь вопросов.

Автоматическая оптическая фокусировка (АОФ)

Если спроектировать изображение объекта в плоскость фото­ слоя (рис. 3.1а), то зависимость резкости изображения от положе­ ния фотослоя вдоль оси визирования будет иметь вид рис. 3.16. Бу-

дем интересоваться положением максимума этой характеристики на оптической оси, соответствующим максимуму фокусировки, пе­ ремещение которого подчиняется известному закону xx'=ff', т. е. каждому новому положению объекта Хі будет соответствовать но­ вое положение плоскости фокусировки х\. Поскольку кривая

^г-63 —

рис. ЗЛб симметрична относительно вертикальной оси, то для на­ хождения положения оптимальной фокусировки необходимо в са­ мом общем случае тем или иным путем сделать два измерения ор­ динаты, пройдя положение максимума, а затем использовать полу­ ченные данные для установки фотослоя трубки в среднее положе­ ние. На практике могут встретиться и другие реализации, позво­ ляющие автоматически выполнить фокусировку изображения.

Оптическая фокусировка может быть автоматизирована с по­ мощью специально установленных преобразователей или с исполь­ зованием информации о фокусировке, содержащейся в видеосиг­ нале.

В качестве первого примера рассмотрим автоматическую фоку­ сировку, выполняемую с помощью механического преобразователя, непосредственно перемещающего объектив, и предназначенную для работы с телевизионной установкой, выполняющей контроль каче­ ства внутренней поверхности труб переменного сечения (например, труб лонжеронов самолетов) {125]. Для этого передающая камера разделяется на неподвижную и подвижную части. В подвижной части, совершающей возвратно-поступательное движение со скоро­ стью 6 об/мин, находятся оптическая головка со светильниками и устройством для автоматической фокусировки, блок трубки и предварительный усилитель, а неподвижной — двигатель с редук­ тором для вращения подвижной части и блок разверток. Кинема­ тическая схема оптической головки приведена на рис. 3.2. Стенка

Рис. 3.2. Кинематическая схема механической автофокусировкн

трубы с помощью зеркала 4 и объектива 5 проецируется на фото­ слой видикона 7. При изменении расстояния до стенки рычаг 9 по­ ворачивает связанный с ним кулачок 1, который перемещает с по­ мощью толкателя 3 обойму с объективом 6.

Форма кулачка подобрана такой, чтобы обеспечивалась опти­ ческая фокусировка при изменении расстояния от оси камеры до стенки трубы от 28 до ПО мм. С помощью пружин 2 выбираются

— 64 —

возможные люфты системы. Освещение внутри трубы обеспечива­ ется с помощью четырех лампочек 8.

В рассмотренной установке большим недостатком является не­ обходимость во вращении электрических блоков, так как в против­ ном случае изображение на экране ВПУ будет поворачиваться син­ хронно с поворотом зеркала, что приведет к потере ориентации, а при использовании данного устройства для целей телевизионно-вы­ числительной автоматики — к потере информации вообще.

Этот недостаток был устранен тем, что остановка изображения производится за счет синхронного вращения с зеркалом растра пе­ редающей трубки, осуществляемого электрическим способом. Для этого применен известный принцип синус-косинусных потенциомет­ ров, вращаемых двигателем со скоростью 2 об/мин. Этот двига­ тель вращает с той же скоростью сельсин—генератор, с помощью которого синхронно и синфазно вращается сельсин-приемник, свя­ занный с поворотным зеркалом.

В качестве АОФ с отдельным преобразователем рассмотрим си­ стему, функциональная схема которой приведена на рис. 3.3- На пути светового луча от объектива в камере устанавливается полу-

Рис. 3.3. Функциональная схема АОФ с качающимся датчиком

прозрачное зеркало, отражающее часть света к качающемуся вдоль оси визирования фотопреобразователю, помещаемому в плоскость изображения. Известно, что при совпадении плоскости фокуса изо­ бражения со средней точкой колебаний преобразователя на выходе его возникает переменный сигнал, частота которого в два раза пре­ вышает частоту колебаний преобразователя. По мере рассогласо­ вания положения средней точки и плоскости фокуса частота сигна­ ла уменьшается и может достигнуть частоты колебаний преобразо­ вателя, причем фаза сигнала меняется в зависимости от относи­ тельного положения средней точки колебаний и плоскости фокуса.

Сигнал, вырабатываемый преобразователем, усиливается и по­ сле прохождения через фазочувствительный усилитель подается к серводвигателю, который перемещает объект до получения опти­ мальной четкости изображения [170].

Вторым примером АОФ с отдельным преобразователем явля­ ется устройство с фоторезистором. Электрический сигнал от фото­ резистора ([164, 177]) достигает минимальной величины в точке оптимальной фокусировки при условии, что фокусируемый объект имеет контрастные границы своей структуры, расположенные пер­ пендикулярно направлению приложенного к фоторезистору напря­ жения. Путем соответствующих расчетов [4] можно получить сле­ дующее выражение для нормированного электрического сигнала расфокусировки UHпри прямоугольном распределении освещенно­ сти (контрастная граница):

1 — к2

жен параметр расфокусировки в виде относительного изменения ис­ ходного контраста к/ктах- Кривые располагаются симметрично от­ носительно вертикальной оси, так как одинаковые изменения конт­ раста получатся при перемещении объектива в обе стороны от

плоскости оптимальной фокусировки.

Экспериментальная проверка фоторезисторного преобразовате­ ля [19] на базе ФСК-la при проецировании миры в виде темных и светлых линий с к=0,56 позволила получить регулировочную кри­ вую 1 рис. 3.5, где по оси абсцисс отложена величина расфокуси­ ровки, выраженная в процентах. Для получения симметричной ре­ гулировочной характеристики 2 необходимо тем или иным путем скомпенсировать изменение средней освещенности изображения, которое возникает при смещении плоскости фокусировки. Для это­ го в качестве переменной нагрузки можно использовать такой же фоторезистор, который освещается рассеянным световым потоком

— 66 —

же к верхней частоте видеотракта, что повышает чувствительность устройства. Однако следует учитывать при этом и значительное возрастание флуктуационных помех (кривая 3), которые, имея при обычно используемой противошумовой коррекции высокочастотный максимум, существенно ограничивают повышение /ре3. Наиболее правильное решение в данном случае будет получено при проведе­ нии статистического анализа изображений наиболее вероятных объектов контроля, в результате которого можно будет определить наивыгоднейшую величину /рез [158].

Функциональная схема наиболее простой системы АОФ с выде­ лением высокочастотных составляющих изображена на рис. 3.8.

К телев.

Рис. 3.8. Функциональная схема АОФ с вращающимся диском

Перед ТД вращается прозрачный диск переменного сечения, вслед­ ствие чего происходит непрерывная фокусировка и расфокусиров­ ка изображения. Выработанный ТД видеосигнал усиливается и проходит фильтр, выделяющий высокочастотную компоненту сиг­ нала, по величине которой определяется оптимальность фокусиров­ ки. Затем сигнал демодулируется, детектируется, усиливается и подводится к двигателю фокусировки. Для привязки управляюще­ го сигнала к положению диска служат коммутатор, работающий синхронно с вращением диска и подающий управляющие сигналы к детектору [169].

Другим представителем регулятора такого типа является систе­ ма АОФ со вспомогательным видеоканалом, из которого информа­ ция об оптимальном положении объектива передается в рабочий телевизионный канал, спаренный со вспомогательным [30]. Спарен­ ные системы имеют то преимущество, что все пробные перемеще­ ния и анализ сигнала производятся на дополнительной камере (или ТД) и по полученным данным автоматически выставляется объек­ тив камеры основного канала, чем исключается возможное ухуд­ шение качества изображения из-за работы устройства дефокуси­ ровки и поисковых движений регулятора фокусировки. К недо­

— 68 —

статкам таких систем следует отнести значительно больший объем необходимой аппаратуры.

В рассматриваемой системе критерием фокусировки является интегральная информация о количестве яркостных переходов в ви­ деосигнале, которое увеличивается при достижении резкости изоб­ ражения.

Узел фокусировки (рис. 3-9), запускаемый импульсами из бло­ ка синхронизации, приводит объектив в возвратно-поступательное

Рис. 3.9. Структурная схема АОФ со вспомогательным каналом

движение вдоль оптической оси в пределах, соответствующих воз­ никновению расфокусировки. Одновременно из блока синхрониза­ ции в ТД поступают импульсы, синхронные с изменением фоку­ сировки, которые запускают кадровую развертку в двух крайних положениях фокусировки. Видеосигнал от двух последовательных кадров в преобразователе видеосигнала формируется в серию им­ пульсов напряжения, эквивалентных яркостным перепадам в изо­ бражении. В узле выделения ошибки импульсы напряжения про­ ходят через два интегратора, и полученная на их выходе разность напряжений сравнивается и в качестве ошибки расфокусировки подается на узел фокусировки. Если максимум фокусировки прой­ ден, знак ошибки изменяется и вырабатывается сигнал реверса объектива.

— б£ —