Пристрій для визначення координат енергетичного центру зображення світлової плями

Пристрій для визначення координат енергетичного центру зображення світлової 3 В основу корисної моделі поставлено задачу розробки пристрою, в якому за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними досягається підвищення з субпікселною точністю визначення координат точки зображення з максимальною яскравістю, що у свою чергу підвищує точність вимірювання загалом. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для визначення координат енергетичного центру зображення світлової плями містить фотоприймальний блок у вигляді фотоматриці, блок керування та обробки даних, введено аналогово-цифровий перетворювач, вхід якого пов'язаний з виходом фотоматриці, а вихід є входом блока керування та обробки даних, системи горизонтального та вертикального зсуву, входи яких пов'язані з виходами блока керування та обробки даних і механічно пов'язані з фотоматрицею. На Фіг.1 представлено структурну схему пристрою. Пристрій містить послідовно з'єднані фотоматрицю 1, АЦП 2, блок керування та обробки даних 3, систему горизонтального 4 і вертикального зсуву 5, виходи яких пов'язані із входами блока керування 3 та механічно пов'язані з фотоматрицею 1. Пристрій працює наступним чином: зображення розподілення яскравості світлової плями зчитується та перетворюється фотоматрицею 1 в електричні сигнали, а за допомогою АЦП 2 - в цифровий код у вигляді масиву даних, що подається в блок керування та обробки даних 3, далі з блока керування та обробки даних 3 сигнал подається на систему горизонтального зсуву 4, що дозволяє змістити фотоматрицю на долю піксела по осі х та отримати друге зображення світлової плями, після чого фотоматриця повертається в початкове положення та за допомогою системи вертикального зміщення 5 аналогічна процедура повторюється по осі у. Результатом отриманих даних є набір зображень, які зміщені на долю піксела по осям х та у відносно початкового. Зміщення відносно піксела з максимальною яскравістю d можна обчислити для одновимірного випадку за формулою: a ×D d= , a+b де a, b - коефіцієнти субпікселного зміщення відносно центра піксела; D - значення субпікселного зсуву. При цьому коефіцієнти субпікселного зміщення a та b обчислюються за формулою Гаусса: 1 ln(f (x - 1)) - ln (f (x + 1)) ì ïa = 2 ln(f (x - 1)) - 2 ln(f (x )) + ln(f (x + 1)) ï , í ln (g(x - 1)) - ln(g(x + 1)) ïb = 1 ï 2 ln (g(x - 1)) - 2 ln(g(x )) + ln(g(x + 1)) î або за допомогою формули параболічної оцінки: 28111 4 1 f (x - 1)) - f (x + 1)) ì ïa = 2 (f (x + 1)) - 2f (x) + f x - 1)) ) ( ï . í 1 g(x - 1) - ( x + 1)) ) g ïb = ï 2 (g(x + 1)) - 2g()) + g x - 1)) x ( î де х - координата піксела, що відповідає максимуму яскравості в результаті відгуку системи; х-1, х+1 координати пікселів зліва та справа від піксела з максимальною яскравістю; f(x), g(x) - яскравості пікселів до і після зсуву. Робота запропонованого пристрою досліджувалася експериментально, засобами напівнатурного моделювання. Зображення світлової плями з екрана монітора записувалося на цифрову відеокамеру, після чого виконувався зсув зображення на один піксел монітора. Масив даних уводився в комп'ютер, де формувався профіль світлової плями. Відстань між монітором та відеокамерою була відома, що дозволило розрахувати відношення розмірів піксела монітора та відеокамери й, таким чином, визначити величину зміщення субпікселного зсуву D. У даному випадку мінімальне зміщення зображення на моніторі в один піксел відповідало 0,4 піксела відеокамери. На Фіг.2 наведені результати обчислення енергетичного центру зображення світлової плями в результаті багатократного зсуву, де визначені положення максимумів на виході відеокамери та справжні положення в координатах М, N, де М номер піксела монітора та N - номер піксела відеокамери. Графіки наочно демонструють, що при зсуві зображення на моніторі положення піку плями в рамках одного піксела відеокамери не змінюється, а дійсна координата енергетичного центру в результаті використання запропонованого методу має субпікселне зміщення. 5 28111 6