Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення

Реферат: UA 83651 U UA 83651 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до техніки телебачення і може бути використана у тепловізійних системах неруйнівного контролю на базі піровідикона. Найближчим за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є пристрій формування сигналу тепловізійного зображення (П.О. Кондратов Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення. Патент на корисну модель № 73791, від 10.10.2012 р. Україна, Бюл. № 19, 2012 р.), який містить: перший АЦП, блок пам'яті, перший та другий комутатори, різницевий підсилювач, синхрогенератор, ЦАП, блок формування сигналу п'єдесталу, у складі послідовно з'єднаних суматора та подільника, другий АЦП, блок корекції чутливості, інформаційний та керуючий входи, синхронізуючий та інформаційний виходи пристрою, інформаційний вхід, з'єднаний із інформаційним входом першого АЦП та другим входом першого і першим входом другого комутаторів, виходи яких подано відповідно на прямий та інверсний входи різницевого підсилювача, вихід першого АЦП під'єднаний до входу блока пам'яті та через другий вхід блока формування п'єдесталу - з одним із входів суматора, другий вхід якого під'єднаний до виходу блока пам'яті, вихід суматора через подільник подано через вихід блока формування п'єдесталу на вхід ЦАПу, вихід якого з'єднано із першим та другим входами відповідно першого і другого комутаторів, керуючі входи яких під'єднані до керуючого входу пристрою, перший, другий, третій виходи блока синхронізації під'єднані відповідно до синхровходів першого АЦП, блока пам'яті, та синхровиходу пристрою, вхід другого АЦП під'єднано до виходу різницевого підсилювача, а вихід - до входу блока корекції чутливості, вихід подільника подано на керуючий вхід блока корекції чутливості, вихід якого є інформаційним виходом пристрою, окрім того, синхровходи другого АЦП та блока корекції чутливості з'єднані відповідно із четвертим та п'ятим синхровиходами блока синхронізації. Недоліком такого пристрою є наявність у вихідному інформаційному сигналі завад, викликаних миттєвими змінами на виході блока формування п'єдесталу, що спричинені відсутністю пам'яті цього сигналу та її просторової та часової корекції. Це приводить до погіршення результуючого корисного сигналу та негативно впливає на якість теплового зображення об'єкта. Негативним впливає на вихідний сигнал також відмінність взірцевих напруг ЦАП і АЦП. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою, який би дозволив виключити вплив на результуючий сигнал просторової та часової зміни п'єдесталу мішені, що забезпечить покращання якості формованого зображення порівняно із прототипом. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій, який містить перший АЦП, блок пам'яті, перший та другий комутатори, різницевий підсилювач, блок синхронізації, ЦАП, блок формування сигналу п'єдесталу у складі, послідовно з'єднаних, першого суматора та подільника, інформаційний та керуючий входи пристрою, інформаційний та синхронізуючий виходи пристрою, послідовно з'єднані другий АЦП та блок корекції чутливості, причому інформаційний вхід пристрою з'єднаний з входом першого АЦП та другим входом першого і першим входом другого комутаторів, виходи яких подано відповідно на прямий та інверсний входи різницевого підсилювача, вихід якого подано на вхід другого АЦП, вихід першого АЦП під'єднаний до входу блока пам'яті та через другий вхід блока формування п'єдесталу - з одним із входів першого суматора, другий вхід якого під'єднаний до виходу блока пам'яті, вихід першого суматора подано на подільник, керуючі входи першого та другого комутаторів під'єднані до керуючого входу пристрою, перший, другий, третій виходи блока синхронізації під'єднані відповідно до синхровходів першого АЦП, блока пам'яті, та синхровиходу пристрою, а синхровходи другого АЦП та блока корекції чутливості з'єднані відповідно із четвертим та п'ятим синхровиходами блока синхронізації, вихід блока корекції чутливості, є інформаційним виходом пристрою, згідно з винаходом, введено блок рекурсивного фільтра у складі послідовно з'єднаних блоків пам'яті п'єдесталу та другого суматора та блок нормалізації, причому вихід подільника подано на перший вхід другого суматора блока рекурсивного фільтра, другий вхід якого з'єднано із виходом блока пам'яті п'єдесталу, що є виходом блока рекурсивного фільтра, який подано на керуючий вхід блока корекції чутливості та на вхід ЦАПу, вихід якого через блок нормалізації з'єднано із першим та другим входами відповідно першого і другого. Введення у пристрій блока рекурсивного фільтра у складі послідовно з'єднаних блоків пам'яті п'єдесталу та другого суматора та блока нормалізації дозволяє значно зменшити спотворення корисного сигналу за рахунок просторових та часових змін п'єдесталу мішені піровідикону, тим самим значно покращити якість теплового зображення об'єкту. Робота корисної моделі пояснюється кресленням на Фіг. 1. Часові діаграми роботи пристрою наведено на Фіг. 2. На фіг. 3 показана перехідна характеристика рекурсивного фільтра. 1 UA 83651 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення містить: перший АЦП 1, блок пам'яті 2, перший 3 та другий 4 комутатори, різницевий підсилювач 5, синхрогенератор 6, ЦАП 7, блок формування сигналу п'єдесталу 8, у складі послідовно з'єднаних суматора 9 та подільника 10, інформаційний 11 та керуючий 12 входи, синхронізуючий 13 та інформаційний 14 виходи другий АЦП 15, блок корекції чутливості 16, пристрою, блок рекурсивного фільтра 17, у складі послідовно з'єднаних блоків пам'яті п'єдесталу 18 та другого суматора 19 та блок нормалізації 20. Інформаційний вхід 11 з'єднаний із інформаційним входом першого АЦП 1 та другим входом першого 3 і першим входом другого 4 комутаторів, виходи яких подано відповідно на прямий та інверсний входи різницевого підсилювача 5, вихід першого АЦП 1 під'єднаний до входу блока пам'яті 2 та через другий вхід блока формування п'єдесталу 8 - з одним із входів суматора 9, другий вхід якого під'єднаний до виходу блока пам'яті 2, вихід суматора 9 через подільник 10 подано через вихід блока формування п'єдесталу 8 на перший вхід другого суматора 19 блока 17 рекурсивного фільтра, другий вхід якого з'єднано із виходом блока пам'яті п'єдесталу 18, що є виходом блока 17 рекурсивного фільтра, який подано на керуючий вхід блока 16 корекції чутливості та на вхід ЦАПу 7, вихід якого через блок 20 нормалізації з'єднано із першим та другим входами відповідно першого 3 і другого 4 комутаторів, керуючі входи яких під'єднані до керуючого входу пристрою 12, перший, другий, третій, четвертий та п'ятий виходи блока синхронізації 6 під'єднані відповідно до синхровходів першого АЦП 1, блока пам'яті 2, синхровиходу пристрою 13, синхровходами другого АЦП 15 та блока корекції чутливості 16, вхід другого АЦП 15 під'єднано до виходу різницевого підсилювача 5, вихід блока корекції чутливості 16 є інформаційним виходом 14 пристрою. Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення працює наступним чином. Блоком синхронізації 6 формуються: 1) тактовий сигнал, який подається на синхровхід першого АЦП 1 для забезпечення необхідної частоти дискретизації відеосигналу; 2) сигнали синхронізації розгорток та обтюратора тепловізійної камери, які подаються на синхровихід 13 пристрою; 3) сигнали читання/запису та вибору рядків/стовпців, які подаються на синхровходи першого блока пам'яті 2 з метою синхронізації операцій запису (читання) із розгорткою зображення; 4) сигнали синхронізації із виходів 4 та 5, що синхронізують роботу блоків 15 другого АЦП і блока 16 корекції чутливості. На керуючий вхід 12 пристрою подається сигнал стану обтюратора (закрито - 0, відкрито - 1, Фіг. 2, а). При відкритому положенні обтюратора вхідний інформаційний сигнал (Фіг. 2, б) U11 складається із п'єдесталу - (Р) та корисного сигналу - (+S), тобто U11=P+S. Вхідний сигнал перетворюється в цифрову форму першим АЦП 1 та подається на блок пам'яті 2, де він запам'ятовується. При закритому положенні обтюратора вхідний інформаційний сигнал має значення U11=P-S. Він оцифровується першим АЦП 1, подається через другий вхід блока 8 формування п'єдесталу на суматор 9, на який одночасно на перший вхід синхронно надходить із блока пам'яті 2 цифровий сигнал P+S. В результаті на вході подільника 10 формується подвійний сигнал п'єдесталу: (P+S)+(P-S)=[2P] в цифровому вигляді. Подільник 10, який має коефіцієнт ділення К=0,5, нормалізує його до значення [Р]. Коли значення п'єдесталу змінюється, як показано на Фіг. 2б, в блоці рекурсивного фільтра 17 запам'ятовується в блоці 18 пам'яті п'єдесталу початкове значення Р. При цьому другий суматор 19 обчислює помилку ΔР і додає її до попереднього значення п'єдесталу, при кожній корекції наближаючись до реального значення зміненого п'єдесталу. В блоці 7 ЦАП цей сигнал стає аналоговим (Фіг. 2в) і надходить на перший та другий входи комутаторів відповідно 3 та 4 через блок 20 нормалізації, який встановлює коефіцієнт М передачі сигналу п'єдесталу, враховуючи відмінність взірцевих напруг першого та другого АЦП та ЦАП. Ці комутатори керуються сигналом U12 таким чином, що інформаційні сигнали U11=P+S завжди подаються на прямий, а сигнали U 11=P-S - на інверсний вхід різницевого підсилювача 5. В той же час, вищезгадані комутатори передають під час дії на одному із входів різницевого підсилювача 5 інформаційних сигналів P+S чи P-S на другий вхід сигнал п'єдесталу Р (Фіг. 2в). Це забезпечує появу на виході різницевого підсилювача 5 корисного сигналу кS (к - коефіцієнт підсилення різницевого підсилювача). Рекурсивне формування окремого сигналу п'єдесталу Р дає можливість, на відміну відомих пристроїваналогів, компенсувати просторову та часову залежність корисного сигналу від змін рівня п'єдесталу мішені піровідикону - ΔР та корисного сигналу - ΔS (Фіг. 2г). Просторова та часова компенсація корисного сигналу здійснюється за допомогою блока 16 корекції чутливості, на який з цією метою подається сигнал п'єдесталу з виходу блока 17 рекурсивного фільтра у цифровому представленні. Оскільки пропонована структура пристрою використовує зворотний зв'язок, досліджено стійкість рекурсивного фільтра. Аналізуючи Фіг. 3, можна за допомогою вибору значення коефіцієнту М=0,8 отримати оптимальне рекурсивне рівняння перехідної характеристики фільтра: j j j UK 1  UK  P  M  UK , 2 UA 83651 U де j 1 UK 5 - порядковий номер коректуючого циклу; j j P - поточний рівень п'єдесталу; j  UK  P  M UK - коефіцієнт, що відображає відмінність взірцевих напруг АЦП і ЦАП. Таким чином, за допомогою введення у пристрій блока рекурсивного фільтра у складі послідовно з'єднаних блоків пам'яті п'єдесталу та другого суматора та блока нормалізації вдається значно зменшити спотворення корисного сигналу за рахунок просторових та часових змін п'єдесталу мішені піровідикону, тим самим значно покращити якість теплового зображення об'єкту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 30 Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення, який містить перший АЦП, блок пам'яті, перший та другий комутатори, різницевий підсилювач, блок синхронізації, ЦАП, блок формування сигналу п'єдесталу у складі, послідовно з'єднаних, першого суматора та подільника, інформаційний та керуючий входи пристрою, інформаційний та синхронізуючий виходи пристрою, послідовно з'єднані другий АЦП та блок корекції чутливості, причому інформаційний вхід пристрою з'єднаний з входом першого АЦП та другим входом першого і першим входом другого комутаторів, виходи яких подано відповідно на прямий та інверсний входи різницевого підсилювача, вихід якого подано на вхід другого АЦП, вихід першого АЦП під'єднаний до входу блока пам'яті та через другий вхід блока формування п'єдесталу - з одним із входів першого суматора, другий вхід якого під'єднаний до виходу блока пам'яті, вихід першого суматора подано на подільник, керуючі входи першого та другого комутаторів під'єднані до керуючого входу пристрою, перший, другий, третій виходи блока синхронізації під'єднані відповідно до синхровходів першого АЦП, блока пам'яті, та синхровиходу пристрою, а синхровходи другого АЦП та блока корекції чутливості з'єднані відповідно із четвертим та п'ятим синхровиходами блока синхронізації, вихід блока корекції чутливості, є інформаційним виходом пристрою, який відрізняється тим, що додатково містить блок рекурсивного фільтра у складі послідовно з'єднаних блоків пам'яті п'єдесталу та другого суматора та блок нормалізації, причому вихід подільника подано на перший вхід другого суматора блока рекурсивного фільтра, другий вхід якого з'єднано із виходом блока пам'яті п'єдесталу, що є виходом блока рекурсивного фільтра, який подано на керуючий вхід блока корекції чутливості та на вхід ЦАПу, вихід якого через блок нормалізації з'єднано із першим та другим входами відповідно першого і другого комутаторів. 3 UA 83651 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4