Устройство формирования сигнала изображения

Патент 1001499

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмх

Социалксткческкх

Республик (11)3 001499 (6l ) Дополнительное к авт. свкд-ву (22)Заявлено 29.12.81 (21) 3371652/18 09 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.83 (5! )М. Кл.

Н 04 N 5/30

Н 04 М 3/14

Гесуааретеевлм4 кемлтвт

СССР

Ю аелам лзевретеклк к вткрытнк (53) УД К621.397. .33 (088.8) Л. С. ЖмУлев, С. Б. Ковлов в E. Ч. Ствоков (72) Авторы изобретения в 3 гв (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА

ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к тнлевизионной технике и может быть использовано для регистрации импульсных и непрерывных световых изображений.

Известно устройство для формирования сигнала изображения, содержащее последовательно соединенные датчик, блок сканирования с приводом и объективом, матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС), усилитель-преобразователь и регистратор, многофазный генератор тактовых импульсов, подключенный к соответствующему входу ПЗС, блок задержки, коррелятор и блок управления при зтом первый вход блока задержки подключен к выходу многофазного гене ратора тактовых импульсов, второй входвЂ” к соответствующему выходу ПЗС, выход блока задержки подключен к первому входу коррелятора к второму входу ко- 2о торого подключен - соответствующий вход

ПЗС, выход коррелятора через блок управления подключен к Входу многофазного генератора тактовых импульсов. B уст2 ройстве решается задача повышения точности формирования сигнала изображения благодаря вычислению взаимной корреляционной функции поступающих на вход коррелятора сигналов, по результату вычисления пронзводится регулировка частоты следования сдвиговых импульсов многофазного генератора импульсов (.1 j .

Известно устройство.для формирования сигнала изображения, содержащее матрицу, ПЗС, входы которой подключены к соответствующим выходам блока преобразования уровней напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу синхрогенератора, а второй вход к первому выходу формирователя фазных напряжений, второй и третий выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока преобразования уровней напряжения, вторые входы первого и второго элемен499 4

Принцип работы матри ;ы ПЗС основан на периодическом чередовании процессов накопления фотогенерируемых зарядов в ячейках секции накопления и параллельного переноса накопленных зарядов в секцию памяти, после чего начинается новый цикл накопления.,Одновременно с накоплением зарядов в секции накопления происходит построчный параллельный перенос зарядов из секции памяти в выходной реги"тр и последовательный вывод. зарядов иэ выходного регистра на внешний видеоусилитель (3 7 ..

Недостатком известных устройств является то, что они не обечпечивают достоверной регистрации однократных или редкоповторяющнхся импульсных изображений .(вспышек), момент появления которых случаен или не синхронизован с работой телевизионной системы.

Длительность свечения таких изображений значительно. меньше миллисекунды, т.е. световая вспышка можег полн эстью или частично совпадать с временем переноса зарядов иэ секции накопления в секцию памяти,что приводит к значительным искажениям или полной потере регистрйруемого изображения за счет его "раз»мывания" в направлении переноса зарядов. Использовать матрицу ПЗС в ждущем режиме, т.е. держать ее постоянно в режиме накопления, а перенос зарядов из секции накопления в секцию памяти осуществлять только после появления регистрируемой вспышки также нельзя, так как при неопределенной продолжительности времени накопления неопределенные и уровень фонового заряда, воз,никающего в ПЗС-матрице за счет фоно,вых засветок и термогенерации неосновных носителей. Это приводит к значительным искажениям изображения, а при достаточно продолжительном времени ожидания" (t ), 10 " с) происходит полная потеря светочувствительности секции накопления за счет переполнения ее ячеек фоновыми зарядами

Вторым недостатком является огрань ченный динамический диапазон регистрируемых световых изображений из-за большого уровня шумов, образовавшегося в результате продолжительного времени накопления.

Цель изобретения - повышение надежности формирования сигналов однократ» ных или редкоповторяющнхся изображений и расширение динамического диапазона

3 1001 тов И подключены к выходам формирователя импульсов, первый вход которого подключен к выходу источника управляющего напряжения, второй и третий входы формирователя импульсов подключены соответственно к первому и второму вы. ходам оинхрогенератора 52 3 °

Однако в устройстве при изменении освещенности меняется время накопления в секции накопления матрицы ПЗС, 10 что приводит к формированию неискаженного сигнала. Регулирование времени накопления в этом устройстве путем изменения напряжения управляющего ис»точника прилуеняется только при медленно 1 изменяющейся освещенности. При регистрации однократных изображений освещенность быстро изменяется в т ечение одного кадра, поэтому такое технйческое решение для этой цепи не может быть 20 использовано.

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому является устройство для формирования сигнала светового изображения, содержащее матрицу ПЗС,25 управляющие входы которой соединены с выходами формирователей фаэных напряжений (ФФН) секции накопления, секции памяти и выходного регистра, причем первые входы ФФН секции накопле- З0 ния и ФФН секции памяти соединены с прямым выходом счетчика времени переноса и первым управляющим входом уси лителя-формирователя, выход задающего ,гейератора соединен с первым входом

ФФН выходного регистра, .выход первого

35 делителя частоты соединен с вторыми вхо дами ФФН секции накопления и ФФН секции памяти первым входом элемента И, входом второго делителя частоты, счетным

40 входом счетчика времени накопления, прямой выход которого соединен с третьим входом первого. ФФН, инверсный выход - с вторым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчи45 ка времени переноса, прямой выход второго делителя частоты соединен с вторым входом ФФН, выходного регистра, инверсный выход - с вторым управляющим входом усилителя-формирователя, выход матрицы ПЗС через усилитель-формиро50 ватель соединен с выходом устройства.

В перечисленных устройствах для формирования сигналов изображения используется матрица ПЗС, состоящая из трех секций, две пз которых: секция накопления и секция памяти:содержат одинаковое чйсло элементов,.третья секция - выходной регистр.

5 10014 регистрируемых изображений путем сни-, жения уровня фона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство формирования сигнала изображения, содержащее матрицу ПЗС, к управляющим входам которой подклю»чены ФФН секции накопления, ФФН секции памяти и ФФН выходного регистра, а выход которой соединен с усилителемформирователем, задаюший генератор, 10 выход которого подключен к первому входу

ФФН выходного регистра, первый делитель частоты, выход которого соединен с первыми входами ФФН секции накопления, ФФН секции памяти, элемента И, IS счетчика времени накопления и второго делителя частоты, прямой выход которого подключен к второму входу ФФН выходного регистра, а инверсный вЂ” к первому управляющему входу усилителя-фор- 20 мирователя и второму ФФН секции памяти, счетчик времени переноса, прямой выход которого подключен к второму входу ФФН секции накопления и к второму управляющему входу усилителя-формиро- 25 вателя, а вход вЂ” к выходу элемента И, причем инверсный выход счетчика времени накопления соединен с вторым входом элемента И, а прямой вЂ”. с третьим

l входом ФФН секции накопления введены 30 .элемент ИЛИ, счетчик времени задерж::ки, инвертор, блок запуска и переключатель, к первому и второму входам которого подключены соответственно первая и вторая управляюшие шины, а к третье35 му - первый выход счетчика времени задержки, второй выход которого соединен с вторыми входами счетчика времени накопления и второго делителя частоты, первый вход вЂ” с выходом. задающего

40 генератора, подключенного также к входу первого делителя частоты, второй вход вЂ” с первым выходом переключателя, подключенным также к первому входу блока запуска, выход которого соединен с разрешаюшим

45 входом счетчика времени задержки, входом инвертора, выход которого подклю- чен к второму входу счетчика времени переноса и первому входу элемента ИЛИ, и с третьим входом счетчика времени пере50 носа, инверсныи выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, при этом второй выход переключателя подключен к второму входу блока запуска, а выход элемента ИЛИ вЂ” к третьему входу счетчика накопления.

Сушность изобретения заключается в том,что,благодаря введенным в известное устройство блоками и связями, обеспечива99 4 ется время накопления в секции накопле ния матрицы ПЗС,равное или несколько преBblIIldIoIIIBB ожидаемое время свечения импульсного изображения вспышки, обеспечивается синхронизация цикла работы матрицы

ПЗС с моментом появления вспышки, которая осуществляется путем принудительной установки в заданное состояние счеч » чиков времени накопления и времени пе-. реноса, а также в том, что фоновые заряды до момента вспышки постоянно выно сятся из секции накопления матрицы ПЗС, что обесгечивает уровень шумов и регистр рацию импульсного изображения в максимальном диапазоне яркостей.

На чертеже представлена структурноэлектрическая схема устройства.

Устройство содержит матрицу 1 приборов с зарядной связью (ПЗС), содержашую секцию накопления, секцию памяти и выходной регистр, формирователь 2 фазных напряжений (ФФН) секции накжления, ФФН 3 секции памяти, ФФН 4 выходного регистра, задаюший генератор 5, усили-» тель-формирователь 6, первый и второй делители частоты 7 и 8,выполненные в виде счетчиков, элемент И 9, счетчик 10 времени накопления, счетчик 11 времени переноса, блок 12 запуска, выполненный в виде триггера, счетчик

13 времени задержки, элемент ИЛИ 14, инвертор 15, переключатель 16, входы которого соединены с двумя шинами," шиной 17 "работа", в качестве которой может использоваться шина питания, и шиной 18 запуск, выход устройства обозначен позицией 19.

ФФН 2 вЂ” 4 содержат преобразователи уровней, вход счетчика 11, соединенный с выходом инвертора 15, выполнен

"открытым, т.е. поступающий на него единичный уровень сигнала удерживает счетчик ll в положении "максимальное число . Третий вход счетчика 11, соединенный с выходом блока 12 запуска выполнен "закрытым", т..е. он передает только перепад напряжения (фронт импульса). Закрытыми выполнены также вторые (установочные)входы дели-.еля частоты

8 и счетчика 10, соединенные с вторым выходом счетчика 13.

Первый (установочный ) вход элемента

ИЛИ 14, соединенный с выходом инвертора 15, выполнен открытым", второй вход вЂ” закрытым .

Счетчик 13 времени задор>кки выполняется таким образом, что задержка импульса на его втором выходе, соединенном с вторым (установочш м) входом

7 1001 счетчика lO, относительного выходного импульса блока 12 запуска может регулироваться вручную оператором, что достигается изменением коэффициента пересчета, например путем подключения к промежуточным декадам счетчика 13.

Величина задержки импульса на первом выходе счетчика 13 превышает величину задержки импульса на втором его выходе не менее чем на период кадровой 10 развертки T<(T„= 20мс), что необходимо для формирования выходного видеосигнала в соответствии с телевизионным стандартом.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 5 с кварцевой стабилизацией частоты западает утроенную (для ПЗС с трехфазным управлением) 2р частоту вывода зарядов из выходного регистре ПЗС-матрицы, необходимую для формирования фазных напряжений выходного регистра, и.: подключен к ФФН 4.

Подключеный к выходу. задающего генератора 5 первый делитель 7 частоты формирует сигнал с утроенной частотой переноса, необходимый для формирования фазных напряжений секций, и подключен к ФФН 2 и 3, второму делителю частоты 8, счетчику.10 времени накопления и элементу И 9. B отличие от извест ного прототипа, где вместо делителя 7 частоты используется независимый генеpazop утроенной частоты переноса, пред35 лагаемая схема обеспечивает "жесткую" . временную синхронизацию работы ФФН с работой остальных блоков устройства, что исключает возможность сбоев при изменении времени накопления, 40

Второй делитель 8 частоты формирует сиг, нал,соответствующий в телевизионных системах периоду строчной развертки. Бо время прямого хода строчной развертки с прямого выхода второго делителя

45 частоты 8 осуществляется передача разрешающего сигнала на ФФН 4, и имеющиеся в ячейках выходного регистра заряды выводятся через усилитель-формирователь 6 на выход 19.

Во время обратного хода строчной развертки сигнал с инверсного выхода .вЮэрого делителя 8 частоты подается на ФФН 3 и первый вход усилителя-формирователя 6. При этом ФФН 3 осущест55 вляет перенос одной строки зарядов из секции памяти 1 ПЗС в выходной регистр, а усилитель-формирователь 6 формирует

499 8 строчный гасящий и синхронизируюший импульсы в выходном видеосигнале.

За время, соответствующее длительности прямого хода кадровой развертки телевизионной системы, содержимое сек» ции памяти матрицы 1 ПЗС полностью выводится (через выходной регистр и усилитель-формирователь 6) на выход 19.

Устройство имеет два режима работы; непрерывный и однократный в зависимости от установленного оператором положения переключателя 16. В непрерывном режиме второй вход блока 12 запуска замкнут на шину 17 "работа, а первый выход счетчика 13 разомкнут. При этом блок запуска 12 постоянно находится в состоянии "1", а счетчик 13, досчитав до максимального значения, блокируется в состоянии "максимальное число".

Таким образом. на выходе инвертора 15 сигнала нет, а установившиеся уровни сигнала на выходах блока 12 и счетчика

13, подаваемые на закрытые" входы счетчиков 10 и 11 и второго делителя

8 частоты, не оказывают влияния на работу устройства .

Счетчик 10 времени накопления подсчитывает число периодов выходного сигнала первого делителя частоты 7, соответствующее максимальному времени накопления (длительности прямого хода кадровой развертки телевизионной системы). В течение этого времени выходной сигнал счетчика 10 подается на

ФФН 2 секции накопления, которая удерживается в режиме накопления. При заполнении счетчика 10 сигнал с его инверсного выхода подается на второй вход элемента И 9, разрешая прохождение импульсов с первого делителя 7 частоты на выход элемента И 9. Импульсы с выхода элемента И 9 поступают на первый вход счетчика 11 времени переноса, который подсчитывает число периодов выходного сигнала первого делителя

7 частоты, соответствующее времени переноса (длительности обратного хода кадровой развертки). В течение этого времени выходной сигнал счетчика 11 подается на ФФН 2 и ФФН 3.

Матрица 1 ПЗС переводится в режим переноса, т.е. осуществляется перенос накопленных в ячейках секции накопления зарядов в секцию памяти. По заполнении счетчика 11 сигнал с его инверсного выхода через элемент ИЛИ 14 подается на третий (установочный) вход счетчика 10 времени накопления и устанавливает его в состояние 0 .

Далее процесс повторяется.

Для осуществления однократного режима работы устройства переключатель 16 устанавливается в положение, при котором второй вход блока 12 запуска замкнут на шину 18 запуск, а первый выход счетчика 13 замкнут на первый (установочный) вход блока 12 и второй вход счетчика 13. До прихода запускающего сигнала шины 18 "запуск" блок 12 запуо- ка находится в положении О, при этом на выходе инвертора 15 имеется сигнал, поступающий на второй (установочный) вход счетчика 11 и удерживаюший счетчик 11 в положении максимальное чиоло . Эгот же сигнал через элемент ИЛИ поступает на третий (установочный) вход счетчика 10, удерживая счетчик 10 в положении О, т.е. до прихода запускающего импульса с шины 18 на блок 12, на ФФН 2 и ФФН 3 подается сигнал состояния переноса с прямого выхода счетчика 11 и, появившиеся в ячейках секции накопления фоновые заряды постоянно выносятся о частотной переноса в секцию памяти, через выходной регистр на выход матрицы ПЗС 1.

Таким образом, в отличие от известного, до момента появления вспышки не происходит накопления фоновых зарядов ЗО в секции накопления матрицы ПЗС 1.

При поступлении сигнала запуска с шины

18 на вход блока 12 íà его выходе возникает сигнал, подаваемый на третий (jCTGHOI3O Hb>É) BXOj1 СВеТ К 1 1, HG вход инвертора 15 и на разрешаюший вход счетчика 13 задержки. При этом .снимаются удерживающие сигналы с вторых установочных входов счетчиков 10 и 11. Счетичк 10 начинает отсчет времени накопления, т.е. счет периодов выходного сигнала первого делителя 7 частоты, счетчик 13 (задер>кки) начинает счет периодов выходного сигнала задающего генератора 5.

Для минимизации накопления фоновых зарядов задержка в счетчике 13 устанавливается равной ожидаемой длительности свечения импульсного изобра>кения (вспышки). При достижении установленного значе ния времени задержки на втором выходе счетчика 13 возникает сигнал, подаваемый на второй установочный вход счетчика 10 и устанавливающий его в поло>кение "максимальное число". При этом снимается сигнал

"накопление с ФФН 2 и поступает разрешаюший сигнал на второй вход элемента И 9, Счетчик 11 начинает счет импульсов, поступающих с первого делителя 7 часто1001499 10 ты через элемент И 9, а на ФФН 2 и 3 подается сигнал состояния переноса т.е. .начинается перенос накопленных зарядов из секции накопления в секцию памяти матрицы 1 ПЗС.

Таким образом, накопления фоновых зарядов в секции накопления матрицы

1 ПЗС, после прекрашения свечения им . пульсного изображения не происходит.

Одновременно сигнал с второго выхода счетчика задержки подается на второй установочный вход второго делителя 8 частоты, который устанавливается в состояние "О", осуществляется синхронизация срочной развертки с учетом установленной задержки в счетчике 13. С момента начала работы счетчика ll и после его заполнения процесс формирования выходI ного видеосигнала протекает так же, как в непрерывном режиме, в течение одного периода кадровой развертки Т после чего возникает сигнал на первом выходе счетчика 13 задержки. Этот сит нал через переключатель 16 поступает на первый установочный вход блока 12 и второй установочный вход счетчика 13, которые устанавливаются в положение 0», и устройство переходит в режим ожидания следуюшего запускающего импульса с шины

1.8.

Таким образом, благодаря введенным блокам и связям создается режим работы

ПЗС матрицы,при котором исключается совпадение момента появления однократного или редко повторяющего изображения с временем, переноса из секции накопления в секцию памяти ПЗС, что характерно, для известного устройства. Qo появления однократного изображения секция накоп ления матрицы ПЗС регулярно освобождается от накопившихся фоновых зарядов.

Первым преимушеством предлагаемого устройства по сравнению с известным является надежная регистрация однократных или редкоповторяющихся изображений, длительность которых может составить единицы миллисекунд и менее.

Вторым преимуществом предлагаемого . устройства является расширение динамического диапазона регистрируемых свето вых изображений. по яркости благодаря снижению уровня фонового заряда, так как время накопления в известном уст» ройстве фиксировано и составляет 18 > мс, а в предлагаемом устройстве уменьшено до >1оскольких микросекунд и регулируется путем установки соответствуюшего коэффициента пересчета в счетчике 13 времени задержки.

1001499

Формула изобретения

Устройство формирования сигнала изображения, содержащее матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС), к управляющим» входам которой подключены формирователь фазных напряжений (ФФН) секции накопления, ФФН секции памяти и ФФН выходного регистра, а выход которой соединен с усилителем формирователем, задаюший генератор, выход которого подключен к первому входу ФФН выходного регистра, первый делитель частоты, выход которого соединен с первыми входами

ФФН секции накопления, ФФН секции памя- ти, элемента И, счетчика времени накоп-. ления и второго делителя частоты, прямой выход которого подключен к второму вхо ду ФФН выходного регистра, а инверсныйк первому управляющему входу усилителя формирователя и второму входу ФФН секции памяти, счетчйк времени переноса, прямой выход которого подключен к второму входу ФФН секции накопления и к второму управляющему входу усилителя-формирователя, а вход - к выходу элемента И, причем инверсный выход счетчика времени накопления соединен с вторым входом элемента И, а прямой вЂ” с третьим входом ФФН секции»@ накопления, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности формирования сигналов однократных или редкоповторяюшихся изображений и расширения динамического диапазона регистрируемых изображений путем снижения уровня фона, введены элемент ИЛИ, счетчик времени задержки, инвер-. тор, блок запуска и переключатель, к первому и второму входам которого подключены соответственно порвая и вторая управляющие шины, а к третьему - первый выход счетчика времени задержки, второй выход которого соединен с вторыми входами счетчика времени накопления и второго делителя частоты, первый входвЂ” с выходом задающего генератора, подключенного также к входу первого делителя частоты, второй вход вЂ” с первым выходом переключателя, подключенным также к первому входу блока запуска, выход которого соединен с разрешающим входом счетчика времени задержки, входом инвертора, выход .которого подключен к второму входу счетчика времени переноса и первому входу элемента ИЛИ, и с третьим входом счетчика времени переноса, инверсный выход которого соединен.с вторым входом элемента ИЛИ, при этом второй выход переключателя подключен к второму входу блока запуска, а выход элемента ИЛИ - к третьему входу счетчика времени накопления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 681579, кл. Н 04 М 5/30, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 674240е кл Н 04 5 34ю 977»

3. Березин B. Ю. и др. Телевизионная камера на матрице приборов с зарядовой связью. "Техника кино и телевидения", 1977, № 6, с. 54-59.

i00i499

ВНИИПИ Заказ 1453/ (6 Тираж 675 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4