Способ компенсации неравномерности видеосигнала матричного фотоприемника

Способ компенсации неравномерности видеосигнала матричного фотоприемника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ КЕРАВНОМЕРНОСТИ ВВДЕОСИГНАЛА МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЕМНИКА , основанньй на предварительной калибровке, заключающийся в трехкратном облучении матричного фотоприемника эталонным излучением, усилении видеосигнала с каждого (,j) элемента матричного фотоприемника , где 1 - порядковый номер строки матричного фотоприемника ( 1, 2, 3, ...), а j - порядковьй номер его столбца (l 1, 2, 3, ...), до величины опорного напряжения, запоминании соответствующего коэффициента усиления N ; , определении коэффициента компенсации по трем заполненным коэффициентам усиления N;; , М..|(|1. и последующем усилении и с каждого (i, 3 ) элемента деосигнала „ч , j - с коэффициентом компенсации N. , отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации путем уменьщения влияния неравномерности распределения эталонного излучения , при калибровке перед вторым облучением сдвигают матричный фотоприемник относительно первого положения параллельно его столбцам на расстояние между его строками, а перед третьим облучением сдвигают матричS9 ный фотоприемник параллельно его стро кам на расстояние между его столбцами , а определяют коэффициент компенсации по формуле N,, для ,зИ irri .)-1-, кп NK, J-1 Ц ч,,NM-J , li AnftUl, 41 СХ) ... м;,„ Н KUM . „. П N -П -:г;-Д(,р ел 02 Cl : 5-1 ч эо

(1% (И) СОЮЗ (OBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОЫ ЕТЕНИй И ОТКРЫТий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3530932/18-09 (22) 06.12,82 (46) 07. 10.84. Бюл. I1 - 37 (72) Н. IO. Ãåðàñåíîâ и И.М. Рубинович (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С.М.Кирова (53) 621.397.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 907868, кл. Н 04 М 5/30, 1980.

2. Патент США - 4032975, кл. H 04 N 3/14, 1977 (прототип). (54) (57) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВИДЕОСИГНАЛА МАТРИЧНОГО ФО« ОПРИЕМНИКА, основанньпЪ на предварительной калибровке, заключающийся в трехкратном облучении матричного фотоприемника эталонным излучением, усилении видеосигнала с каждого (,j) элемента матричного фотоприемника, где 1 — порядковый номер строки

1 матричного фотоприемника (= 1, 2, 3, ...), à 1 — порядковьпЪ номер его столбца (1 = 1, 2, 3, ...), до величины опорного напряжения, запоминании соответствующего коэффициента

3 ) Н 04 N 5/"-1 Н 04 Й 3/14 усиления N определении коэффициента компенсации N ° по трем запол+

15 ненным коэффициентам усиления М н оп последующем усилении ви13 деосигнала с каждого (1, y ) элемента с коэффициентом компенсации N; отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации

4 путем уменьшения влияния неравномерности распределения эталонного излучения, при калибровке перед вторым облучением сдвигают матричный фотоприемник относительно первого положения параллельно его столбцам на расстояние между его строками, а перед третьим облучением сдвигают матрич- @ ный фотоприемник параллельно его стро-фу кам на расстояние между его столбцами, а определяют коэффициент компен- С сации по формуле

Йн ДПЯ 1=(,) =1 ) I

1- Мк+14 й1, П „ .АЛЯ >2;1=1, К=1 "К

Иц я

1(и П 1(АпЯ 1-(i1 -2 j

5=1 М

1 1 (!

М„!

N)q 0 „ П N, АпЯ132,F32

"ki 5--1 " %

1 1117

Изобретение относится к преобразованию оптических изображений в видеосигнал, в частности к матричным преобразователям свет — сигнал, и может использоваться в растровых телевизионных системах и интроскопии.

Известен способ компенсации неравномерности видеосигнала матричного фотоприемника, заключающийся в том, что матричный фотоприемник из и х П» эле- 10 ментов, расположенных по строкам и столбцам, при калибровке облучают контрольной подсветкой и для каждого

»1 -ro элемента определяют и запоминают коэффициент передачи видеотракта ;, !5 при котором его вых6дной сигнал равен эталонному, а при информативной зас-! ветке синхронно со сканированием элементов коэффициент передачи видеотракта устанавливают равным соответствую- 20 щему значению N < (1) .

Недостатком такого способа является низкая точность компенсации неравномерности видеосигнала из-за отсутствия учета неравномерности распределе-25 ния излучения реальных источников контрольной подсветки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ компенсации неравномерности видеосигнала матричного фотоприер»ника, основанный на предвари-, тельной калибровке, заключающийся в трехкратном облучении матричного фотоприемника излучением, усилении ви\ деосигнала (»,j ) элемента матрично го фотоприемника, где » — порядковый номер строки матричного фотоприемника (1 = 1, 2, 3, ...), а 1 — порядковый номер его столбца (1 = 1, 2, 3, ...), до величины опорного напряжения, запоминании соответствующего коэффициента усиления N»>, определении коэффициента компенсации N;> путем усреднения запомненных коэффи- 45

l « циентов передачи H»j, ",, М» и последующем усилении видеосигнала с каждого (»,j ) элемента с коэффици»» ентом компенсации N„1 )2)

Недостатком известйого способа 50 является наличие систематической ошибки, обусловленной неравномерностью пространственного распределения интен-" сивности эталонного излучения.

Цель изобретения — повышение точ- 55 ности компенсации путем уменьшения влияния неравномерности распределения эталонного излучения. где D», — чувствительность элемента, находящегося в строке с

Ф номером» и столбце с номером»

858 2

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу компенсации неравномерности видеосигнала матричного фотоприемника, основанному на предва-! рительной калибровке, заключающемуся ,в трехкратном облучении матричного фотоприемника эталонным излучением, усилении видеосигнала с каждого (»,») элемента матричного фотоприемника, где » — порядковый номер строки матричного фотоприемника (» = 1, 2, 3, ...),0 j — порядковый номер его столбца (j = 1, 2, 3, ...), до величины опорного напряжения, запоминании соответствующего коэффициента усиления N, определении. коэффициента компенсации N по трем запом1» ненным коэффициентам усиления Я;

Ц, я» и последующем усилении

» видеосигнала с каждого (», 1 ) элемента с коэффициентом компенсации

Ф при калибровке перед вторым облучением сдвигают матричный фотоприемник относительно первого положения па- ° раллельно его столбцам на расстояние между его строками, а перед третьим облучением сдвигают матричный фотоприемник параллельно его строкам на расстояние между его столбцами, а определяют коэффициент компенсации по формуле »» Д,ля» = 1, j = f

"«»»,»

„ ИИ1>2, =1 к=1 "к» )

j»и 6 — Д»»»»» =1 > j o Q

5-"1 и 11» .

"к«,» i,з+» »» П вЂ” П А9»»1>2,) 32

К=1 "К» 5=1

Согласно предлагаемому способу калибровку можно условно разбить на три цикла: при исходном положении матричного фотоприемника и при двух сдвигах.

Пусть при калибровке распределение излучения контрольной подсветки по площади матричного преобразователя описывается произвольной функцией F," тогда для каждого элемента можно составить уравнение калибровки в первом цикле

0»3 8»i U i

Подставив в.(4) Г;1 из (3), полу- 45 чаем

М;,=К„, — „" Г;,,=11, К; » для 1 > 2. (5) 3 1117

Чр — эталонное напряжение, М» — коэффициент передачи видеотракта, который определяют из условия (1) в момент передачи сигнала от 11 -ro элемента в первом цикле калибровки и запоминают.

Во втором цикле калибровки осуществляют первый сдвиг матричного фо- 10 топриемника параллельно столбцам вверх на расстояние, равное расстоянию между элементами в столбце. При этом для < -го датчика первого столбца уравнение калибровки во втором цик 1g ле имеет вид

0 К

1-1,1 1»»» 1 (2)

1 где N;» — коэффициент передачи видеотракта для 1 -го элемента первого столбца, определяемый в момент передачи сигнала от этого элемента во втором цикле калибровки из условия (2) .

Из уравнений (1) и (2), записанных 2 для элементов первого столбца, следует, что

N,", —" . 1,1 ДЯЯ - а. (3)

11

Из уравнения (3) видно, что значение »11 и N, позволяет связать действие излучения в двух соседних точках первого. столбца (а значит и во всех точках вдоль первого столбца матричного фотоприемника) .

»

Определяем значения коэффициентов

N которые получились бы при калибровке равномерным источником с распределением Г» = 1. Используя (1)

»1 > 40 получаем î о з л .,,g ° -F. »»1. (4)

D° . Ч 11 11 11 11 ° о

858 б пользуя рекуррентное соотношение (5) . получим выражение для К

N«p,n =1

»-1 й11 П „ A»»»» i Zg, К=» "К»

* .» к

N" =1» . Д»»я j з2, (8)

11 H

Рекуррентное соотношение (8) после последовательной подстановки и

I совместно с (6) дает выражение для

N„Мя

»-»

11»1 П к=t

5=1

»-1

N»l П

К=1

1=1,1-1.

N М11,1

АИЯ 1>2,j=1

"к» к

"1.З.» дня i 1 j- 2

-1

"к 1» 1

А,flQ »F2,12 2.

6=1 11;@

N1Ã (9) Выражение (9) можно записагь в другом виде, если применить функцию

S»1, равную единице при 1 j и нулю в противном случае

В третьем цикле калибровки осуществляем второй сдвиг матричного фотоприемника параллельно строкам влево.

3 на расстояние, равное расстоянию между элементами в строке. Для элементов, находящихся в 1 --й строке, уравнение калибровки имеет вид

F о» (7) к где М вЂ”, коэффициент передачи видео11 тракта для

Используя эти уравнения совместно с уравнением (1) н проводя аналогичные рассуждения, получаем выражение для коэффициента передачи hl„-, ко%, торый получился бы при калибровке равномерным источником с распределением F = 1

»

Из соотношений (5) можно последовательно определить все 11 если

»

Ф 11 задать 1»;, так как после опредев ления N и К; распределение эталонного излучения ионизации вдоль пер вого столбца фотоприемника известно M лишь в относительных единицах.

Полагая, что Й „ И l» (т.е. считая Г» = 1). и последовательно ис11 В Н; =И„3;, (1-3;» П "" 311 (1-6,,)П (I0)

Для сдвигов вправо и вниз получаются те же соотношения.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

1117858 где 7о напряжение опорного источника, выходное сопротивление

ЦАП, распределение интенсивности излучения контрольной

Устройство содержит матричный фотоприемник 1 из (1, ) элементов, расположенных по строкам и столбцам соответственно, решающий усилитель

2, множительный цифроаналоговый пре- 5 образователь (ЦАП) 3, цифровой коммутатор 4, блок 5 памяти на Л строк и (f1 + 1 столбцов, логический блок 6,, компаратор 7, источник 8 опорного напряжения и блок 9 синхронизации, блбк 10 выборки и хранения и аналоговый коммутатор 11.

Устройство работает следукпцим образом.

Имеются два основных режима работы устройства: калибровка и компенсация. Калибровка повторяется по мере необходимости и осуществляется согласно предлагаемому способу в три цикла при трех пространственных положениях матричного фотоприемника относительно потока излучения контрольной засветки, в каждом из которых производятся коммутации электрических связей устройства. 25

В первом цикле калибровки первые (цифровые) входы ЦАП 3 через цифровой коммутатор 4 подключены к выходу логического блока 6, а его второй (опорный} вход через аналоговый ком- 30 мутатор 11 подсоединяется к выходу матричного фотоприемника 1. Резистор

12 через аналоговый коммутатор 11 подключается к выходу решающего усилителя 2. Блок 5 памяти устанавливается в режим записи. Синхронно со сканированием элементов для каждого из них за время передачи сигнала от одного элемента с помощью логического блока 6 и компаратора ? определя- 40 ется двоичный код М; на цифровых входах ЦАП 3, при котором выходное напряжение решающего усилителя 2 равно напряжению опорного источника

8. Эти двоичные коды записываются в соответствующие ячейки блока 5 памяти, причем в (Ф + 1)-й столбец его записывается то же, что и в первый, а их десятичные эквиваленты определяются как

50 и 1 "1 2R о с, .Р.. подсветки на ц -м элементе, 1 — чувствительность j -го ! элемента;

"o — сопротивление резистора 12.

Во втором цикле калибровки согласно предлагаемому способу матричный фотоприемник вручную или с помощью какого-либо привода, механизма перемещения и т.п. сдвигается относительно первого положения параллельно столбцам на расстояние, равное расстоянию между элементами. Для сигналов от каждого из элементов первого столбца, т.е. для 1 = 1, осуществляются три операции. При первой операции первые входы ЦАП 3 подключены к выходу блока 5 памяти через цифровой коммутатор 4, а второй вход ЦАП подсоединен через аналоговый коммутатор

11 к выходу матричного фотоприемника

Резистор 12 через аналоговый коммутатор 11 подключен к выходу решающего усилителя 2. Блок 5 памяти устанавливается в режим неразрушающего считывания, причем адрес считывания должен обеспечивать при передаче сигнала от элемента, находящегося в строке фотоприемника с номером 1, вывод информации из ячейки блока 5 памяти, находящейся в его строке с номером

В

1, т.е. адрес должен запаздывать на один такт считывания по строкам.

Дпя 1 = 1 операции не производятся.

Выходное напряжение решающего усилителя при первой операции второго цикла равно у 2 î

М4 Р -1,1 01 11 т О 11 и оно запоминается блоком 10 выборки и хранения.

При второй операции первые входы

ЦАП 3 переключаются через цифровой коммутатор 4 к выходу логического блока б, на котором должен сохраняться двоичный код, получаемый при третьей операции с сигналом предыдущего элемента, т.е. с номером строки

1 — 1. Запаздывание адреса вывода информации иэ блока памяти сохраняется. При операции с сигналом второго элемента, т.е. с. номером 1 = 2, цифровые входы ЦАП 3 должны оставаться подключенными к блоку 5 памяти, поскольку для первого элемента операции не производятся и результат третьей операции отсутствует. Второй вход ЦАП 3 через аналоговый коммута7 111 тор 11 подключается к вьиоду решающего усилителя 2, вход которого через тот же коммутатор 11 и резистор 12 подсоединяется в выходу блока 10 выборки и хранения. Вьиодное напряжение решающего усилителя 2 для второй операции второго цикла равно у - — м = — ч

2йо й". 2Й о Э

% где N„. 1 — десятичный эквив:лент двоичного кода на вьиоде логического блока 6, сохраняющегося от третьей операции с сигналом предыдущего элемента.

Это напряжение запоминается блоком 10 выборки и хранения, а предыдущее сбрасывается.

Блок 5 памяти при этом устанавливается в режим записи. Запись производится с запаздыванием на дин такт по строке, т.е. вместо И в

I память заносится результат выполнения третьей операции с сигналом от

% предыдущего элемента Й;, который сохранялся до этого на логическом блоке 6.

При третьей операции первые входы

ЦАП 3 остаются подключенными через цифровой коммутатор 4 к выходу логического блока 6, а второй вход

ЦАП 3 через аналоговый коммутатор 11 подсоединяется к выходу блока 10 выборки и хранения. Резистор 12 через этот же коммутатор подключается к выходу решающего усилителя ?. С помощью логического блока 6 и компаратора 7 определяются двоичные коды при которых выходное напряжение

% решающего усилителя 2 равно напряжению источника 8. Уравнение сравнения напряжений имеет вид 1 о — = о

Д, ej L <1 г отсюда

Н = Й н„.„= й;,, 4

Мв = "ц, то следовапоскольку тельно, % Dn

N. = —.Н

11 D °

11

Таким образом, после первых двух циклов калибровки получены и записаны в первом столбце блока 5 памяти коэффициенты, обратно пропорциональ.ные чувствительности элементов первого столбца фотоприемника.

7858

Э„

М" = — N

11 Э; «), 45

В режиме компенсации первые (цифровые) входы ЦАП 3 подключаются

50 ,через цифровой коммутатор 4 к выходам блока 5 памяти, который устанавливается в режим неразрушающего считывания,а второй вход ЦАП подсдедиияется через аналоговый коммутатор 1 1 к выходу матричного фотоприемника 1.

Резистор 12 через тот же коммутатор подключается к выходу решающего уси« лителя 2. Синхронно со сканированием элементов осуществляется вывод ин5

35 для определения коэффициентов, выравнивающих чувствительность остальных элементов, согласно предлагаемому способу осуществляется третий цикл калибровки, в котором производится второй сдвиг матричного фотоприемника 1 относительно его первого расположения параллельно строкам на расстояние, равное расстоянию меж" ду его столбцами.

Аналогично второму циклу калибровки производятся в той же последо- . вательности и те же три операции с сигналами от каждого элемента фотоприемника. Отличие заключается в том, что в первой операции адрес считывания должен. обеспечивать при передаче сигнала от элементов фотоприемника, находящихся в столбце с номером, вывод информации из ячеек блока памяти, находящихся в столбце с номером ) — 1, т.е. адрес. должен запаздывать на один такт счи- тывания по столбцам, а для сигналов от элементов второго столбца (3 2) вывод информации не нз первого, а из (rn + 1)-го столбца блока памяти.

Вторая и третья операции других отличий не имеют. Операции не выпол-. няются для элементов первого столбЦа фотоприемника.

Приводя те же рассуждения, что и для второго цикла, получим что по окончании третьего цикла калибровки в блоке памяти оказываются записанными двоичные коды, десятичные эквиваленты которых определяются как т.е. они обратно пропорциональны чувствительности соответствующих эле-

1 ментов фотоприемника и не зависят от распределения интенсивности излучения контрольной подсветки. !

858

9 1117 формации из блока 5 памяти и выходное напряжение решающего усилителя 2 при информативной засветке«с распределением Г ц," устанавливается в ((! соответствии со следующим выражением: 5 ((2 ("- Ц т(М 01< р "и т.е. различия в чувствительности эле- 10 ментов скомпенсированы.

В данной реализации при втором и третьем положениях фотоприемника осуществляется не определение коэффи1, ° v,, циентов усиления,k и N 1 в явном ниде, а вычисление коэффициентов компенсации М ° и 14 по заявлен1((1 ному в способе соотношению аналогоцифровым методом. Этот прием приводит, с одной стороны, к увеличению точности вычисления коэффициентов компенсации за счет того, что в них исключаются дополнительные шумы квантования, которые возникли бы при непосредственном определении коэффициен-25 (, (! тов усиления 3 и N и последуюj1 1! щем цифровом вычислении Н;1 . С другой стороны, это решение позволило сохранить практически тот же объем блока памяти, который имелся в прото- 30 типе, тогда как при буквальной реализации предлагаемого способа необходимо этот объем увеличить в три раза

I (для хранения массивов данных 8„ 1 и л ). Это является одним из основных р5 достоинств данной реализации, так как блок памяти является наиболее дорогостоящим (не считая матричного фотоприемника) и энергоемким узлом подобных устройств. 40

Вычисление коэффициентов компенсации осуществляется синхронно со сканированием соответствующих элементов фотоприемника, а записываются они в блок памяти с задержкой на такт, прн

45 этом значения попадают в соответ((.

° j ствующие ячейки блока памяти с номе1

Ф рами (, (за счет того, что адрес считывания и записи во втором и третьем цикле калибровки уменьшен на единицу по строкам н столбцам соответственно. Эта последовательность вычисления и записи H,j постоянна. (, Компенсация после выполнения всех циклов калибровки может осуществлять- ся в любом нз трех использованных положений, а также в любом другом возможном положении фотоприемника, поскольку после окончания калибровки поправочные коэффициенты усиления ((. обратно пропорциональны чувстви1 тельности соответствующих элементов (фотоприемника и не зависят от распределения интенсивности излучения, существующего при калибровке. Режим

1 компенсации является основным режимом работы устройства, при котором информативное излучение преобразуется в электрические сигналы, очищается от неравномерности, вызываемой разбросом чувствительности элементов фотоприемника, и выдается для дальнейшего использования. Поэтому положение фотоприемника в режиме компенсации не имеет значения и определяется условиями использования.

Синхронизация работы устройства и управление всеми коммутациями связей осуществляется блоком 9 синхронизации. Блок 10 выборки и хранения и аналоговый коммутатор 11 могут быть выполнены по известным стандартным схемам, например, с использованием двунаправленных ключей на полевых транзисторах с соответствующими схемами управления, что не имеет существенного значения.

Алгоритм адресации блока памяти отличается тем, что адрес считывания и записи по строкам в первом цикле запаздывает на один такт по сравнению со сканированием элементов фотоприемника, а во втором;цикле на один такт запаздывает адрес считывания и записи по столбцам. Эти простые операции могут выполняться без введения дополнительных средств путем использования уже имеющихся элементов синхрогенератора. Например,обычно для большинства запоминающих цифровых устройств адрес считывания по строкам и столбцам представляет собой двоичный код, который формируется с помощью двоичных счетчиков.

На каждый такт код адреса соответствующего счетчика увеличивается на единицу синхронно со сканированием элементов фотоприемника. По окончании сканирования счетчики снова сбрасываются в исходное состояние (в начальный код) и т.д. Для реализации необходимого для работы предлагаемого устройства запаздывания адреса достаточно во втором и третьем цикле калибровки устанавливать

1117858

-ВНИИПИ Заказ 7273/44 Тираж 634 Подписное, Филиал ППП "Патеат", r. Ужгород, уа.Проектиая,4 необходимый начальный код на соответ ствующем счетчике. В большинстве выпускаемых промышленностью двоичных счетчиков такой режим. предусмотрен и широко используется. 5

B режиме компенсации и в первом цикле калибровки выход блока 10 выборки и хранения не подключен ни к одному из блоков (т.е. коммутатор связей отключает ее от остальных узлов) и ее функционирование не оказывает никакого влияния на работу устройства. Поэтому алгоритмы работы блока выборки и хранения может быть постоянен во всех режимах работы.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа заключаются в увеличении точности компенсации за счет того, что коэффициенты компенсации 1; не зависят от неравномернос- 20

% ти расйределения эталонного излучения, причем может быть получена сколь угодно высокая точность компенсации при соответствующем выборе разрядности цифровых элементов, погрешности ?5

ЦАП и аналоговых узлов. °

Кроме того, поскольку при предлагаемом способе неравномерность pacnpet деления контрольной подсветки не имеет существенного значения, за исключением случая, когда имеются экстремальные точки (полное отсутствие излучения), то калибровка может производиться непосредственно на потоке информативного излучения. Это обеспечивает высокую точность компенсации за счет идентичности спектральных характеристик излучения и уровня освещенности при калибровке и компенсации.

Вследствие этого отпадает необходимость в специальном источнике эталонного излучения, что особенно важно в бортовой аппаратуре и снижает ее стоимость. Не нужны также и специальные приспособления (шторки, жалюзи и т.п.), обычно необходимые для перекрытия потока информативного излучения при калибровке в известном способе. Для светового излучения сдвиги пространственного расположения излучения и фотоприемника могут быть легко осуществлены с помощью системы подвижных зеркал и т.д.