Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал

рельефа от светового Фонд и темновоготока мишени с построчным частичнымсчитыванием рельефа от объектов средней и большой (рельеф за один кадрдостигает насыщения ) яркости. Считывание рельефа от фона осуществляютлучом с током, эффективная часть которого пропорциональна считываемомузаряду, при отрицательном потенциалена катоде, пониженном до значения, прикотором процесс считывания осуществляется на неспадающем участке вторично-эмиссионной характеристики, Частичное же считывание рельефа от объектов осуществляют лучом с номинальнымили меньше номинального током при положительном потенциале на катоде, изменяющемся в пределах кадра пропор 45 ционлльно распределению чуветвитель ности передающей трубки к объектам средней яркости.Чередование построчного считывания рельефа от Фона и от объектов осуществляют по кадрам - одиночные кадры считывания рельефа от фона чередуют с группой из М (число М изменяют, нлпример, от 1 до 4) кадров, в которых частично считывают рельеф от объектов средней и большой яркости.30Вариантом чередования считывания рельеФа от Фона и от объектов в первых Икадрах цикла накопления может быть построчное чередование - частичное считьвание рельефа на прямом ходу по строкам в каждом кадре чередуют со считыванием рельефа от фона также в каждом кадре во время обратного хода по строкам, Такой вариант может быть использован в том случае, 40 когда требуется преобразовать оптическое изображение с предельно малым положительным контрастом ценой потери чувствительности к слабоосвещенным объектам.Устройство для осуществления способа содержит передающую телевизионную трубку 1, например типа суперкремникон с фотокдтодом 2, ускоряющим элек тродом 3, мишенью 4, термокатодом 5,О модулятором 6, анодом 7 и фокусирующим электродом 8, Фокусирующе-отклоняющую систему (ФОС) 9, установленную на секции считывания трубки, генератор 10 токов развертки, синхронизируемый строчными синхроимпульсдми(КСИ) и подключенный к соответствующим выводам ФОС, видеоусилитель 11,подключенный к выводу мишени, блок 2 выделения фоновой составляющей, выполненный в виде сочетания последовательно соединенных схемы восстановления постоянной составляющей, ограничителя сигнала сверху и Фильтра нижних частот, высоковольтный преобразователь 13, минусовый выход которого соединен с выводом Фотокатодд 2, а плюсовой - с выводом ускоряющего электрода 3, выполненный в виде сочетания последовательно соединенных дискриминатора уровня напряжения электронного ключа, интегратора и собственно преобразователя напряжения, Формирователь 14 сигнала компенсации Фона, выполненный в виде сочетания входного аналого-цифрового преобразователя (А 11 П), : енераторд тактовых импульсов (ГТИ), оперативно- запоминающего блока, микропроцессора постоянного программно-запоминающего блока с программой организации записи и выборки значений распределения Фоновой составляющей по растру с последующей их интерполяцией, ЦАП, гамма-корректора с цепью ручной установки степени коррекции и выходного с 1 лаживаюшего фильтра, формирователь 15 напряжений управления током луча, ныполненный в виде параллельно включенных усилителя постоянного тока, подключенного к выходу формирователя 14, и двух управляемых формирователей потенциальных уровней и выходного сумматора напряжений, подключенного к выводу модулятора 6 передающей трубки 1 1 формирователь 16 уровней считывания, подключенный к термокатоду 5 передающей трубки и выполненный в виде вьглодного сумматора напряжений и параллельно соединенных стробируемого усилителя постоянного тока с цепями регулировки усиления и добавляемого уровня и двух управляемых формирователей потенциальных уровней, на один из которых подаются гасящие импульсы (ГИ), генератор 17 импульсов управления считыванием, первый выход которого подключен к первому входу формирователя 16, а второй выход - к первому входу управления формирователя 15 и стробирующему входу формирователя 16, генератор 18 компенсирующего сигнала с входами синхронизации КСИ и ССИ, выход которого соединен с сигнальным входом формирователя 16, генератор 19 импульсов управления на14 6блока 12 не станет равным пороговому уровню, установленному в дискриминаторе преобразователя 13, Когда уровень сигнала на выходе блока 13 застабилизируется, в формирователе 14 в оперативно-запоминающий блок записывается матрица (наг ример, 32 х 32) значений распределения фоновой составляющей видеосигнала по растру, и ТВ камера переходит в режим длительного накопления под действием внешних кодов установки числа кадров иаков. ления И и длительности (число М ) группы кадров частичного считывания рельефа от объектов.В режиме длительного накопления (М1) для случая И=З, М= (фиг2) ТВ камера работает следующим образом. На мишени 4 непрерывно накапливается потенциальный рельеф Бр (на фиг,2 а показано его распределение по строке (по Х) в трех последовательных кадрах перед считыванием). В 1-м кадре цикла накопления в генераторе 17 на втором выходе формируется импульс (фнг,2 в), под действием которого на выходе формирователя 16 (на катоде 5) формируется изменяющееся в течение кадра (например, в пределах от 4 до 6 В) напряжение (уровни В на фиг,2 а, е), характер и размах которого устанавливаются заранее при настройке камеры (соответственно в генераторе 18 и усилителе 16 формирователя). На модуляторе 6 устанавливается постоянный уровень С, напржгер, равный минус 30 В (фиг,2 д), При этом обеспечивается частичное сверху", примерно до потенциала термокатода 5, считывание рельефа от точечных объектов большой ( М,) и средней () яркости (заштрихованные участки на фиг2 а) и формирование ограниченногоснизу видеосигнала (имнульсыи 5 на фиг.2 ж), достаточного для определения координат, а при необходимости и яркости объектов о и /5, Тем самым достигается повышение временного разрешения (час" тоты обновления информации об объектах достаточной яркости). Во втором кадре цикла перед считыванием рельеф от фона (О на фиг,2 а) в 2 раза больше, чем в первом кадре (накопление у суперкремникона линейно), Под действием импульса (фиг,2 г) на первом выходе генератора 17 потенциал на като це гонижается до значения, например минус 10 В (уровень П на,фиг,2 е),5 15665коплением, к потенциальному выходуО которого подключен вход р управления,электронного ключа преобразователя13. Генераторы 17 и 19 выполнены в виде сочетания импульсно-счетных схем,на счетные входы которых подаютсяКСИ, а на входы управления счетомкоды установки числа М (Уст.М) ичисла Я (Уст,М), которые подаются также на входы упревления микропроцессором формирователя 14, Оптическийвход передающей трубкиразмещается в фокальной плоскости телескопа 20оптико-электронной системы. 15Телевизионная (ТВ) камера (фиг,)работает следующим образом.При проецировании оптического изображения участка звездного неба телескопом 20 на оптический вход трубки1 световой поток непрерывно преобразуется в зарядовый (потенциальный)р .льеф накапливаемый на стороне мишени 4, коммутируемой электронным лучом,генерируемым термокатодом 5 и формируемым модулятором 6, анодом 7, фокусирующим электродом 8 и ФОС 9, Построчное, покадровое считывание лучом заряда с мишени 4 обеспечиваетсяотклоняющими катушками ФОС 9 и генератором 10. Прерывание считывания наобратных ходах по кадру и по строкеобеспечивается повышением потенциаладо 20 В на термокатоде 5 во времядействия на входе формирователя 16 ггасящих импульсов,Перед переходом в режим длительного накопления (И)1) устанавливаетсярежим полного (термин условен) считывания рельефа в каждом кадре разложе Ония (г 1=1). При этом импульсы на выходах генераторов 17 и 19 отсутствуют(уровень Сна фиг.2 д), ключ в преобразователе 13 под действием разрешающего потенциала с генератора 19 открыт, Иэ усиленного на выходе видеоусилителя 11 видеосигнала в блоке 2выделяется фоновая составляющая, поддействием которой в интеграторе преобразователя 13 н соответственно нафотокатоде 2 изменяется напряжениедо тех пор, пока не установитсятакое документационное усиление фотоэлектронов в мишени 4, при которомразмах фоновой составляющей на выходесоответствующего выходу при считывании на неспадающий участок вторично- эмиссионной характеристики, и изменяется напряжение на модуляторе 6 (уро 5 вень С на Фиг.2 д) под действием сигнала с формирователя 14, генерируемого с учетом модуляционной характеристики прожектора (электроды 5, 6, 7) трубки 1 (заранее корректируется в Формирователе 14 при настройке камеры) и с учетом накопления за два кадра, При этом обеспечивается считывание большей (например, 807) части зарядного рельефа от фона (заштрихованная часть на фиг,2 а, кадр 2) без считывания заряда от обЪекта малой яркости (на фиг, 2 а), За счет этого в 3-м кадре рельеф от фона перед считыванием примерно равен 1,4 размаха рельефа от Фона в 1-м кадре, т.е. примерно в 2 раза меньше, чем в случае отсутствия его считывания во 2-м кадре. В 3-м кадре на выходах генератора 17 импульсов нет, а на термокатоде 5 присутствует нулевой потенциал (уровень Эна фиг.2 е), Под действием импульса (фиг.2 б) с генератора 19 на модуляторе 6 установится уровень См (фиг.2 д), При этом осу ществляется считывание большей части всего накопленного рельефа (остаточный П , показан на фиг,2 а) с формированием видеосигнала (фиг.2 ж) от объекта малой яркости , рельеф от которого накапливается в течение всего цикла, что и обеспечивает максимальную чувствительность ТВ камеры (частично этому способствует и уменьшенный рельеф от фона). Если бы не было предварительного считывания рельефа от объектов Ф ив 1 кадре и считывания рельефа от фона во втором кадре, то динамический световой диапазон бып бы меньше как за счет увели чения в 111 кадре рельефа от фона, так и за счет расширения рельефа от точечных объектов К идо (Ы +) и 1 (показано пунктиром на фиг,2 а 3-й кадр), происходящего при ностижении уровня насыщения (уровень А на фиг,2 а), примерно равного потенциалу мишени 4-8 В. При этом рельеф от К слился бы с рельефом отЕсли рельеф от фона, накапливаемый за один кадр, относительно мал, то при длительном накоплении (число И, например, равно 11) считывание релье. фа от фона целесообразно чередовать с группой кадров М (на фиг.З, М=4),в которых частично считывается оельеф от объектов. В этом случае послеимпульсов с генератора 19, определяющих цикл накопления (фиг.За), на вто.ром выходе генератора 17 формируетсяимпульс длительностью в 4 кадра(Фиг,Зб). При этом потенциал на модуляторе 6 (уровень С на фиг,2 д) в4-х кадрах остается неизменным, а потенциал иа катоде 5 (фиг,Зг) изменяется в соответствии с изменениемуровня В (Фиг,2 а). В 5-м кадре поддействием импульса длительностью водин кадр с первого выхода генератора17 (фиг.Зв) осуществляется считываниезаряда рельефа от фона, для -.его значения записанной матрицы в оперативно-запоминающем блоке формирователя14 умножаются в микропроцессоре в5 раз под действием кода (Уст,М), Затем процедура частичного считываниярельефа от объектов (в 6-9-м кадрах)и считывание рельефа от фона (в 10-мкадре) повторяется, завершаясь считыванием всего рельефа в 11-м кадре.Редкое (двукратное за 1 О кадров) считывание рельефа от фона уменьшаетфлуктуации, вносимые в потенциальныйрельеф электронным лучом, Считываниеже рельефа от фона в 10-м кадре непосредственно перед полным считыванием в11-м кадре способствует улучшениюусловий считывания от объекта малойяркости. Когда уровень светового фона велик и приминимальном докоммутационном усилении (напряжение на выходе преобразователя 13 минимально например93 кВ) рельеф от фона наобходимо считывать в кажцом кадре, в (Н-) кадры цикла накопления на формирователь могут подаваться только кадровые гасящие импульсы, При этом на вход генератора 17 вместе КСИ подаются строчные гасящие импульсы и на его выходах формируются импульсы строчной частоты длительностью, равной обратному (на первоьг выходе) и прямому (на втором) ходам луча по строке, При этом в микропроцессоре Формирователя 14 осуществляется временное инвертирование и временное сжатие значений матрицы по строкам, учитывающие соответственно противоположное направление и увеличенную скорость движения луча на обратному ходу.(1 1566Использование предлагаемого способа позволяет улучшить технические характеристики ТВ камеры и астрофизической оптико-электронной системы при включении камеры в ее состав, Это улучшение обусловлено чередованием частичного считывания сверху потенциального рельефа от объектов средней и большой яркости со считыванием рель 10 ефя от светового фоня в первых (1 Я) ; адрах цикла накопленная рельефа от объекта малойяркости за М кадров. Степень увеличения временной разрешающей способности ТБ камеры (соответственно15 пропускной способности системы) зависит от распределения числа регистрируЕмых объектов в световом динамическом диапазоне по их яркости и при равномерном распределении может оценивать ся величиной ш К М (где ш - глубина частичного считывания рельефа, К число групп из М кадров в цикле накопления), Так при среднем значении ш (от кадра к кадру в группе меняется) 25 0,6 и при М=4 и К=2 (случай, соответствующий Фиг3) в."пи рыш может достигать 5 крат, Ес;и же у используемой в ТВ камере передающей трубки имеется эффек 1 г рас.екания заряда по мишени, то при исгользовании предлагаемого способа дополнительно достигается расширение светового динамического диапазона фотоэлектрического преобразования,35 Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал, за 40 ключающийся в накоплении потенциального рельефа от оптического изображеФормула изобретения 51410ния фона и объектов на мишени передающей телевизионной трубки в течениецикла из И кадров, считывании с мишени в течение (И) кадров потенциального рельефа от фона лучом стоком, эффективная часть которогопропорциональна значениям этогопотенциального рельефа, при потенциале катода, обеспечивающем считываниена неспадающем участке вторично-эмиссионной характеристики мишени и считывании в последнем В-м кадре цикланакопленного потенциального рельефаот Фона и объектов номинальным токомлуча при потенциале катода, равномпотенциалу приведения мишени, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения временной разрешающейспособности в течение (И) кадровсчитывание с мишени потенциальногорельефа от фоня чередуют со считыванием потенциального рельефа от оптического иэображения объектов средней ибольшой яркости при пороговом уровнепотенциала катода, превышающем потенциал приведения мишени на величинуне менее размаха потенциального рельефа от объекта малой яркости, причемэтот пороговый уровень изменяют впределах кадра пропорционально распред пению чувствительности передающейтелевизионной трубки по ее рабочемуполю,2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем 1 что в течение (Я)кадров считывание с мишени потенциального рельефа от фона осуществляют заодин кадр, а считывание с мишени потенциального рельефа от объектов средней и большой яркости осуществляют эа1 кядговгде 1( М(И, а М1,1566514 ова Корректор А,Обруча оставитель О,Кана ехред Л.Олийнык гули едактор акая 1230 Тираж 531 Подписное НИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10