Устройство формирования сигнала изображения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскмхСоциалксткческкхРеспублик(5 )М. Кл. Н 04 М 5/30 Н 04 М 3/14 Гвсуааретеевлмл кемлтвт СССР вв аелам лзевратеклк к вткрытнк(72) Авторы изобретения 71) Заявите 4) УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНА ИЗОБРАЖЕНИЯИзобретение 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 геневратора тактовых импульсов, второй вход - к соответствующему выходу ПЗС, выход блока задержки подключен к первому входу коррелятора к второму входу ко торого подключен соответствующий вход ПЗС, выход коррелятора через блок управления подключен к входу многофазного генератора тактовых импульсов, В уст 2ройстве решается задача повышения точности формирования сигнала изображения благодаря вычислению взаимной корреляционной функции поступающих на вход коррелятора сигналов, по результату вычисления производится регулировка частоты следования сдвиговых импульсов многофазного генератора импульсов (.1.Известно устройство.для формирования сигналаизображения, содержащее матрицу ПЗС, входы которой подключены к соответствующим выходам блока преобразования уровней напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу синхрогенераторав а второй вход к первому выходу формирователя фазных напряжений, второй и третий выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго элемен тов И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока преобразования уровней напряжения, вторые входы первого и второго эдемен499 4 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 2 3 .Однако в устройстве при изменении освещенности меняется время накопления в секции накопления матрицы ПЗС 1 О что приводит к формированию неискаженного сигнала. Регулирование времени накопления в этом устройстве путем изменения напряжения управляющего иоточника применяется только при медленно 1 ф изменяющейся освещенности. При регистрации однократных изображений освещенность быстро изменяется в течение одного кадра, поэтому такое технйческое решение для этой цели не может быть 20 использовано.Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому является устройство для формирования сигнала светового изображения, содержащее матрицу ПЗС,23 управляющие входы которой соединены с выходами формирователей фаэных напряжений (ФФН) секции накопления, секции памяти и выходного регистра, причем первые входы ффН секции накопле- З 0 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 регистравыход первого35 делителя частоты соединен с вторыми входами ФФН секции накопления и ффН секции памяти первым входом элемента И, входом второго делителя частоты, счетным40 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 счетчи 45 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-формиро 50 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. Принцип работы матри;ы ПЗС основан. Ана периодическом чередовании процессов накопления фотогенерируемых зарядов в ячейках секции накопления и параллельного переноса накопленных зарядов в секцию памяти, после чего начинается новый цикл накопленияОдновременно 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 навнешний видеоусилитель ( 3 3 .Недостатком известных устройствявляется то, что они не обеспечиваютдостоверной регистрации однократных или редкоповторяюшнхся 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 полстьюили частично совпадать с временем переноса зарядов иэ секции накопления всекцию памяти,что приводит к значительным искажениям или полной потере регистрйруемого изображения за счет его фразМывания" в направлении переноса зарядов. Использовать матрицу ПЗС в ждущем режиме, т.е. держать ее постояннов режиме накопления, а перенос зарядовиз секции накопления в секцию памятиосуществлять только после появлениярегистрируемой 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 ожнданияф (, ), 10 " с) происходит полная потеря светочувствительности секциинакопления за счет переполнения ее ячеекфоновыми зарядами.Вторым недостатком является ограниченный динамический диапазон регистрируемых световых изображений из-за большого уровня шумов, образовавшегося врезультате продолжительного временинакопления,Цель изобретения - повышение надежности формирования сигналов однокраг- ных или редкоповторяюшнхся изображений и расширение динамического диапазона5 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 подключены ФФН секции накопления, ФФН секции памяти и ФФН выходного регистра, а выход которой соединен с усилителем- формирователем, задаюший генератор, 1 О 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, 15 счетчика времени накопления и второго делителя частоты, прямой выход которого подключен к второму входу ФФН выходного регистра, а инверсный - к первому управляющему входу усилителя-фор мирователя и второму ФФН секции памяти, счетчик времени переноса, прямой выход которого подключен квторому входу ФФН секции накопления и к второму управляющему входу усилителя-формиро вателя, а вход - к выходу элемента И, причем инверсный выход счетчика времени накопления соединен с вторым входом элемента И, а прямой - с третьимГ входом ФФН секции накопления введены 30 .элемент ИЛИ, счетчик времени задержки, инвертор, блок запуска и переключатель, к первому и второму входам которого подключены соответственно первая и вторая управляюшие шины, а к третье 35 му - первый выход счетчика времени задержки, второй выход которого соединен с вторыми входами счетчика времени накопления и второго делителя частоты, первый вход - с выходом. задающего40 генератора, подключенного также к входу первого делителя частоты, второй вход - с первым выходом переключателя, подключенным также к первому входу блока запуска, выход которого соединен с разрешающим45 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 перен50 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 - к третьему входу счетчика накопления.55Сушность изобретения заключается в томчтоблагодаря введенным в известное устройство блоками и связями, обеспечива 99 4 ется время накопления в секции накопле ния матрицы ПЗС,равное или несколько превыни 1 ющее ожидаемое время свечения импульсного изображения вспышки, обеспечивается синхронизация цикла работы матрицы ПЗС с моментом появЛения вспышки, которая осуществляется путем принудительной установки в заданное состояние счеъ 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 обеспечивает уровень шумов и регистр рацию импульсного изображения в максимальном диапазоне яркостей.На чертеже представлена структурно- электрическая 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 накопления ФФН 3 секции памяти, ФФН 4 выходного регистра, задаюший генератор 5, усили-тель-формирователь 6, первый и второйделители частоты 7 и 8,выполненныев виде счетчиков, элемент И 9, счетчик 10 времени накопления, счетчик 11времени переноса, блок 12 запуска,выполненный в виде триггера, счетчик13 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 устройстваобозначен позицией 19.ФФН 2 - 4 содержат преобразователи уровней, вход счетчика 11, соединенный с выходом инвертора 15, выполнен "открытым, т.е. поступающий на него единичный уровень сигнала удерживает счетчик 11 в положении "максимальное число". Третий вход счетчика 11, соединенный с выходом блока 12 запуска выполнен "закрытым", те, он передает только перепад напряжения (фронт импульса). Закрытыми" выполнены также вторые (установочные)входы делителя 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 - закрытым.Счетчик 13 времени задержки выполняется таким образом, что задержка импульса на его втором выходе, соединенном с вторым (установочным) входом7 1001 счетчика10, 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 1 О развертки Т (1 = 20 мс), что необходимо для формирования выходного видеосигнала в соответствии с телевизионным стандартом.15Устройство работает следующим образом.Задаюший генератор 5 с кварцевойстабилизацией частоты западает утроенную (для ПЗС с трехфазным управлением) 2 Очастоту вывода зарядов из выходногорегистре ПЗС-матрицы, необходимую дляформирования фазных напряжений выходного регистра, и,: подключен к ФФН 4,Подключеный к выходу задающегогенератора 5 первый делитель 7 частотыформирует сигнал с утроенной частотойпереноса, необходимый для формированияфазных напряжений секций, и подключенк ФФН 2 и 3, второму делителю частоты 8, счетчику.10 времени накопленияи элементу И 9, В отличие от известсного прототипа, где вместо делителя 7частоты используется независимый генераУор утроенной частоты переноса, пред 35лагаемая схема обеспечивает "жесткую" .временную синхронизацию работы ФФНс работой остальных блоков устройства,что исключает возможность сбоев приизменении времени накопления,40Второй делитель 8 частоты формирует сиг,нал,соответствуюший в телевизионных системах периоду строчной развертки. Бовремя прямого хода строчной развертки с прямого выхода второго делителя45частоты 8 осуществляется передачаразрешающего сигнала на ФФН 4, и имеющиеся в ячейках выходного регистразаряды выводятся через усилитель-формирователь 6 на выход 19,56 Во время обратного хода строчной развертки сигнал с инверсного выхода .безрого делителя 8 частоты подается на ФФН 3 и первый вход усилителя-формирователя 6, При этом ФФН 3 осушест 55 вляет перенос одной строки зарядов из секции памяти 1 ПЗС в выходной регистр, а усилитель-формирователь 6 формирует 499 8строчный гасящий и синхронизируюшийимпульсы в выходном видеосигнале.За время, соответствующее длительности прямого хода кадровой разверткителевизионной системы, содержимое секции памяти матрицы 1 ПЗС полностьювыводится (через выходной регистр иусилитель-формирователь 6) на выход 19.Устройство имеет два режима работы;непрерывный и однократный в зависимостиот установленного оператором положенияпереключателя 16. В непрерывном режиме второй вход блока 12 запуска замкнутна шину 17 "работа", а первый выходсчетчика 13 разомкнут. При этом блокзапуска 12 постоянно находится в состоянии "1", а счетчик 13, досчитав до максимального значения, блокируется в состоянии "максимальное число".Таким образом, на выходе инвертора 15сигнала нет, а установившиеся уровнисигнала на выходах блока 12 и счетчика13, подаваемые на "закрытые" входысчетчиков 10 и 11 и второго делителя8 частоты, не оказывают влияния на работу устройства .Счетчик 10 времени накопления подсчитывает число периодов выходногосигнала первого делителя частоты 7,соответствующее максимальному временинакопления (длительности прямого ходакадровой развертки телевизионной системы). В течение этого времени выходной сигнал счетчика 10 подается наФФН 2 секции накопления, которая удерживается в режиме накопления. При заполнении счетчика 10 сигнал с его инверсного выхода подается на второй входэлемента И 9, разрешая прохождениеимпульсов с первого делителя 7 частоты на выход элемента И 9. Импульсыс выхода элемента И 9 поступают напервый вход счетчика 11 времени переноса, который подсчитывает число периодов выходного сигнала первого делителя7 частоты, соответствующее временипереноса (длительности обратного ходакадровой развертки). В течение этоговремени выходной сигнал счетчика 11подается на ФФН 2 и ФФН 3,Матрица 1 ПЗС переводится в режимпереноса, т,е. осуществляется переноснакопленных 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) входсчетчика 10 времени накопления и устанавливает его в состояние фО",Далее процесс повторяется,Для осуществления однократного режимаработы устройства переключатель 16 устанавливается в положение, при которомвторой вход блока 12 запуска замкнутна шину 18 запускф, а первый выходсчетчика 13 замкнут на первый (установочный) вход блока 12 и второй входсчетчика 13. До прихода запускающегосигнала шины 18 фзапуск" блок 12 запуоРка находится в положении "Оф, при этомна выходе инвертора 15 имеется сигнал,поступающий на второй (установочный)вход счетчика 11 и удерживающий счетсчик 11 в положении "максимальное чиоло". Этот же сигнал через элемент ИЛИпоступает на третий (установочный) входсчетчика 10, удерживая счетчик 10 вположении 0", 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 секциинакопления фоновые заряды постоянновыносятся о частотной переноса в секциюпамяти, через выходной регистр на выходматрицы ПЗС 1,Таким образом, в отличие от известного, до момента появления вспышки непроисходит накопления фоновых зарядов 50в секции накопления матрицы ПЗС 1.При поступлении сигнала запуска с шины18 на вход блока 12 на его выходевозникает сигнал, подаваемый на третий(установочный) вход счетчика 1 1, наЗ 5вход инвертора 15 и на разрешающийвход счетчика 13 задержки. При этом.снимаются удерживающие сигналы с вторых установочных входов счетчиков 10и 11. Счетичк 10 начинает отсчет врмени накопления, т,е. счет периодов выходного сигнала первого делителя 7 частоты, счетчик 13 (задеркки) начинаетсчет периодов выходного сигнала задающего генератора 5,45Для минимизации накопления фоновыхзарядов задержка в счетчике 13 устанавливается равной ожидаемой длительностисвечения импульсного изобракения (вспышки). При достижении установленного значения времени задержки на втором выходесчетчика 13 возникает сигнал, подаваемыйна второй установочный вход счетчика 10 иустанавливающий его в полокение "максимальное число". При этом снимается сигнал55"накопление" с ФфН 2 и поступает разрешающий сигнал на второй вход элемента И 9,Счетчик 11 начинает счет импульсов,поступающих с первого делителя 7 часто 1001499 10ты через элемент И 9, а на ФФН 2 и 3подается сигнал состояния переноса т.е..начинается перенос накопленных зарядовиз секции накопления в секцию памятиматрицы 1 ПЗС,Таким образом, накопления фоновыхзарядов в секции накопления матрицы1 ПЗС, после прекращения свечения им-,пульсного изображения не происходит,Одновременно сигнал с второго выходасчетчика задержки подается на второйустановочный вход второго делителя 8частоты, который устанавливается в состояние "0", осуществляется синхронизациясрочной развертки с учетом установленной задержки в счетчике 13. С моментаначала работы счетчика 11 и после егозаполнения процесс формирования выходного видеосигнала протекает так же,как в непрерывном режиме, в течениеодного периода кадровой развертки Ткпосле чего возникает сигнал на первомвыходе счетчика 13 задержки. Этот ситънал через переключатель 16 поступает напервый установочный вход блока 12 ивторой установочный вход счетчика 13,которые устанавливаются в положение Оф,и устройство переходит в режим ожиданияследующего запускающего импульса с шины3.8.Таким образом, благодаря введеннымблокам и связям создается режим работыПЗС матрицы,при котором исключается совпадение момента появления однократногоили редко повторяющего изображения свременем, переноса из секции накопленияв секцию памяти ПЗС, что характерно,для известного устройства. До появленияоднократного изображения секция накопления матрицы ПЗС регулярно освобождается от накопившихся фоновых зарядов.Первым преимушеством предлагаемого устройства по сравнению с известнымявляется надежная регистрация однократных или редкоповторяюшихся изображений,длительность которых может составитьединицы миллисекунд и менее.Вторым преимуществом предлагаемогоустройства является расширение динамического диапазона регистрируемых световых изображений по яркости благодаряснижению уровня фонового заряда, таккак время накопления в известном устройстве фиксировано и составляет 18 Д мс,а в предлагаемом устройстве уменьшенодо 1 оскольких микросекунд и регулируется путем установки соответствуящегокоэффициента пересчета в счетчике 13времени задержки, 1001499 12Формула изобретения Устройство формирования сигнала изображения, содержащее матрицу приборов с зарядовой свяаью (ПЗС), к управляющим 5 входам которой подключены формирователь фазных напряжений (ФФН) секции накопления, ФФН секции памяти и ФФН выходного регистра, а выход которой соединен с усилителемформирователем, 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 накопления 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 - с третьим входом ФФН секции ЗО накопления, о т л и ч а ю ш е е с я 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, инвертор, 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 входс выходом задающего генератора, подключенного также к входу первого делителя частоты, второй вход - 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 экспертизе1, Авторское свидетельство СССР681579, кл. Н 04 М 5/30, 1978.2, Авторское свидетельство СССР674240, кл. Н 04 Н 5/34, Х 977.3. Березин В. Ю, и др. Телевиаионнаякамера на матрице приборов с зарядовойсвяаью. "Техника кино и телевидения",1977,6, с. 54-59.