Устройство автоматической коррекции координатных искажений телевизионного изображения

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕЮИХРЕСПУБЛИК 26 04 за)ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ,Н АВТОРСКОМ СССР .09.(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 125321, кл, Н 04 й:3/12, 1960.2. Заявка Японии Р 47-65477,клС Об Г 3/14 1977.3. Авторское свидетельствоР 657662, кл. Н 04 Ю 3/16, 27 76(54)(57) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙКОРРЕКЦИИ КООРДИНАТНЫХ ИСКАЖЕНИЙТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ содержащее последовательно соединенные синхронизатор, первый блок памяти, пер вый цифро-аналоговый преобразователь,блоК строчной развертки, телевизионный датчик, перед оптическим входомкоторого располОжена тест-таблица,а также преобразователь время - код,управляющий вход которого соединенсо вторым выходом синхронизатора,третий выход которого соединен ссинхровходом первого цифра-аналогового преобразователя, при этом первый вход синхронизатора, к которомуподключен синхровход блока кадровойразвертки, является входом кадровыхсинхроимпульсов, второй вход синхронизатора, к которому подключенсинхровход блока строчной"развертки;является входом строчных синхроимпульсов, причем выход блока кадроЯО 1012456 А вой развертки соединен с соответст-вующим входом телевизионного датчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности коррекции, введены последовательно соединенные блок выбора строба, йа-копитель, экстремальный регулятор, коммутатор, второй блок памяти и второй цифро-аналоговый преобразо" ватель, выход которого подключен к второму входу блока кадровой развертки, а также генератор сигнала теста, синхровход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, последовательно соединенные блок совпадений и детектор рассовмещений, второй вход которого соединен с ,выходом генератора сигнала теста, а выход - с информационным входом преобразователя время-код, при этом первый вход блока. совпадений соединен с выходом квантователя, а второй вход - с первым выходом блока выбора строба, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого соединен со вторым входом первого блока памяти, первый выход синхронизатора подключен к адресным входам второгоблока памяти и блока выбора строба, третий выход синхронизатора подклю-. чен к синхровходу второго цифро-аналогового преобразователя, а четвертый выход синхронизатора подключен ко второму .входу экстремального регулятора, первый вход синхронизатора соединен со вторым входом блока выбора строба, а выход преобразо вателя время-код соединен со вторым входом накопителя.Изобретение относится к телевидению и может использоваться в промышленных и специальных телевизионныхустановках, к которым предъявляютсяповышенные требования по величинегеометрических искажений телевизионного иэображения.Известно устройство, осуществляющее коррекцию телевизионного изображения и содержащее последовательносоединенные оптическую систему, фотоэлемент с боковым фотоэффектом,усилитель блок сравнения, усилительобратной связи, генератор раэверток,отклоняющую систему, осуществляющую.развертку растра приемной телевизионной трубки, экран которой оптически связан со входом оптической системы, а также генератор эталонногосигнала, выход которого соединен совторым входом блока сравнения 1 .Устройство работает следующимобразом.Выключается кадровая разверткаотклоняющей системы, при этом в случаеработы строчной отклоняющей системыпо экрану телевизионной трубки вгоризонтальной плоскости сканируетсясветовое пятно. Оптическая системапроецирует световое пятно на плоскость фотоэлемента с боковым фотоэффектом. Напряжение на выходе фотоэлемента меняется по линейному закону в зависимости от положения пятнана экране трубки,При равномерномдвижении пятна, напряжение на выхо-де фотоэлемента пилообразное. Это З 5напряжение усиливается и поступаетна первый вход блока сравнения., Навторой вход этого блока с выходагенератора эталонной пилы поступаетобразцовое напряжение. Разностный 40сигнал усиливается усилителем обратной связи и подается в генераторразверток, где он меняет ток в отклоняющих катушках таким образом,чтобы свести к нулю разностный сиг"нал на выходе блокасравнения. Очевидно, что подобным образом, можноосуществить коррекцию и кадровойразвертки, для этого необходимо отключить строчные отклоняющие катушки и подключить кадровые, что обеспечит движение светового пятна ввертикальном направлении. Генераторэталонной пилы должен вырабатыватьобразцовый сигнал с периодом, равнымкадровому.Однако рассмотренное устройство,повышая линейность развертки, неосуществляет координатную коррекциювсего иэображения, Действительно,осуществляя сканирование светового 60,пятна через центр экрана по вертикальной и горизонтальной линии,оценивается совокупность линейностиработы генератора развертки и качества отклоняющей системы только 65 по одной линии растра, вертикальной или горизонтальной. При этом такие искажения как ромб, трапеция, подушкообразные, бочкообразные, требующие различного сигнала коррекциидля каждой вертикальной или горизонтальной линии сечения растра, подобным устройством корректироваться немогут. Кроме того, для работы устройства, необходимо сканирование светового пятна, которое посредством оптической системы проецируется на фотоэлемент. В передающих трубках отключение строчной или кадровой развертки не вызывает появления исканирования светового пятна, поэтому фотоэлемент для .таких трубок в роли чувствительного элемента качества развертки не пригоден. Область применения рассматриваемогоустройства ограничивается лишь классом приемных трубок.Известна система, осуществляющаякоррекцию видеосигнала передающейтрубки телевизионной камеры и содержащая последовательно соединенные датчик телевизионного сигнала, быстродействующее оперативное запоминающее устройство, приемник телевизионного изображения, датчик мгновенной скорости развертки, систему считывания, коммутатор, на управляющий вход которого поступают строчные синхроимпульсы, а первый и второйвыходы соединены со вторым и третьимвходами оперативного запоминающего устройства, а также содержит блок записи, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 2 1, Корректирующая система искажает временной масштаб исходного видеосигнала в пределах каждой строки таким образом, чтобы компенсировать искажения, вносимые разверткой приемника телевизионного изображения.Для этого запись видеосигнала в оперативное запоминающее устройство производится с постоянной тактовой частотой, а мгновенная частота импульсов считывания определяется мгновенной скоростью горизонтальной развертки приемной трубки. Оперативное запоминающее устройство корректирующей системы состоит из двух блоков памяти емкостью на одну строку каждый, коммутация режимов записи и считывания которых осуществляется со строчной частотой, т.е. при записи в один блок памяти производится считывание с другого, а в следующую строку - наоборот.Коррекция геометрических и нелинейных искажений телевизионного изображения посредством воздействия на временное положение видеосигнала имеет существенный недостаток. При коррекции в кадровом направленииботки тактовых импульсов, осуществл.ет управление блоком памяти, цифроаналоговым преобразователем и световы ми штрихами "тест-таблицы". управле-ние синхронизатора осуществляетсястрочными и кадровыми синхронмпульсами 3.ФгНедостатком данного устройства 10 является отсутствие возможноси кор-.рекции телевизионного иэображенияв кадровом направлении. Это объясняется тем, что используемая в устрой-стве естест-таблицаф не несет инфор5 мации о наличии искажений иэображения в вертикальном направлении, врезультате чего не будет временногорассовмещения видеосигнала от верти,кальных штриховых линий "тест-таблицы" и опорных импульсов, поступающихс синхронизатора. Кроме тово, дляавтоматической отработки строчныхгеометрических и нелинейных искажений формируется.регулировочная криваядискриминационного вида. При этомвозможна отработка только одногопараметра регулирования, так как оптимальному значению параметра регулирования соответствует нулевое значение регулировочной кривой. З 0 Целью изобретения является повышение точности коррекции.Для достижения этой цели ус.тройство автоматической коррекции координатных искажений телевизионного 35 изображения, содержащее последовательно соединенные синхронизатор,первый блок памяти, первый цифроаналоговый преобразователь, блокстрочной развертки, телевизионный 40 .датчик, перед оптическим входои которого расположена тест-таблица,квантователь, а также преобразователь время-код, управляющий входкоторого соединен со вторым. выходомсинхронизатора, третий выход которого соединен с синхровходом первогоцифро-айалогового преобразователя,50 55 максимальная точность определяется дискретом в одну строку, что приводит к заметным искажениям иэображения. Действительно, прн коррекции участкастроки в вертикальном направлении исходя из построчной структуры видеосигнала берется информация либо иэ предыдущей строки, либо из последующей, что определяет дискрет точности коррекции.Известно также устройство автоматической коррекции координатных искажений телевизионного изображения, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, блок стоочной развертки, телевизионный датчик, перед оптическим входом которого расположена тест-таблица, квантователь, а также преобразователь время-код, информационный вход которого соединен с выходом"квантователя, управляющий вход - со вторым выходом синхронизатора, а выходсо вторым входом блока памяти, третий выход синхронизатора соединен с. синхровходом цифро-аналогового преобразователя, первый вход синхронизатора, к которому подключен синхровход блока кадровой развертки, является входом кадровых синхроимнульсов, а второй вход синхронизатора, к которому подключен синхровход блока строчнойразвертки, является входом строчных синхроимпульсов. фТест"таблица" посредством оптической системы проецируется на фотомишень датчика тслевизионного сигнала, ".Тест-таблица" представляет собой совокупность управляемых световых опорных штрихов, расположенных по линиям, соответствующим выбранным информационным строкам. Направление штрихов перпендикулярно направлению строчной развертки. Квантователь выделяет и нормирует по амплитуде импульсы световых штрихов "тест-.таблицып. Эти импульсы поступают на информационный вход преобразователя время-код, а на управляющий вход поступают тактовые импульсы с выхода синхронизатора. Интервал между тактовыми импульсами соответствует расстоянию между опорными штрихами естест-.таблицыф, Временное рассовмещение поступающих на входы преобразователя время-код импульсов преобразуется в цифровой код и записывается в блок памяти. В каждую ячейку блока паМяти записывается сигнал несовпадения одной пары импульсов, При считывании из блока памяти коды сигналов несовпадения поступают на первый вход цифро-аналогового преобразователя, где преобразуются в аналоговый потенциал.,и поступают на первый вход блока строч ной развертки, где воздействуют на величину строчных отклоняющих токов отклоняющей системы телевизионного датчика. Синхронизатор, кроме вырапри этом первый вход синхронизатора,к которому подключен синхровход блока кадровой развертки, являетсявходом кадровых синхроимпульсов,второй вход синхронизатора, к кото"рому подключен синхровход блокастрочной развертки, является входомстрочных синхроимпульсов, причемвыход блока кащэовой развертки соединен с соответствующим входом телевизионного датчика, введены последовательно соединенные блок выбора строба, накопитель, экстремальный регулятор, коммутатор, вто" рой блок. памяти и второй цифро-ана." логовый преобразователь, выход которого подключен к второму входу блокакадровой развертки, а также генератор сигнала теста, синхровход кото 1012456рого соединен со вторым выходом синхронизатора, последовательно соединенные блок совпадений и детектор рассовмещений, второй вход которого соединен с выходом генератора сигнала теста, а выход - с информацион 5 ным входом преобразователя "времякод", при этом первый вход блока совпадений соединен с выходом квантователя, а второй вход - с первым выходом блока выбора строба, второй выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход которого соединен со вторым входом первого блока памяти, первый выход . синхронизатора подключен к адресным 15 входам блока выбора строба и второго, блока памяти, третий выход синхронизатора подключен к синхровходу вто рого цифро-аналогового преобразователя, а четвертый выход синхрониза тора подключен,ко второму входу экстремального регулятбра, первый вход синхронизатора соединен со вторым входом блока выбора стробЬ, а выход преобразователя время-код 25 соединен 1 со вторым входом накопителя.Введение сложной "тест-таблицы", представляющей собой черно-белое псевдослучайное поле и имеющей одинаковую информационную насыщенность в кадровом и строчном направлении, позволяет совместно с согласованным с "тест-таблицей" генератором сигнала теста, йутем осуществления 35 корреляционной обработки видеосигнала "тест-таблицы" и сигнала генератора сигнала теста, получить двумерную регулировочную кривую экстремального вида, параметрами которой 4 О являются строчная и кадровая составляющие координатных искажений. Корреляционная обработка осуществляется по элементарным участкам, на которые разбито поле растра, Для такого 45 участка координатные искажения выливаются в афинные преобразования горизонтальное ивертикальное смещения. Истинное положение элементарного участка определяет генератор сигналов теста, сигнал которого является аналогом видеосигнала "тест-таблицы", в идеальном случае, т,е, в случае, когда координатные искажения отсутствуют. Местоположение и величину элементарного участка определяет блок выбора строба й управляемый им блок совпадений. Детектор рассовмещений осуществляет подинтегральное перемножение опорного и исследуемого сигналов, преобразова тель время-код не является обязательным, так как осуществляет преобразование результата. перемножения подинтегральных функций корреляционного интервала из аналогового вида у в цифровой и используется для упрощения аппаратурной реализации последующих блоков. Накопитель, работойкоторого управляет блок выбора строба, завершает взятие корреляционного интеграла путем суммирования встробе полного рассовмещения опорногои исследуемого сигналов. Очевидно,что максимум корреляционного интег.рала будет в том случае, если сигналс элементарного участка полностьюсовпадает с опорным сигналом генератора электронного теста. При децентровке как в строчном, так и в кадровом направлении корреляционный интеграл уменьшается.Экстремальный регулятор использует корреляционную функцию, получаемую на выходе накопителя, в качестве двумерной регулировочной кривойи осуществляет поиск максимумаэтой функции. Значения корректирую-.щих сигналов для каждого элементарного участка, при котором достигается максимум регулировочной кривой,в цифровом виде записываются всоответствующие ячейки памяти первого или второго блоков памяти. Считывание из памяти производится вреальном масштабе времени, а ячейкапамяти из которой осуществляется.считывание в данный момент времени,определяется положением апертурылуча датчика телевизионного сигналаПри этом сигналы коррекции одновременно поступают с двух блоков памяти, и воздействуя на блоки разверток, меняют токи строчной и кадровой отклоняющих катушек таким образом, чтобы осуществить совмещениекаждого из элементарных участковтелевизионного. растра. В результатеосуществляется максимизация корре-ляционного интеграла по всему полюрастра, что, в свою очередь, иявляется критерием минимума координатных искажений,На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства автоматической коррекции координатных искажений теле-визионного изображения; на фиг. 2 -вид теста, используемого в этомустройстве.Устройство содержит "тест-таблицу" 1, телевизионный датчик 2, квантователь 3, блок 4 совпадений,детектор 5 рассовмещений, преобразователь 6 время-код, накопитель 7экстремальный регулятор 8, коммутатор 9, первый блок 10 памяти, первый цифро-аналоговый преобразователь11, блок 12 строчной развертки, синх-,ронизатор 13, второй блок 14 памяти,второй цифро-аналоговый преобразователь 15, блок 16 кадровой развертки,генератор 17 сигнала теста, блок 18выбора строба.Устройство автоматической коррек ции координатных искажений телевизионного изображения работает следующим образом.Изображение естест-таблицыф 1 через оптическую систему проецируется на мишень телевизионного датчика 2.Квантователь 3 осуществляет обострение фронтов видеосигнала и нормирует его по амплитуде. Квантованный видеосигнал поступает через блок 4 совпадений на первый вход детектора 5 рассовмещений, Блок 4 совпадений управляется по второму входу строб-,. импульсами. Телевизионный растр им- . пульсами с синхронизатора 13 делится напрямоугольные участки, сторо- . ны которых целое число раз укладываются вдоль" строки и вдоль кадра. Временное положение строб-импульса определяет участок растра на которомосуществляется коррекция. Для оценки координатных искажений генератором 17 сигнала теста формируется электронный аналог естест-таблицы" 1поступающий на второй вход детектора 5 рассовмещений.и представляю щий собой бинарную .псевдослучайную последовательность импульсов, Роль детектора 5 рассовмещений может вы-, полнять, например, Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. При этом в случае отсутствия координатных искажений растра на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируется логический ноль. Координатные искажения на стробируемом участке приводят к временному и масштабному несовпадению сигналов, по" ступающих на входы детектора 5 рассовмещений. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ в этом случае в моменты несовпадения уровней входныхсигналов формируется потенциал логической единицы, который, поступая на информационный вход преобразователя время-код б, разрешает прохождение измерительных импульсов по уп,равляющему входу этого блока. В результате этого на-выходе формируется пачка импульсов, -число которых определяет степень несовпадения сигналов поступающих на входы детектоУра 5 рассовмещений. Импульсы суммируются по всей площади строба накопителем 7, роль которого может вы" полнить двоичный .счетчик. Таким образом, на выходе накопителя 7 формируется в цифре значение функции качества, причем минимуму функции качества соответствует минимум координатных искажений исследуемого 1 участка растра; Однако если в качестве детектора 5 рассовмещений использовать элемент логическое И, то минимуму координатных искажений соответствует максимум функции качества. Для того, чтобы функция качества изменялась при воздействии как строчной, так и кадровой составляющей координатных искажений, необходимо чтобы "тест-таблица" 1 была изотропна в вертикальном и горизонтальном нанравлениях, В соответствииэтим структура естест таблицыффиг, 2) представляет собой чернобелое псевдослучайное поле. Для ее построения испоЛьзуеся бинарная максимальная последовательность. На о площадь таблицы наносится координатная сетка с числом дискретов, равный.длине бинарной последовательности в горизонтальном направлении, и кратным числу строк телевизионной раз вертки в вертикальном. В верхнейстроке записывается максимальная последовательность, во второй строке координатной сетки записывается эта же последовательность, но имеющая некоторый фазовый сдвиг относительно первой и т.д. Величина фазового сдвига подчиняется некоторому Рекуррентному правилу, позволяющему получить случайный характер сдвига,. Генератор 25 17 сигнала теста, формирующий сигнал, .согласованный с видеосигналом фщест- таблицыф 1, содержит два генератора псевдослучайной последовательности, включенные параллельно, причем первый генератор используется непосредственно для формирования эталонной последовательности, поступающей ва второй вход детектора 5 рассовмещений, а второй - управляет величиной фазового сдвига первого генератора, что равноценно управлению временем задержки генерируемой последовательГности.Рассмотрим работу генератора 17 40 сигнала теста в случае, если генераторы псевдослучайных последовательностей выполнены на регистрах сдвигаи многовходовых сумматорах по модулюдва. В активной части строки насдвигающий .вход первого регистра поступает гребенка тактирующих импульсов со второго выхода синхронизатора13. Эти же импульсы, но деленные,поступают на тактирующий вход .второго О регистра. осуществляя работу и второго вспомогательного генератора.В строчном гасящем импульсе произво дится перезапись значения сигналавторого регистра в первый регистр,что соответствует замене начальнойкомбинации последовательности, которая вырабатывается в следующей строке. Начальная комбинация второгогенератора псевдослучайной последовательности постоянна и устанавливает" 60 ся во время кадрового гасящего импульса. Деление тактирующих импульсовосуществляется таким образом, чтобыв момент перезаписи кодовое словона втором регистре не повторялось еще 6 раз в этом кадре. Для этого, например, 1012456 10в строке подается число импульсов,равное числу разрядов регистра сдвига. Поскольку в роли функции качест"ва используется функция взаимнйкорреляции опорного сигнала генератора 17 сигнала теста и видеосигналаот "тест-таблицы" 1, имеющего экстремум, абсолютное значение которогозависит от двух составляющих координатных искажений: - строчной и кад"ровой, то экстремальный регулятор 8,подключенный к выходу накопителя 7,позволяет осуществить установку оптимальных параметров объекта управ-ления, осуществляя последовательнопоиск экстремума сначала по одному,а затем по другомупараметру. Еслиразделить растр на достаточно маленькие участки, то с некоторой степенью точности, зависящей от размера участка,можно говорить о том,что для коррекции координатных искажений необходимо осуществить центровку каждого участка растра. Этоозначает, что если в процессе развертки каждому участку растра задавать некоторое смещение, вертикальное и горизонтальное, величину которого определяет детектор 5 рассовмещений, то получается изображение,координатные искажения которогосущественно меньше исходного некорректированного. Таким образом, задача коррекции координатных искаженийсводится к задаче совмещения участков изображения "тест-таблицы" 1с опорным сигналом генератора 17сигнала теста. Совмещение производится по критерию минимизации среднеквадратичного отклонения, чтообеспечивается аддитивным вводомсигнала коррекции в строчную и.кадровую пилу. Сигнал коррекциизаписывается табличным способом впервом 10 и втором 14 блоках памяти,причем каждому участку соответствует одна ячейка памяти в этих бло-ках,Рассмотрим формирование сигналакоррекции для одного участка изображения. Блок 18 выбора строба формирует строб-импульс анализируемогоучастка. Квантованный видеосигналестест-таблицыф 1 через блок 4 совпадений поступает на вход детектора 5 рассовмещений, где производитсясравнение его с опорным сигналомгенератора 17 сигнала теста, Временное рассовмещение между отдельнымиФронтами реальной и опорной последовательностей преобразуется в пачку импульсов преобразователем бвремя-код, а накопитель 7 вычисляет суммарное несовпадение на всемстробируемом участке. Экстремальный регулятор 8 через коммутатор 9осуществляет запись сигнала коррекрии в ячейку первого блока 10 памя мальную точку регулировочной кривой.Далее осуществляется переход на сле дующий участок растра и производит ся его центровка. После осуществле, ния горизонтальной центровки всехучастков растра производится переключение коммутатора 9 и экстремаль ный регулятор 8 оказывается соединенным с ячейками второго блока 14 памяти. При считывании с одной ячей- ки сигнал коррекции преобразуется преобразователем 15 и подается вблок 16 кадровой развертки, где воздействует на кадровую пилу, осуществляя вертикальное смещение участкарастра. Экстремальный регулятор 8,также как и в случае строчной центровки, устанавливает экстремальнуюточку на регулировочной кривой засчет записи соответствующего значения сигнала коррекции во второйблок 14 памяти. Далее осуществляется переход на второй участок и З 5 производится его вертикальная цент 40 ся импульс стробирования. Смена 60 б 5 45 50 55 ти. Сигнал коррекции при считывании преобразуется в аналоговыйна выходе первого цифро-аналогового.преобразователя 11 и поступает напервый вход блока 12 строчной развертки. При этом меняется значениеотклоняющего тока и участок растрасмещается. Это приводит к изменениючисла на выходе накопителя 7,.Экстремальный регулятор 8 корректирует значение кода ячейки памяти до тех пор, пока не установит экстрев аналоговый вторым цифро-аналоговые ровка. Процесс осуществляется дотех: пор, пока не достигается полнаякоррекция всех участков растра ввертикальном направлении. Блок 18выбора строба, который может бытьвыполнен, например, в виде последовательно соединенных. узла сравнениякодов и двоичного счетчика, осуществляет выработку строба на месте,того участка, на котором осуществля-,ется коррекция, а перемещение строба от участка к участку и коммутация режимов "горизонтальная коррекция", "вертикальная коррекция". Приэтом на один вход узла сравнения.блока 18 выбора строба подается кодадресов участков, а второй входэтого узла соединен с выходом двоичного счетчика, заполнение которогоосуществляется кадровыми синхроимпульсами. В момент равенства кодовна выходе узла сравнения формируеткода двоичного счетчика приводит ктому, что код сравнения изменяется,а это соответствует изменению положения участка.стробирования, соответствующего участку, на котором осуществляется коррекция. Периодичность изменения участка стробирования зависит от разрядности двоично,го счетчика и кратна кадровому периоду. При переполнении двоичного счетчика происходит изменение режима коррекции.Таким образом, предлагаемое уст-. ройство позволяет осуществить двумерную автоматическую коррекцию координатных искажений,ВНИИПИ Заказ 2790/70Тираж б 75 Подписное юПрименение этого устройства поз.воляет значительно сократить время настройки телевизионных камер. По сравнению с известными устройствами время настройки сокращается с 10 до 2 мин за счет автоматического процесса настройки.