Устройство для регистрации импульсных световых изображений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК З(59 Н 04 1 5/30ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ4ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. В.И, Березин и др. "Телевизионная камера на матрице приборов с зарядовой связью. - "Техника кино и телевидения", 1977, 9 6.2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3371652/09, кл. Н 04 И 5/30, 1981 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ СВЕТОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ,содержащее блок приборов с зарядовой связью (ПЗС), вход накоплениякоторого соединен с первым выходомсчетчика времени накопления, входпереноса строк соединен с инверсным строчным выходом синхрогенератора, прямой строчный выход которого соединен с первым управляющимвходом блока ПЗС и счетным входомсчетчика времени прямого хода кадровой развертки, тактовый выходсинхрогенератора соединен со счетными входами счетчика времени накопления, счетчика времени обратногохода кадровой развертки и тактовымвходом блока ПЗС, кадровый вход которого соединен с первым выходомсчетчика времени обратного хода кадровой развертки, выход блока ПЗСсоединен с информационным входом видеопроцессора, управляющие входыкоторого являются входами сигналовсигналов "Фон" и "Свет" соединенычерез первый элемент ИЛИ с первым,ЯО 1117859 А входом блока запуска, вход установки нуля которого соединен с вторым выходом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, управляющий вход которого соединен с вторым выходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, а также второй и третий элементы ИЛИ, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона регистрируемых изображений и уменьшения высокочастотных искажений, в него введен генератор тестовых сигналов, управляющий вход которого соединен с входом сигнала "Тест" видеопроцессора, первый информационный вход соединен с тактовым выходом синхрогенератора, вход установки нуля соединен с вторым выходом счетчика прямого хода кадровой развертки, второй инфор-, мационный вход генератора тестовых сигналов соединен с прямым строчным выходом синхрогенератора, первый выход соединен с информацион-" ным входом блока ПЗС, второй информационный выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчика времени накопления, выход второго элемента ИЛИ соединен с управляющим входом счетчика временя обратного хода кадровой развертки, первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого ,соединен с первым выходом счетчикавремени накопления, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входом блокировки строчных импульсов синхрогенератора, прямой строчный выходкоторого через блок запуска соеди 1117859нен с управляющим входом счетчика времени накопления.Изобретение относится к регистрации световых изображений и можетбыть использовано при исследованиифизических процессов, вызывающихимпульсные световые вспышки. 5В качестве преобразователей светового изображения используются матрицы на приборах с зарядовой связью(ПЗС), так как они обеспечивают минимальные геометрические искажения, 16имеют малые габариты и вес,Известно устройство для регистрации световых изображений, содержащее ПЗС-матрицу, управляющие входыкоторой соединены с выходами соответствующих формирователей фазныхнапряжений (ФФН), первые входы первого и второго ФФН соединены с прямым выходом счетчика времени переноса и первым управляющим входом усилителя-формирователя, выход задающего генератора соединен с первымвходом третьего ФФН, выход первогоделителя частоты соединен с вторымивходами первого и второго ФФН, первым входом элемента И, входом второго делителя частоты, счетным входом счетчика времени накопления, прямой выход которого соединен с третьим входом первого ФФН, инверсный 30выход - с вторым управляющим входомусилителя-формирователя и третьимвходом второго ФФН, выход матрицыПЗС через усилитель-формировательсоединен с выходом устройства 1Однако такое устройство не обеспечивает достоверной регистрацииОднократных или редкоповторяющихсяимпульсных изображений, момент появления которых случаен или не синхронизован с работой телевизионной .(ТВ) системы.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство для регистрации импульсныхсветовых иэображений, содержащее блокПЗС, вход накопления которого соединен с первым выходом счетчика времени накопления, вход переноса строк соединен с инверсным строчным выходом синхрогенератора, прямой строчный выход которого соединен с первым управляющим входом блока ПЗС и счетным входом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, тактовый выход синхрогенератора соеди;нен со счетными входами счетчика времени накопления счетчика времени обратного хода кадровой разверт-, ки и тактовым входом блока ПЗС, кадровой вход которого соединен с первым выходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, выход блока ПЗС соединен с информационным входом видеопроцессора, управляющие входы которого являются входами сигналов "Тест", "Фон", "Свет", причем входы сигналов "Фон" и "Свет" соединены через первый элемент ИЛИ с первым входом блока запуска, вход установки нуля которого соединен с вторым выходом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, управляющий вход которого соединен с вторымвыходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, а также второй и третий элементы ИЛИ.Известное устройство можно использовать для регистрации как непрерывных, так и однократных изображений.Прйчем работа устройства полностью синхронизована с моментом появления световой вспышки, что исключает по.терю информации. Обработка информа,ции с ПЗС матрицы может осуществляться с помощью ЗВИ, для чего электрические сигналы преобразуются в цифровую форму 121.Однако известное устройство обладает неудовлетворительным динамическим диапазоном по энергии регистрируемых изображений, нижняя граница которого определяется неравномернос3 11178 тью темнового фона, и высокой пог- решностью регистрации тонкой пространственной структуры.Цель изобретения - расширение динамического диапазона регистрируе 5 мых изображений и уменьшение высокочастотных искажений,Для достижения поставленной цели в устройство для регистрации импульсных световых изображений, содержащее блок ПЗС, вход накоплениякоторого соединен с первым выходомсчетчика времени накопления, входпереноса строк соединен с инверснымстрочным выходом синхрогенератора,прямой строчный выход которого соединен с первым управляющим входомблока ПЗС и счетным входом счетчикавремени прямого хода кадровой раз 20вертки, тактовый выход синхрогене-.ратора соединен со счетными входами счетчика времени накопления, счетчика времени обратного хода кадровой развертки и тактовым входомблока ПЗС, кадровый вход которогосоединен с первым выходом счетчикавремени обратного хода кадровой раз- .вертки, выход блока ПЗС соединен с .информационным входом видеопроцессора, управляющие входы которого являются входами сигналов "Тест","фон", "Свет", причем входы сигналов "фон" и "Свет" соединены черезпервый элемент ИЛИ с первым входомблока запускавход установки нуля З 5которого соединен с вторым выходомсчетчика времени прямого хода кадровой развертки, управляющий входкоторого соединен с вторым выходомсчетчика времени обратного хода кадроной развертки, а также второй итретий элементы ИЛИ, введен генератор тестовых сигналов,.управляющийвход которого соединен с входомсигнала "Тест" видеопроцессора, первый информационный вход соединен стактовым выходом синхрогенератора,вход. установки нуля соединен с вто- .рым выходом счетчика прямого ходакадровой развертки, второй информационный вход генератора тестовыхсигналов соединен с прямым строчным выходом синхрогенератора, первыйвыход соединен с информационнымвходом блока ЦЗС, второй информацион ный выход соединен с первым входомвторого элемента ИЛИ, второй входкоторого соединен с вторым выходом счетчика времени накопления, выходвторого элемента ИЛИ соединен суправляющий входом счетчика времениобратного хода кадровой развертки,первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с первым выходом счетчика времени накопления, выход третьего элемента ИЛИсоедийен с входом .блокировкистрочных импульсов синхрогенератора, прямой строчный выход которого через блок запуска соединен суправляющим входом счетчика времени накопления,На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройствадля регистрации импульсных световых,изображенйй, на фиг. 2 - форма входного и соответствующая ему форма,выходного сигнала.Устройство для регистрации импульсных световых изображений(фиг, 1) содержит блок 1 ПЗС, синхрогенератор 2, генератор 3 тестовых сигналов, блок 4 запуска, счетчик 5 времени накопления, первыйэлемент ИЛИ 6, счетчик 7 временипрямого хода кадровой развертки,счетчик 8 времени обратного ходакадровой развертки, второй элементИЛИ 9, видеопроцессор 10 и третийэлемент ИЛИ 11,Блок 1 ПЗС состоит из ПЗС-матрицы, имеющей секцию накопления,входной и выходной регистры (еслиматрица имеет секцию памяти, тоэта секция должна быть включена параллельно секции накопления), фор.мирователей фазных напряжений, секций накопления и регистров, схемуправления входным и выходным регистрами, сбросом входного регистра, переносом строк и накоплением и усилителя-формирователя видеосигнала.Видеопроцессор 10 состоит из аналого-цифрового преобразователя(АЦП), буферного запоминающего устройства (ЗУ) и ЭВМ.,Устройство работает следующим образом.:В устройстве предусмотрены следующие режимы работы: считывание, преобразование в цифровую .форму и запоминание темнового кадра, т.е. фонового электрического заряда и термогенерационного заряда за время накапления и считывания введение,считывание, преобразование в цифровую форму и запоминание тестового кадра, т.е, фонового электрического заряда, тестового электрического сигнала и термогенерационного заряда за время введения и считывания, 5 введение, считывание, преобразование в цифровую форму и запоминание информационного кадра, т.е, фонового заряда, термогенерационного заряда за время накопления и время считывания и заряда, вызванного регистрируемьм световым изображением.Во всех режимах работы устройства в ПЗС-матрицу вводится фоновый электрический заряд, составляю щий 107 от максимального.Для этого используется входной регистр ПЗС-матрицы, первый информационный вход которой соединен с выходом генератора 3, В режиме вво да и запоминания тестового кадра кроме постоянного напряжения в матрицу через входной регистр (первый информационный вход) подается электрический тестовой сигнал, например, 25 типа шахматное полеВ предлагаемом устройстве предусотрена возможность определения точного значения величины неэффективности переноса. Это обеспечивает увеличение глубины модуляции и расширение динамического диапазона при регистрации мелких деталей тонкой пространственной структуры, что снижает погрешность регистрации тонкой пространственной структуры.Синхрогенератор 2 формирует на строчных выводах последовательность импульсов с периодом, соответствующим в ТВ-системах периоду строчной развертки, Во время прямого хода строчной развертки с прямого строчного выхода синхрогенератора 2 разрешающий сигнал поступает на входы упраВления ВхОдным и Выходным регист 4 рами (первые управляющие входы) блока 1 ПЗС, При этом имеющиеся в ячейках выходного регистра заряды выводятся через усилитель-формирователь на информационный вход ви 50 деопроцессора 10, а фоновый заряд вводится в ячейки входного регистра. Во время обратного кода строчной развертки сигнал с инверсного строчного выхода синхрогенератора 2 подается иа вход переноса строк блока 1 ПЗС. При этом осуществляет-,ся перенос массива в секции накопления на одну строку, перенос очередной строки из секции накопления в выходной регистр и перенос строки из входного регистра в секцию накопления, Осуществляемый по сигналу "Сброс" входного регистра с выхода синхрогенератора 2, который устанавливает на всех фазах регистра напряжение нулевого уровня, а усилитель-формирователь формирует строчный гасящий и синхронизирующий импульсы в выходном видеосигнале.Таким образом, в отсутствие входных сигналов "Фон", "Тест" и "Свет" устройство работает в режиме непрерывного переноса фонового заряда, Величина которого определяется постоянным напряжением на выходе генератора 3 тестовых сигналовТемновой кадр регистрируется следующим образом.1Сигнал "Фон" через первый элемент ИЛИ 6 устанавливает блок 4 запуска в состояние "1" и запускает счетчик 5 времени накопления. Пос- ледний подсчитывает число периодов тактового сигнала синхрогенератора 2, соответствующее установленному времени накопления. В течение этого времени сигнал с первого выхода счетчика 5 подается на вход накопления блока 1 ПЗС и через третий элемент ИЛИ 11 - на вход блокировки строчных импульсов синхрогенератора 2. Секция накопления блока 1 при этом удерживается в режиме накопления, входной регистр работает в режиме переноса фонового заряда, а выходной регистр выводит имеющиеся в ячейках заряды, При заполнении счетчика 5 сигнал с его второго выхода через второй элемент ИЛИ 9 подается на управляющий вход счетчика 8 времени обратного хода кадровой развертки. Счетчик 8 подсчитывает число периодов тактового сигнала синхрогенератора 2, соответствующее времени обратного хода кадровой развертки, и сигнал с его первого выхода подается на кадровый вход блока 1 ПЗС и через третий эле" мент ИЛИ 11 - на синхрогенератор 2, блокируя строчные импульсы. Усилитель-формирователь в течение этого времени формирует кадровый гасящий импульс, а секция накопления удерживается в режиме хранения (на15 25 С приходом сигнала "Тест" на управляющий вход гененатора 3 тестовых сигналов в ПЗС-матрицу через информационный вход (входной регистр) кроме фонового заряда будет вводиться тестовый сигнал типа "шахматное поле" до появления на выходе генератора 3 сигнала "Конец теста". Последний, поступив на первый вход второго элемента ИЛИ 9, запустит счетчик 8, который сформирует кадровый гасящий импульс. Тестовый сигнал выводится из блока1 ПЗС за время прямого хода кадровой развертки и записывается в буферное ЗУ видеопроцессора 10, По окончании считывания генератор 3 сигналом с второго выхода счетчика 7 устанавливается в состояние "0 ф. Устройство готово к приему очередной команды, а до ее прихода 40 7 1117 входе переноса тока блока 1 ПЗС нет сигнала), входной и выходной регист-:. ры продолжают работать. При заполнении счетчика 8 снимается сигнал с входа блокировки строчилах импульсов синхрогенератора 2 и начинается цикл считывания термогенерационных зарядов, накопленных за время накопления в отсутствие светового изображения и считывания, 0Сигнал с второго выхода счетчика 8 запускает счетчик 7 времени прямого хода кадровой развертки, который начинает счет импульсов с выхода синхрогенератора 2, и определяет время считывания.Сигнал с выхода ПЗС-матрицы блока 1 поступает в видеопроцессор 10 и после преобразования в АЦП записывается в буферном ЗУ. 20При заполнении счетчика 7, соответствующем окончанию цикла считывания, сигнал с его второго выхода устанавливает блок 4 запуска в нулевое состояние, а в буферное ЗУ видеопроцессора 10 записывается код, соответствующий темновому кадру: термогенерационному заряду А за время накопления и считывания и фоновому заряду В.ЗОУстройство готово к приему очередной команды, а до ее прихода будет работать в режиме переноса фонового заряда Темновой кадр, записанный в буферное ЗУ, будет храниться в нем или может быть переписан в память ЭВМ. 859 8будет работать в режиме переносафонового заряда.Тестовый кадр хранится в буферном ЗУ видеопроцессора или можетбыть переписан в память ЭВМ.Информационный кадр регистрируется по сигналу "Свет", который должен предшествовать регистрируемому световому изображению .не менеечем на период строчной развертки,Сигналом "Свет" через перыйэлемент ИЛИ 6 и первый вход блока4 запуска секция накопления ПЗС -матрицы устанавливаются в режимнакопления и удерживается в этомсостоянии в течение формируемогосчетчиком 5 времени накопления.Импульсное световое изображение(фиг, 2, О ) преобразуется ПЗС-матрицей в зарядовые пакеты, накапливаемые под соответствующими затворами секции накопления. Затем дорегистрации информационного кадра вводится фоновой заряд. Работаустройства при регистрации информационного кадра ничем не отличаетсяот работы при регистрации темнового кадра по сигналу "Фон". После выведения секции накопления из режиманакопления формируется кадровый гасящий импульс и начинается считывание накопленного в матрице заряда,который записывается в виде информационного кода, состоящего из кадра, термогенерационного заряда Аза время накопления и считывания,фонового заряда В и заряда С, вызванного регистрируемым световымизображением.Таким образом, в буферном ЗУ видеопроцессора 10 записаны коды, соответствующие темновому кадру, тестовому кадру и информационному кадру. С помощью ЭВМ производится обработка цифровой информации.Сначала обрабатывается массив,соответствующий тестовому кадру,вычисляется неэффективность переноса заряда в ПЗС в матрице, Затемпроизводится вычитание темновогокадра (А + В) из информационного(А + В + С) и полученный разностныйкадр С, который не содержит темнового фона, подвергается восстановлению по известной величине неэффективности переноса. Восстановленныйвидеосигнал (фиг. 2,о ), соответствующий с высокой точностью световому изображению, выводится из ЭВМ9 11 на внешние устройства (цифропечать, графопостроитель и т.п.), а также переписывается во внешний блок памяти, где восстановленный видеосигнал хранится, циклически считывается и отображается на видеоконтрольном устройстве (фиг. 2;6).Таким образом, введение Фонового заряда обеспечивает постоянство неэффективности переноса по матрице, что позволяет определять ее расчетным путем, используя регистрацию тестового кадра, Вычитание темнового кадра из информационного дает 17859разностный сигнал, не содержащий темнового Фона.Если в прототипе нижняя границадинамического диапазона определяласьнеравномерностью темнового Фона, тов предлагаемом устройстве - шумамиПЗС. Это позволяет увеличить динамический диапазон в 15 раз.Точное знание величины неэффек О тивности переноса обеспечивает постоянное значение глубины модуляции,равное единице, на любой пространственной частоте, вплоть до максимальной пространственной частоты.П н д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектн Государс по делам изо 113035, Москва, Ж