МАЛОКАДРОВОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК H04N5/225 

Изобретение относится к телевизионной технике.

Известно устройство формирования сигнала изображения, содержащее две телекамеры, синхрогенератор и видеосмеситель. Устройство обеспечивает формирование на выходе видеосмесителя совмещенного сигнала изображения, для которого имеет место передача за кадр видеосигналов с обеих телекамер. Недостатком аналога является частичная потеря видеоинформации от фотоприемников каждой из телекамер независимо от их типа, т.к. в совмещенном изображении передаются только центральные участки составляющих изображений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство, содержащее оптический блок, расположенный перед оптическим входом матрицы ПЗС, причем матрица ПЗС состоит из двух фотоприемных секций и двух выходных регистров, формирователь управляющих сигналов, первый и второй видеоусилители. В прототипе матрица ПЗС работает в режиме импульсного экспонирования. Недостатком прототипа является отсутствие в нем возможности формирования совмещенного сигнала изображения, когда за кадр передаются оба видеосигнала с матрицы ПЗС. Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования совмещенного сигнала изображения путем последовательной передачи в каждой активной строке кадра двух неискаженных видеосигналов от матрицы ПЗС.

Поставленная задача решается тем, что в малокадровое устройство формирования изображения дополнительно введены первый затвор или первый импульсный источник света, второй затвор или второй импульсный источник света, блок обработки видеосигналов, при этом формирователь управляющих сигналов выполнен определенным образом, а объективы оптического блока выполнены анаморфотными.

Технический результат изобретения достигается при использовании единственной матрицы ПЗС, при этом в сигнале совмещения присутствуют полные (неискаженные) видеосигналы от каждой из двух фотомишеней.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства. На фиг.2 - структурная схема формирователя управляющих сигналов, на фиг.3 один из вариантов формирователя импульсов, на фиг.4-6 временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг.7 структурная схема блока обработки видеосигналов. Малокадровое устройство формирования сигнала изображения (фиг.1) содержит оптический блок 1, расположенный перед оптическим входом матрицы 2 ПЗС, причем оптический блок состоит из оптически связанных первого затвора или первого импульсного источника света 1-2, первого анаморфотного объектива 1-3, первого направляющего оптического элемента 1-5, второго направляющего оптического элемента 1-6, оборачивающего оптического элемента 1-7, третьего направляющего оптического элемента 1-8, второго анаморфотного объектива 1-4, второго затвора или второго импульсного источника света 1-2, матрица ПЗС состоит из связанных зарядовой связью первой трехфазной секции накопления 2-1 и первого трехфазного выходного регистра 2-3, второй трехфазной секции накопления 2-2 и второго трехфазного выходного регистра 2-4, содержит также четыре трехфазных преобразователя уровней 3,4,5,6, два видеоусилителя 12-1,12-2, блок обработки видеосигналов 13, формирователь управляющих сигналов 11. Формирователь управляющих сигналов (ФУС) фиг.2 содержит задающий генератор 7, делитель частоты на два 11, синхрогенератор 8, два формирователя импульсов 9,10.

Анаморфотные объективы 1-3 и 1-4 предназначены для изменения масштаба оптического изображения в одном направлении. Коэффициенты анаморфотности объективов по горизонтали равны 0,5. Матрица 2 ПЗС может иметь схемотехническую организацию "кадровый перенос" (КП) или "строчно-кадровый перенос" (СКП). Для последней организации необходимость в затворах или импульсных источниках света в составе оптического блока отпадает, но блок 2 содержит на одном кристалле по сути две матрицы СКП. Формирователь импульсов фиг.3 предназначен для формирования логических импульсных последовательностей. На его тактовый вход подаются импульсы с выхода задающего генератора 7 (фиг.4.1 а), а на стробирующий вход импульсы с третьего выхода синхрогенератора 8 (фиг. 4.1в). Временное положение последних импульсов относительно гасящих импульсов строк (фиг.4.1б) учитывает наличие "холостых" (защитных) элементов в регистрах матрицы ПЗС. Выходные сигналы формирователя импульсов представлены на фиг.4-6, где фиг.4.1ж (фиг.5ж) первая фаза трехфазного регистра, фиг.4.1з (фиг. 5. з) третья фаза трехфазного регистра, фиг.4.1в (фиг.5.и) третья фаза трехфазного регистра, фиг.6а импульсы первой выборки, фиг.6б импульсы второй выборки. Формирователь импульсов содержит шесть элементов И 14,16,18,19,22,24, два элемента ИЛИ 15,23, три элемента НЕ (17,20,21). На фиг.4.1в показан первый вход элемента И 18, на фиг.4.1г второй вход элемента И 18, фиг.4.1д выход элемента И 18, фиг.4.1е выход элемента И 19, фиг.4.1ж (5ж) первый вход элемента И 14, фиг.4.1з (фиг.5з) первый вход элемента ИЛИ 15, фиг. 4.1и (фиг. 5и) первый вход элемента И 16, фиг.4.1к (фиг.5к) выход элемента И 14, фиг.4.1л (фиг.5л) - выход элемента ИЛИ 15, фиг.4.1м (фиг.5м) выход элемента И 16, фиг.4.2 (фиг.5н) выход элемента И 22, фиг.4.2о (фиг.5о) выход элемента ИЛИ 23, фиг.4.2п (фиг.5п) выход элемента И 24.

Блок обработки видеосигналов 13 предназначен для осуществления обработки и "сшивки" двух аналоговых видеосигналов, поступающих через буферные видеоусилители 12-1,12-2 c выходов матрицы ПЗС. Блок обработки видеосигналов (фиг. 7) содержит три блока фиксации уровня 25,26,29, блок 27 выборки со сшивкой, аналоговый умножитель 28, буферный видеоусилитель 30. Блок обработки видеосигналов выполняет следующие функции: восстановление постоянных составляющих видеосигналов, выделение в видеосигналах участков видеоинформации в пределах каждого элемента изображения и его запоминание на период элемента, объединение двух видеосигналов с устранением эффекта перепада уровня фиксации, выравнивание коэффициентов усиления видеосигналов и балансировка, восстановление постоянной составляющей для объединенного видеосигнала, буферное преобразование объединенного видеосигнала для работы на низкоомную нагрузку.

Малокадровое устройство формирования сигнала изображения работает следующим образом. Изображения двух контролируемых объектов ("левого" и "правого") в режиме импульсного экспонирования проецируется через оптический блок 1 на фотомишени 2-1 и 2-2 матрицы ПЗС. Режим импульсного экспонирования, обеспечиваемый синхронно работающими затворами или импульсными источниками света 1-1 и 1-2, осуществляется таким образом, что в течение обратного хода кадровой развертки оба оптических канала открыты, а во время прямого хода закрыты. Управление блоками 1-1 и 1-2 производится при помощи кадрового гасящего импульса, подаваемого с первого выхода синхрогенератора 8. На секцию 2-1 поступает импульсное изображение левого объекта, растянутое вдвое по горизонтали, а на секцию 2-2 растянутое вдвое по горизонтали импульсное изображение правого объекта. В качестве матрицы ПЗС применяется трехфазная матрица кадрового переноса с п-каналом проводимости. Задающий генератор 7 работает на частоте вдвое выше, чем в прототипе, однако делитель на два 11 обеспечивает работу синхрогенератора 8 без изменения скорости. Поэтому импульсные последовательности, подаваемые на электроды секций 2-1 и 2-2, соответственно через преобразователи уровней 3 и 4, не отличаются от аналогичных схем прототипа. К моменту окончания интервала кадрового гашения на фотомишенях 2-1 и 2-2 заканчивается формирование зарядовых рельефов соответственно для левого и правого объектов контроля. В течение прямого хода кадровой развертки выполняется поочередное считывание зарядовых пакетов при закрытых оптических каналах (в темноте) из секции 2-1 в выходной регистр 2-3 и из секции 2-2 в регистр 2-4. При этом во время первой половины активной части каждой строки считывается с удвоенной по отношению к прототипу скоростью зарядовая строка секции 2-1, а во время второй половины активной части строки с той же удвоенной скоростью зарядовая строка 2-2.

Необходимое управление работой регистров 2-3 и 2-4 осуществляется при помощи блоков 7,9,10, а также функционирующих с удвоенной частотой трехфазных преобразователей уровней 5 и 6. Удвоенная частота переноса зарядовых пакетов в регистрах благодаря малокадровому режиму разложения существенно ниже предельной частоты опроса ПЗС-линейки, для которой имеют место искажения из-за неэффективности переноса. Эпюры импульсных сигналов для первого регистра 2-3 показаны на фиг.4.1к-м, а для второго 2-4 на фиг.4.2н-п. В результате видеосигналы на первом и втором выходах матрицы ПЗС содержат видеоинформацию с восстановленным масштабом для левого и правого объективов контроля.

Через буферные видеоусилители 11 и 12 видеосигналы с матрицы ПЗС поступают на блок обработки 13, где осуществляется их предварительная обработка и объединение ("сшивка"). На выходе устройства в малокадровом темпе разложения формируется совмещенный видеосигнал, в каждой активной строке которого последовательно передаются сигналы изображения от левого и правого объектов контроля.

Использование: в телевизионной технике и может быть использовано в устройствах формирования сигнала изображения, выполненных на матрицах приборов с зарядовой связью (ПЗС), с разложением видеосигнала в малокадровом режиме. Сущность изобретения: расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования совмещенного сигнала изображения путем последовательной передачи в каждой активной строке кадра двух неискаженных видеосигналов от матрицы ПЗС. Устройство содержит оптический блок 1, причем оптический блок состоит из оптически связанных первого затвора или первого импульсного источника света 1-2, первого объектива 1-3, первого направляющего оптического элемента 1-5, второго направляющего оптического элемента 1-6, оборачивающего оптического элемента 1-7, третьего направляющего оптического элемента 1-8, второго объектива 1-4, второго затвора или второго импульсного источника света 1-2, одна матрица ПЗС 2 состоит из связанных зарядовой связью первой трехфазной секции накопления 2-1 и первого трехфазного выходного регистра 2-3, второй трехфазной секции накопления 2-2, второго трехфазного выходного регистра 2-4. Содержит также формирователь управляющих сигналов, 1 блок обработки видеосигналов 13. 13 п.ф-лы, 7 ил.

1. Малокадровое устройство формирования сигнала изображения, содержащее оптический блок, расположенный перед оптическим входом матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС), причем оптический блок состоит из оптически связанных первого объектива, первого направляющего оптического элемента, второго направляющего оптического элемента, оборачивающего оптического элемента, третьего направляющего оптического элемента и второго объектива, а матрица ПЗС состоит из связанных зарядовой связью первой трехфазной секции накопления (ТСН) и первого трехфазного выходного регистра (ТВР), второй ТСН и второго трехфазного выходного регистра (ТВР), при этом первый управляющий вход первой ТСН и третий управляющий вход второй ТСН подключены соответственно через первый и второй трехфазные преобразователи уровней (ТПУ) к первому выходу формирователя управляющих сигналов (ФУС), вторые управляющие входы обеих ТСН через первый и второй ТПУ к второму выходу ФУС, а третий управляющий вход первой ТСН и первый управляющий вход второй ТСН через первый и второй ТПУ к третьему выходу ФУС, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы первого и второго ТВР подключены соответственно к выходам третьего и четвертого ТПУ, а выходы матрицы ПЗС соответственно к входам первого и второго буферных видеоусилителей, отличающееся тем, что в оптический блок введены первый затвор или первый импульсный источник света, причем первый затвор или первый импульсный источник света расположен перед первым объективом и связан с ним оптически, второй затвор или второй импульсный источник света, причем второй затвор или второй импульсный источник света расположен перед вторым объективом и связан с ним оптически, управляющие входы обоих затворов или обоих импульсных источников света объединены и подключены к четвертому выходу ФУС, введен также блок обработки видеосигналов (БОВ), первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго буферных видеоусилителей, вход импульсного сигнала фиксации БОВ подключен к пятому выходу ФУС, вход импульсного сигнала выборки БОВ к шестому выходу ФУС, первый вход импульсного сигнала коммутации БОВ к седьмому выходу ФУС, девятый выход которого подключен к первому управляющему входу третьего ТПУ, десятый выход ФУС к второму управляющему входу третьего ТПУ, одиннадцатый выход ФУС к третьему управляющему входу третьего ТПУ, двенадцатый выход ФУС к первому управляющему входу четвертого ТПУ, тринадцатый выход ФУС к второму управляющему входу четвертого ТПУ, четырнадцатый выход ФУС к третьему управляющему входу четвертого ТПУ, причем выход БОВ является выходом совмещенного видеосигнала, при этом объективы оптического блока выполнены анаморфотными. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь управляющих сигналов (ФУС) содержит последовательно включенные задающий генератор, делитель частоты на два и синхрогенератор, а также первый и второй формирователи импульсов (ФИ), при этом первый выход синхрогенератора подключен к четвертому выходу ФУС, второй выход синхрогенератора к первому выходу ФУС, третий выход синхрогенератора к второму выходу ФУС, четвертый выход синхрогенератора к третьему выходу ФУС, пятый выход синхрогенератора к стробирующим входам соответственно первого и второго ФИ, шестой выход синхрогенератора к входу импульсного сигнала центра строки второй ФИ, а седьмой выход синхрогенератора к пятому выходу ФУС, причем тактовый вход первого ФИ подключен к задающему генератору, первый выход первого ФИ к первому входу второго ФИ, второй выход первого ФИ к второму входу второго ФИ, третий выход первого ФИ к шестому выходу ФУС, седьмой выход которого подключен к седьмому выходу второго ФИ, восьмой выход ФУС к восьмому выходу второго ФИ, первый выход которого подключен к девятому выходу ФУС, второй выход второго ФИ к десятому выходу ФУС, третий выход второго ФИ к одиннадцатому выходу ФУС, четвертый выход второго ФИ к двенадцатому выходу ФУС, пятый выход второго ФИ к тринадцатому выходу ФУС, шестой выход второго ФИ к четырнадцатому выходу ФУС.