ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО С КОМПЕНСАЦИЕЙ РАЗБРОСА ПАРАМЕТРОВ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1996 года по МПК H04N5/30 

Изобретение относится к оптической электронике и может использоваться в телевизионных и тепловизионных системах, измерительных системах, содержащих линейные и матричные фотоприемники.

Известно фотоприемное устройство с компенсацией неоднородностей /1/, содержащее матричный фотоприемник, интегратор, два дифференциальных усилителя, аналоговый делитель, сумматор, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, синхрогенератор, источник опорного напряжения. В данном устройстве имеется ошибка компенсации за счет нелинейности делителя аналоговых сигналов и неидентичности характеристик аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей.

Известно также фотоприемное устройство с компенсацией различий в чувствительности элементов матрицы фотоприемников [2] содержащее формирователь тактовых импульсов, матрицу фотоприемников, интегратор, суммирующий усилитель, блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, источник опорного напряжения, компаратор, логический блок и коммутатор.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является фотоприемное устройство с компенсацией различий в чувствительности элементов матрицы фотоприемников /3/, содержащее синхрогенератор, матрицу фотоприемников, интегратор (блок предварительной обработки сигнала), суммирующий усилитель, блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, источник опорного напряжения, компаратор и логический блок, в состав которого входит счетчик кадров, триггер, дешифратор, логические элементы НЕ, ИЛИ, И.

Общим недостатком устройство /1.3/ является невысокая точность компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов приемника, вызванная наличием дрейфа сигнала элементов. Каждый фоточувствительный элемент имеет свою величину дрейфа сигнала и свою чувствительность. Недостатком прототипа является также невысокая эффективность функционирования. Это связано с тем, что каждый раз в период формирования и уточнения коэффициентов коррекции, т. е. в течение "n" кадров ("n" разрядность кодов коррекции), устройство не формирует рабочий информационный видеосигнал. Для многих систем потеря информации в течение "n" кадров недопустима (например, системы слежения за объектами).

Целью изобретения является повышение точности компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов и повышение эффективности функционирования устройства.

Технический результат достигается тем, что в фотоприемное устройство с компенсацией разброса параметров фоточувствительных элементов, содержащее последовательно соединенные блок многоэлементного фотоприемника, синхровход которого соединен с синхрогенератором, сумматор, другой вход которого подключен к выходу первого цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), выходной усилитель и первый компаратор, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения, счетчик адреса, вход которого подключен к выходу синхрогенератора, первый блок оперативной памяти, введены второй блок оперативной памяти, между выходом сумматора и входами первого ЦАП включены последовательно соединенные второй компаратор, к другому входу которого подключена нулевая шина, и первый счетчик импульсов, входы и выходы которого подключены к входам-выходам первого блока оперативной памяти, между выходом первого компаратора и входом управления выходного усилителя включены последовательно соединенные второй счетчик импульсов и второй ЦАП, входы-выходы второго блока оперативной памяти подключены ко входам и выходам второго счетчика импульсов, при этом адресные входы первого и второго блоков оперативной памяти подключены к выходам счетчика адреса.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что кроме повышения точности компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов за счет осуществления компенсации дрейфа сигнала каждого элемента, повышается также эффективность функционирования устройства, заключающаяся в возможности формирования рабочего информационного сигнала и одновременного уточнения корректирующих кодов (уточняются младшие разряды кодов) в каждом кадре в установившемся режиме.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Фотоприемное устройство с компенсацией разброса параметров фоточувствительных элементов содержит блок 1 многоэлементного фотоприемника, сумматор 2, выходной (регулируемый) усилитель 3 (регулируется коэффициент передачи), первый 4 и второй 5 блоки оперативной памяти, первый 6 и второй 7 счетчики импульсов (реверсивные), имеющие по выходу третье высокоимпедансное состояние, первый 8 и второй 9 цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), источник 10 опорного напряжения, первый 11 и второй 12 компараторы, синхрогенератор 13, счетчик 14 адреса, нулевая шина 15.

Блок 1 многоэлементного фотоприемника состоит из самого многоэлементного фотоприемника и устройства предварительной обработки сигнала, которое может выполнять функции усиления, интегрирования, фильтрации, выборки и т.д. сигнала фотоприемника в зависимости от типа последнего и выбранного способа выделения сигнала из шума.

Устройство работает следующим образом.

В течение периода формирования кадра изображения (периода кадров) существуют три режима работы устройства: режим формирования компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента блока 1, режим формирования кода коррекции чувствительности для каждого элемента блока 1 и режим коррекции, в течение которого формируется рабочий информационный видеосигнал. В любом режиме работы под воздействием синхроимпульсов синхрогенератора 13 и с помощью счетчика 14 адреса осуществляется последовательная выборка адреса ячеек блоков 4 и 5 оперативной памяти синхронно со считыванием сигнала с элементов блока 1. Для каждого элемента блока 1 имеется одна ячейка памяти в блоке 4 для хранения кода компенсации дрейфа и одна ячейка памяти в блоке 5 для хранения кода коррекции чувствительности. После подачи питания на устройство в ячейках памяти блоков 4 и 5 окажутся случайные значения кодов. Формирование кодов для каждого элемента блока 1 осуществляется методом последовательных приближений.

Рассмотрим режим формирования кода компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента блока 1, при котором фотоприемник блока 1 или затемняется, или на него падает слабый равномерный поток излучения, задающий уровень черного в устройстве. Пусть в этом режиме на первый вход сумматора 2 поступает сигнал с выхода блока 1, соответствующий первому элементу блока 1. Одновременно с первой ячейки блока 4 оперативной памяти, находящегося в это время в режиме считывания, считывается параллельный код и записывается во внутренний регистр ЦАП 8 и в параллельном виде в реверсивный счетчик 6, который в это время по выходу находится в третьем высокоимпедансном состоянии. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 8 поступает на второй вход сумматора 2, выходной сигнал которого сравнивается на компараторе 12 с нулевым напряжением шины 15. Результат сравнения в виде логического нуля или единицы поступает на управляющий вход реверсивного счетчика 6, причем, если сигнал с выхода сумматора 2 больше нулевого уровня, содержимое реверсивного счетчика уменьшается, если меньше увеличивается. После этого блок 4 оперативной памяти переводится в режим записи информации, третье высокоимпедансное состояние по выходу реверсивного счетчика 6 снимается и его содержимое записывается в первую ячейку. Затем реверсивный счетчик 6 вновь переводится по выходу в третье состояние. Таким образом, содержимое первой ячейки блока 4 оперативной памяти обновляется. При поступлении на вход сумматора 2 сигналов, соответствующих другим элементам блока 1, процесс повторяется по описанному выше алгоритму, но при этом обновляется информация в других ячейках блока 4 оперативной памяти.

Очевидно, что с увеличением числа опросов каждого элемента блока 1, сигнал на выходе сумматора 2 будет приближаться к напряжению шины 15 и сравняется с ним в последующих кадрах изображения. Привязка сигнала к нулевому уровню напряжения является устранением дрейфа сигнала элементов блока 1. Для обеспечения возможности работы ЦАП 8 в биполярном режиме учитывается инверсное значение старшего разряда реверсивного счетчика 6, выполняющего роль знакового разряда.

Сформированный код компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента блока 1 хранится в ячейках блока 4 оперативной памяти и уточняется в каждом новом периоде формирования кадра с изменением не более чем на единицу младшего разряда при однократном опросе элемента блока 1.

В режиме формирования кода коррекции чувствительности для каждого элемента блока 1 на фотоприемник этого блока подается равномерный поток излучения, причем его величина приходится примерно на середину динамического диапазона по облученности фотоприемника.

В этом режиме реверсивный счетчик 6 по выходу находится в третьем высокоимпедансном состоянии, а блок 4 оперативной памяти работает только в режиме считывания кода компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента блока 1. Считываемый код записывается в ЦАП 8 синхронно со считыванием сигнала с элементов блока 1. Пусть в этом режиме на вход регулируемого усилителя 3 поступает сигнал с выхода сумматора 2, соответствующий первому элементу блока 1. Одновременно с первой ячейки блока 5 оперативной памяти, находящегося в это время в режиме считывания, считывается параллельный код и записывается во внутренний регистр ЦАП 9 и в параллельном виде в реверсивный счетчик 7, который в это время по выходу находится в третьем состоянии. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 9 поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 3, который изменяет свой коэффициент передачи. Выходной сигнал регулируемого усилителя 3 сравнивается на компараторе 11 с опорным напряжением источника 10. Результат сравнения в виде логического нуля или единицы поступает на управляющий вход реверсивного счетчика 7. Пусть коэффициент передачи регулируемого усилителя 3 увеличивается с увеличением управляющего напряжения, тогда, если сигнал с выхода регулируемого усилителя 3 больше опорного напряжения, содержимое реверсивного счетчика 7 уменьшается, если меньше - увеличивается. После этого блок 5 оперативной памяти переводится в режим записи информации, третьей состояние по выходу реверсивного счетчика 7 снимается и его содержимое записывается в первую ячейку. Затем реверсивный счетчик 7 вновь переводится по выходу в третье состояние. Таким образом, содержимое первой ячейки блока 5 оперативной памяти обновляется. При поступлении на вход регулируемого усилителя 3 сигналов, соответствующих другим элементам блока 1, процесс повторяется по описанному выше алгоритму, но при этом обновляется информация в других ячейках блока 5 оперативной памяти.

С увеличением числа опросов каждого элемента блока 1 сигнал на выходе регулируемого усилителя 3 будет приближаться к опорному напряжению источника 10 и сравняется с ним в последующих кадрах изображения. Таким образом, для каждого элемента блока 1 методом последовательных приближений будет сформирован свой код коррекции чувствительности, который хранится в соответствующей ячейке блока 5 оперативной памяти и уточняется в каждом новом периоде формирования кадра с изменением не более чем на единицу младшего разряда при однократном опросе элемента блока 1. В режиме формирования кода компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента блока 1 реверсивный счетчик 7 по выходу находится в третьем состоянии, а блок 5 оперативной памяти работает только в режиме считывания кода коррекции чувствительности.

В режиме коррекции, в течение которого формируется рабочий информационный видеосигнал, реверсивный счетчики 6 и 7 находятся по выходу в третьем состоянии, а с ячеек блоков 4 и 5 оперативной памяти считываются коды и осуществляется их запись во внутренние регистры ЦАП 8 и 9 синхронно со считыванием сигнала с элементов блока 1. Таким образом, для каждого элемента блока 1 будет выставлен свой код компенсации дрейфа сигнала и свой код коррекции чувствительности, что в итоге приводит к компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов фотоприемного устройства. Как видно из описания, разброс параметров элементов, вызванный изменением внешних условий эксплуатации, также компенсируется. Необходимый уровень выходного сигнала фотоприемного устройства может быть установлен путем изменения опорного напряжения источника 10. Очередность режимов работы в течение периода формирования кадра не имеет существенного значения и зависит от построения системы, в которую входит фотоприемное устройство.

Источники информации:
1. Патент США N 3800079, Н 04n5/30, 1974г.

2. Авт.свид.СССР N 907868, Н 04N5/30, 1982г. БИ N 7.

3. Авт.свид.СССР N 1571793, Н 04N5/30, 1990г. БИ N 22-прототип.

Фотоприемное устройство с компенсацией разброса параметров фоточувствительных элементов Изобретение относится к оптической электронике и может быть использовано в телевизионных и тепловизионных системах, измерительных системах, содержащих линейные и матричные фотоприемники. Фотоприемное устройство содержит блок 1 многоэлементного фотоприемника, сумматор 2, выходной (регулируемый) усилитель 3, первый 4 и второй 5 блоки оперативной памяти, первый 6 и второй 7 счетчики импульсов (реверсивные), первый 8 и второй 9 цифро-аналоговые преобразователи, источник 10 опорного напряжения, первый 11 и второй 12 компараторы, синхрогенератор 13, адресный счетчик 14 адреса, нулевую шину 15. В течение периода формирования кадра изображения (периода кадров) существуют три режима работы устройства: режим формирования кода компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента блока 1, режим формирования кода коррекции чувствительности для каждого элемента блока 1 и режим коррекции, при котором по сформированным в предыдущих режимах корректирующим кодам осуществляется компенсация дpейфа сигнала и компенсация pазличий в чувствительности элементов блока 1. Цель изобретения - повышение точности компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов и повышение эффективности функционирования устройства. 1 ил.

Фотоприемное устройство с компенсацией разброса параметров фоточувствительных элементов, содержащее последовательно соединенные блок многоэлементного фотоприемника, синхровход которого соединен с синхрогенератором, сумматор, другой вход которого подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП), выходной усилитель и первый компаратор, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения, счетчик адреса, вход которого подключен к выходу синхрогенератора, первый блок оперативной памяти, отличающийся тем, что в него введены второй блок оперативной памяти, между выходом сумматора и входами первого ЦАП включены последовательно соединенные второй компаратор, к другому входу которого подключена нулевая шина, и первый счетчик импульсов, входы и выходы которого подключены к входам-выходам первого блока оперативной памяти, между выходом первого компаратора и входом управления выходного усилителя включены последовательно соединенные второй счетчик импульсов и второй ЦАП, входы-выходы второго блока оперативной памяти подключены к входам и выходам второго счетчика импульсов, при этом адресные входы первого и второго блоков оперативной памяти подключены к выходам счетчика адреса.