СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ РАЗБРОСА ПАРАМЕТРОВ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ФОТОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1998 года по МПК H04N5/222 H04N5/30 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может использоваться в телевизионных и тепловизионных системах, измерительных системах, содержащих линейные и матричные фотоприемники, фотоприемные устройства.

Известен способ компенсации различий в чувствительности элементов матрицы фотоприемников из описания изобретений [1], включающий формирование за счет аналого-цифрового преобразования сигнала и запись в организуемую память коэффициентов, характеризующих чувствительность каждого элемента матрицы. Во время формирования видеосигнала по сформированным в предыдущем режиме коэффициента осуществляется компенсация различий в чувствительности элементов матрицы фотоприемников.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов многоэлементного приемника, известный из описания изобретения [2], включающий формирование кода сигнала коррекции чувствительности за время, равное "n" кадрам, где "n" - разрядность кода сигнал коррекции, и запись сформированного кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства в организуемую память. Во время формирования видеосигнала с помощью сформированных в предыдущем режиме кодов осуществляется компенсация разброса параметров фоточувствительных элементов многоэлементного приемника.

Недостатком приведенных выше способов является то, что они не обеспечивают достаточно высокой скорости формирования видеосигнала, т.е. не обладают высоким быстродействием. Это вызвано тем, что максимальная тактовая частота считывания сигнала с элементов приемника выбирается, исходя из возможности функционирования устройств, реализованных по рассматриваемым способам, в режимах формирования корректирующих кодов. В этих режимах максимальная тактовая частота ограничивается скоростными возможностями аналого-цифрового метода формирования корректирующих кодов при условии выбора достаточно быстродействующего многоэлементного приемника. Недостатком также является отсутствие компенсации дрейфа сигнала (фонового сигнала) для каждого чувствительного элемента, что снижает точность компенсации разброса параметров.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности процесса компенсации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов фотоприемного устройства, заключающемуся в формировании кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства, во время которого на него подают равномерный поток излучения, считывают с помощью синхросигнала эталонный сигнал с элементов фотоприемного устройства синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек организуемой первой цифровой оперативной памяти и по заданному адресу - код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти, и в формировании видеосигнала, во время которого считывают с помощью синхросигнала видеосигнал с элементов фотоприемного устройства синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек первой памяти и по заданному адресу - код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти, в отличие от прототипа дополнительно формируют код сигнала компенсации дрейфа для каждого элемента фотоприемного устройства, во время которого на него подают равномерный поток излучения, задающий уровень черного, или затемняют его, с помощью синхросигнала считывают сигнал дрейфа с элементов фотоприемного устройства синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек организуемой второй цифровой оперативной памяти, предварительно обрабатывают сигнал дрейфа элемента фотоприемного устройства, считывают по заданному адресу код сигнала компенсации дрейфа из второй памяти, запоминают его и, преобразовав в аналоговое напряжение, суммируют с предварительно обработанным сигналом дрейфа соответствующего элемента фотоприемного устройства, просуммированный сигнал используют для сравнения с напряжением, соответствующим уровню черного, по результату сравнения изменяют запомненный код сигнала компенсации дрейфа на единицу младшего разряда и записывают его в ту ячейку второй памяти, из которой он был считан, во время формирования кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства при считывании эталонного сигнала с элементов фотоприемого устройства дополнительно осуществляют последовательную выборку адреса ячеек второй цифровой оперативной памяти синхронно со считыванием эталонного сигнала с элементов фотоприемного устройства, предварительно обрабатывают эталонный сигнал элемента фотоприемного устройства, считывают по заданному адресу код сигнала компенсации дрейфа из второй памяти и, преобразовав в аналоговое напряжение, суммируют с предварительно обработанным эталонным сигналом соответствующего элемента фотоприемного устройства, одновременно со считыванием кода сигнала компенсации дрейфа считывают по тому же адресу код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти, запоминают этот код и с его помощью изменяют по амплитуде просуммированный сигнал, который используют для сравнения с опорным напряжением, по результату сравнения изменяют запомненный код сигнала коррекции чувствительности на единицу младшего разряда и записывают его в ту ячейку первой памяти, из которой он был считан, при этом осуществляют циклическое повторение формирования кода сигнала компенсации дрейфа и кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства, а во время формирования видеосигнала считывание видеосигнала с элементов фотоприемного устройства осуществляют синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек первой и второй памяти, предварительно обрабатывают видеосигнал элемента фотоприемного устройства, считывают по заданному адресу код сигнала компенсации дрейфа из второй памяти и, преобразовав в аналоговое напряжение, суммируют с предварительно обработанным видеосигналом соответствующего элемента фотоприемного устройства, одновременно со считыванием кода сигнала компенсации дрейфа считывают по тому же адресу код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти и с его помощью изменяют по амплитуде просуммированный сигнал, при этом устанавливают тактовую частоту считывания синхросигнала с элементов фотоприемного устройства выше, чем во время формирования кода сигнала компенсации дрейфа и кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства.

На чертеже представлен возможный вариант структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит многоэлементный фотоприемник 1, устройство 2 предварительной обработки сигнала, сумматор 3, регулируемый усилитель 4 (регулируется коэффициент передачи), блоки 5, 6 оперативной памяти, первый 7 и второй 8 реверсивные счетчики, имеющие по выходу третье, высокоимпедансное состояние, первый 9 и второй 10 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), источник 11 опорного напряжения, первый 12 и второй 13 компараторы, синхрогенератор 14, адресный счетчик 15, 16 - шина уровня черного (привязки).

Способ компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов фотоприемного устройства осуществляется следующим образом. В течение периода формирования кадра изображения (периода кадров) существуют при режима работы устройства: режим формирования кода сигнала компенсации дрейфа сигнала (фонового сигнала) для каждого элемента приемника, режим формирования кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента приемника и режим коррекции, в течение которого формируется рабочий информационный видеосигнал. Если дрейф сигнала и чувствительность приемника изменяются с течением времени под действием внешних условий не столь быстро, упомянутые выше два первых режима могут существовать не в каждом периоде кадров. В любом режиме работы под воздействием тактовых импульсов синхрогенератора 14 и с помощью адресного счетчика 15 осуществляется последовательная выборка адреса ячеек блоков 5, 6 оперативной памяти синхронно со считыванием сигнала с элементов приемника 1. Для каждого элемента приемника 1 имеется одна ячейка памяти в блоке 5 для хранения кода сигнала компенсации дрейфа сигнала, одна ячейка памяти в блоке 6 для хранения кода сигнала коррекции чувствительности. После подачи питания устройство в ячейках памяти блоков 5, 6 окажутся случайные значения кодов или средние значения кодов при наличии режима предварительной установки. Формирование кодов для каждого элемента приемника 1 осуществляется методом последовательных приближений. В зависимости от типа приемника 1 и предназначения системы, в которую входит рассматриваемое устройство, устройство 2 предварительной обработки сигнала может выполнять функции усиления, интегрирования, фильтрации, выборки (и т.д.) сигнала приемника 1.

Рассмотрим режим формирования кода сигнала компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента приемника 1, при котором приемник 1 или затемняется, или на него падает слабый равномерный поток излучения, задающий уровень черного в устройстве. Возможны и другие пути формирования дрейфа нуля элементов приемника 1. Пусть в этом режиме на первый вход сумматора 3 поступает сигнал с выхода устройства 2 предварительной обработки сигнала, соответствующий первому элементу приемника 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, высокоимпедансном состоянии. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 9 поступает на второй вход сумматора 3, выходной сигнал которого используется для сравнения на компараторе 12 с напряжением шины 16, соответствующим уровню черного (привязки). Результат сравнения в виде логического нуля или единицы поступает на управляющий вход реверсивного счетчика 7, причем если сигнал с выхода сумматора 3 (его амплитудное значение, замеренное в определенной полосе частот, или его среднее значение и т.п.) больше напряжения шины 16, содержимое реверсивного счетчика уменьшается, если меньше - увеличивается. После этого блок 5 оперативной памяти переводится в режим записи информации, третье, высокоимпедансное состояние по выходу реверсивного счетчика 7 снижается 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 первый вход сумматора 3 сигналов, соответствующих другим элементам приемника 1, процесс повторяется по описанному выше алгоритму, но при этом обновляется информация в других ячейках блока 5 оперативной памяти.

Очевидно, что с увеличением числа опросов каждого элемента приемника 1 сигнал на выходе сумматора 3 будет приближаться к напряжению шины 16 и сравнивается с ним в последующих кадрах изображения. Привязка сигнала к уровню напряжения шины 16 является устранением дрейфа сигнала (фонового сигнала) элементов приемника. Для обеспечения возможности работы ЦАП 9 биполярном режиме учитывается инверсное значение старшего разряда реверсивного счетчика 7, выполняющего роль знакового разряда.

Сформированный код сигнала компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента приемника 1 хранится в ячейках блока 5 оперативной памяти и уточняется в каждом новом периоде формирования кадра (или не столь часто, а через некоторое время) с изменением не более, чем на единицу младшего разряда при однократном опросе элемент приемника.

В режиме формирования кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента приемника 1 на последний подается равномерный поток излучения, который по величине превышает поток, подающийся на приемник в предыдущем режиме. В рассматриваемом режиме реверсивный счетчик 7 по выходу находится в третьем состоянии, а блок 5 оперативной памяти работает только в режиме считывания кода компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента приемника 1. Считываемый код записывается в ЦАП 9 синхронно со считыванием сигнала с элементов приемника 1. Пусть в этом режиме на вход регулируемого усилителя 4 поступает сигнал с выхода сумматора 3, соответствующий первому элементу приемника 1. Одновременно с первой ячейки блока 6 оперативной памяти, находящегося в это время в режиме считывания, считывается параллельный код и записывается во внутренний регистр ЦАП 10 и в параллельном виде - в реверсивный счетчик 8, который в это время по выходу находится в третьем состоянии. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 10 поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 4, который под действием управляющего сигнала изменяет свой коэффициент передачи. Выходной сигнал регулируемого усилителя 4 используется для сравнения на компараторе 13 с опорным напряжением источника 11. Результат сравнения в виде логического нуля или единицы поступает ев управляющий вход реверсивного счетчика 8. Пусть коэффициент передачи регулируемого усилителя 4 увеличивается с увеличением управляющего напряжения, тогда если сигнал с выхода регулируемого усилителя 4 ( его амплитудное значение, замеренное в определенной полосе частот, или его среднее значение и т.п.) больше опорного напряжения, содержимое реверсивного счетчика 8 уменьшается, если меньше - увеличивается, после этого блок 6 оперативной памяти переводится в режим записи информации, третье состояние по выходу реверсивного счетчика 8 снимается и его содержимое записывается в первую ячейку. Затем реверсивный счетчик 8 вновь переводится по выходу в третье состояние. Таким образом, содержимое левой ячейки блока 6 оперативной памяти обновляется. При поступлении на вход регулируемого усилителя 4 сигналов, соответствующих другим элементам приемника 1, процесс повторяется по описанному выше алгоритму, но при этом обновляется информация в других ячейках блока 6 оперативной памяти. С увеличением числа опросов каждого элемента приемника 1 сигнал на выходе регулируемого усилителя 4 будет приближаться к опорному напряжению источника 11 и сравняется с ним в последующих кадрах изображения. Таким образом, для каждого элемента приемника 1 методом последовательных приближений будет сформирован свой код сигнала коррекции чувствительности, который хранится в соответствующей ячейке блока 6 оперативной памяти и уточняется в каждом новом периоде формирования кадра (или не столь часто, а через некоторое время) с изменением не более, чем на единицу младшего разряда при однократном опросе элемента приемника. В режиме формирования кода сигнала компенсации дрейфа сигнала для каждого элемента приемника 1 реверсивный счетчик 8 по выходу находится в третьем состоянии, а блок 6 оперативной памяти работает только в режиме считывания кода сигнала коррекции чувствительности.

Во время формирования корректирующих кодов в описанных выше двух режимах минимальный период тактовых импульсов синхрогенератора 14 может быть приближенно определен суммой следующих составляющих: время считывания кода из блока памяти 5 (6), время установления ЦАП 9 (10), время установления сумматора 3 (регулируемого усилителя 4), время задержки компаратора 12 (13), время, необходимое для изменения содержимого счетчика 7 (8) на единицу младшего разряда, время записи кода в блок памяти 5 (6).

В режиме коррекции, в течение которого формируется рабочий информационный видеосигнал, реверсивные счетчики 7, 8 находятся по выходу в третьем состоянии, а с ячеек блоков 5, 6 оперативной памяти считываются коды и осуществляется их запись во внутренние регистры ЦАП 9, 10 синхронно со считыванием сигнал с элементов приемника 1. Таким образом, для каждого элемента приемника будет выставлен свой код сигнала компенсации дрейфа сигнала и свой код сигнала коррекции чувствительности, что в итоге приводит к компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов приемника 1. В этом режиме для повышения быстродействия процесса компенсации синхрогенератор 14 генерирует частоту большую, чем в режимах формирования корректирующих кодов. Это возможно в связи с тем, что в этом режиме минимальный период тактовых импульсов синхрогенератора 14 может быть установлен меньше, так как он приближенно определяется суммой меньшего числа составляющих: время считывания кода из блока памяти 5 (6), время установления ЦАП 9 (0), время установления сумматора 3 (регулируемого усилителя 4).

Как видно из описания заявляемого способа, разброс параметров элементов, вызванных изменением внешних условий эксплуатации, также компенсируется. Необходимый уровень выходного сигнала устройства, реализованного по предложенному способу, может быть установлен путем изменения опорного напряжения источника 11. Очередность режимов работы в течение периода формирования кадра не имеет существенного значения и зависит от построения системы, в которую входит устройство, реализованное по предложенному способу.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 907868, кл. H 04 N 5/30, H 04 N 5/20, 1982, БИ N 7.

2. Авт. св. СССР N 1571793, H 04 N 5/30, H 04 N 5/20, 1990, БИ N 22.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может использоваться в телевизионных и тепловизионных системах, измерительных системах, содержащих линейные и матричные фотоприемники, фотоприемные устройства (ФПУ). Согласно предложенному способу для каждого чувствительного элемента ФПУ имеется одна ячейка в первой оперативной памяти для хранения кода сигнала коррекции чувствительности, одна ячейка во второй оперативной памяти для хранения кода сигнала компенсации дрейфа (фонового сигнала). Каждый раз во время формирования кода сигнала компенсации дрейфа для каждого элемента ФПУ и во время формирования кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента ФПУ информация, содержащаяся в первой и второй оперативных памятях, обновляется, а во время формирования видеосигнала эта информация используется. Формирование корректирующих кодов осуществляется аналого-цифровым методом последовательных приближений, а формирование видеосигнала - в аналоговой форме с использованием операций суммирования и усиления. Изобретение позволяет повысить быстродействие и точность процесса компенсации путем установки тактовой частоты считывания сигнала с элементов ФПУ во время формирования видеосигнала выше, чем во время формирования кода компенсации дрейфа сигнала и кода коррекции чувствительности для каждого элемента ФПУ и путем компенсации дрейфа сигнала (фонового сигнала) для каждого элемента ФПУ. 1 ил.

Способ компенсации разброса параметров фоточувствительных элементов фотоприемного устройства, заключающийся в формировании кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства, во время которого на него подают равномерный поток излучения, считывают с помощью синхросигнала эталонный сигнал с элементов фотоприемного устройства синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек организуемой первой цифровой оперативной памяти и по заданному адресу код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти, и в формировании видеосигнала, во время которого считывают с помощью синхросигнала видеосигнал с элементов фотоприемного устройства синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек первой памяти и по заданному адресу код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти, отличающийся тем, что дополнительно формируют код сигнала компенсации дрейфа для каждого элемента фотоприемного устройства, во время которого на него подают равномерный поток излучения, задающий уровень черного, или затемняют его, с помощью синхросигнала считывают сигнал дрейфа с элементов фотоприемного устройства синхронно с последовательной выборкой адреса ячеек организуемой второй цифровой оперативной памяти, предварительно обрабатывают сигнал дрейфа элемента фотоприемного устройства, считывают по заданному адресу код сигнала компенсации дрейфа из второй памяти, запоминают его и, преобразовав в аналоговое напряжение, суммируют с предварительно обработанным сигналом дрейфа соответствующего элемента фотоприемного устройства, просуммированный сигнал используют для сравнения с напряжением, соответствующим уровню черного, по результату сравнения изменяют запомненный код сигнала компенсации дрейфа на единицу младшего разряда и записывают его в ту ячейку второй памяти, из которой он был считан, во время формирования кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства при считывании эталонного сигнала с элементов фотоприемного устройства дополнительно осуществляют последовательную выборку адреса ячеек второй цифровой оперативной памяти синхронно со считыванием эталонного сигнала с элементов фотоприемного устройства, предварительно обрабатывают эталонный сигнал элемента фотоприемного устройства, считывают по заданному адресу код сигнала компенсации дрейфа из второй памяти и, преобразовав в аналоговое напряжение, суммируют с предварительно обработанным эталонным сигналом соответствующего элемента фотоприемного устройства, одновременно со считыванием кода сигнала компенсации дрейфа считывают по тому же адресу код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти, запоминают этот код и с его помощью изменяют по амплитуде просуммированный сигнал, который используют для сравнения с опорным напряжением, по результату сравнения изменяют запомненный код сигнала коррекции чувствительности на единицу младшего разряда и записывают его в ту ячейку первой памяти, из которой он был считан, при этом осуществляют циклическое повторение формирования кода сигнала компенсации дрейфа и кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства, а во время формирования видеосигнала считывание видеосигнала с элементов фотоприемного устройства осуществляют синхронного с последовательной выборкой адреса ячеек первой и второй памяти, предварительно обрабатывают видеосигнал элемента фотоприемного устройства, считывают по заданному адресу код сигнала компенсации дрейфа из второй памяти и, преобразовав в аналоговое напряжение, суммируют с предварительно обработанным видеосигналом соответствующего элемента фотоприемного устройства, одновременно со считыванием кода сигнала компенсации дрейфа считывают по тому же адресу код сигнала коррекции чувствительности из первой памяти и с его помощью изменяют по амплитуде просуммированный сигнал, при этом устанавливают тактовую частоту считывания синхросигнала с элементов фотоприемного устройства выше, чем во время формирования кода сигнала компенсации дрейфа и кода сигнала коррекции чувствительности для каждого элемента фотоприемного устройства.