НИЗКОУРОВНЕВАЯ ЦВЕТНАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2001 года по МПК H04N5/228 

Устройство относится к оптико-электронным приборам и, в частности, к системам цветного телевидения.

Как известно, в современных телевизионных системах существуют как минимум две основные проблемы: повышение информативности (качества) изображения и противоположная ей проблема снижения требований к уровню освещенности объекта.

Повышение информативности изображения осуществляется созданием систем цветного изображения. Однако они обладают низкой светочувствительностью и не позволяют вести съемку при уровнях освещенности объектов ниже 1 лк.

Цветные телевизионные системы, спектральные характеристики которых ограничены видимым диапазоном спектра 0,4 - 0,7 мкм, как правило, выполнены трехцветными.

В зависимости от способа передачи информации об исходных цветах во времени различают последовательные и одновременные системы цветного телевидения.

Трехцветная телевизионная система с последовательной передачей цветных полей содержит объектив, оптико-электронный преобразователь, диск с цветными светофильтрами, кинематически связанный с синхронным электродвигателем, электронный коммутатор, синхрогенератор, три отдельных усилительных канала и трехцветную приемную телевизионную систему [1].

Данная система при простоте конструкции создает серьезное искажение цветов из-за трудностей их синхронизации и обладает крайне низкой светочувствительностью.

Более совершенной является система с одновременной передачей цветов.

Современные трехцветные телевизионные системы с одновременной передачей цветов содержат приемную оптику, светоделительную оптику, предназначенную для разделения светового потока на, как правило, три цветовые составляющие - синий, красный и зеленый цвета, образующие в результате цветоделения три самостоятельных оптических канала. Каждый цветовой монохроматический канал оснащен передающей телевизионной трубкой и видеоусилителем. Все три видеоусилители электрически связаны с трехцветным кинескопом [2].

Эта система выбрана в качестве прототипа.

Светочувствительность систем с одновременной передачей цветов более чем на порядок выше, чем в системах с последовательной передачей цветовых полей.

Тем не менее требуемый уровень освещенности объектов для нормальной работы данных систем, обеспечивающих высокую информативность, не должен быть ниже 5 - 10 лк. Ниже этого уровня освещенности объекта получают только черно-белое изображение, что, естественно, резко снижает уровень информативности изображения объекта.

Эта проблема снижения требований к уровню освещенности объектов решается в современных приборах ночного видения с использованием электронно-оптических преобразователей, которые позволяют наблюдать объекты при крайне низких уровнях освещенности, достигающих тясячных и даже десятитысячных долей люкса [3].

Причем для усиления яркости изображения в некоторых случаях используют микроканальные пластины (МКП) [4]. Однако вносимые МКП собственные шумы не позволяют в таких приборах достичь уровней светочувствительности, ограниченных уровнем фона на входе.

Повышение светочувствительности телевизионной системы достигается также за счет расширения спектрального диапазона фотокатода, используемого в ней оптико-электронного преобразователя в инфракрасную область до 1,3 - 1,5 мкм [3].

Но в таком случае система обеспечивает передачу изображения только в черно-белом свете, что также ведет к существенной потере его информативности.

Задача совмещения требования к высокому уровню информативности изображения, т.е. качественному цветному изображению объекта, которое обеспечивается высокой степенью его освещения с требованием к максимально возможному снижению уровня освещенности объекта, как это решается в приборах ночного видения, современными средствами не решена [5].

При понижении освещенности ниже требуемых для цветных систем изображение объекта становится монохроматическим, т.е. черно-белым, что ведет к резкому падению информативности. И, наоборот, повышение информативности изображения объекта требует качественного цветного изображения, что в свою очередь подразумевает высокий уровень освещения объекта.

Задачей настоящего изобретения является создание цветной телевизионной системы, обеспечивающей высокую степень информативности при низких уровнях освещенности объекта.

Эта задача решается тем, что в системе, содержащей приемную фокусирующую оптику, светоделительную оптику, по меньшей мере три монохроматических телевизионных канала синего, красного и зеленого цветов, каждый из которых включает передающую телевизионную трубку и блок обработки и усиления видеосигнала, выходы которых подсоединены к цветному кинескопу, между светоделительной оптикой и передающей телевизионной трубкой размещены в каждом канале электронно-оптический преобразователь и репродукционный объектив.

Другой особенностью настоящего устройства является выполнение установленных в каналах электронно-оптических преобразователей с пороговой чувствительностью, пропорциональной коэффициенту пропускания для соответствующего цвета и обратно пропорциональной квадрату относительного отверстия приемной фокусирующей оптики.

Еще одна особенность заключается в том, что репродукционные объективы в каждом канале выполнены с увеличением, обратно пропорциональным размерам экранов соответствующих электронно-оптических преобразователей и определяющимся соотношением
D_cβ_ос = D_кβ_ок = D_зβ_оз = const,
где D - размер экрана электронно-оптического преобразователя;
β_o- увеличение репродукционного объектива;
с, к, з - соответственно синий, красный и зеленый цвета.

Особенностью является также выполнение приемной фокусирующей оптики в виде телескопической системы, обеспечивающей передачу изображения объекта на светоделительную оптику в параллельном пучке лучей, и светосильных объективов, размещенных между светоделительной оптикой и электронно-оптическим преобразователем в соответствующем канале.

Устройство заявляемой системы поясняется подробным описанием конкретного примера со ссылками на чертеж, на котором изображена принципиальная схема системы.

Низкоуровневая цветная телевизионная система содержит телескопическую систему 1, светоделительное устройство в виде двух интерференционных зеркал 2 и 3, установленных под углом 45^o к оптической оси и под прямым углом друг к другу и служащих для разделения света на три канала, последовательно установленные в каналах синего, красного и зеленого цветов светоделительные объективы 4, электронно-оптические преобразователи 5, система переноса изображения в виде репродукционных объективов 6, передающие телевизионные трубки 7, блоки обработки и усиления видеосигнала 8 и цветной кинескоп 9. Плоские зеркала 10 установлены только в двух каналах и не изменяют спектральные характеристики.

Приемная телескопическая система 1 строит изображение цветного объекта на фотокатодах электронно-оптических преобразователей 5.

При этом светоделительная система, состоящая из двух интерференционных зеркал 2 и 3, разделяет световой поток на три цветовые составляющие - синию, красную и зеленую. Поэтому на экранах электронно-оптических преобразователей 5 изображения монохроматичны. Многократно усиленные (в 10² - 10⁶ раз) изображения с экранов электронно-оптических преобразователей 5 переносятся репродукционными объективами 6 на передающие телевизионные трубки 7. Видеосигналы с передающих телевизионных трубок 7 усиливаются в блоках обработки и усиления видеосигнала 8 и поступают на входы трехцветного кинескопа 9, строящего на своем экране цветное изображение.

Т.к. коэффициенты пропускания светоделительной системы для разных цветов существенно отличаются друг от друга, то при освещенности объекта, достаточной для воспроизведения зеленого цвета, имеющего на светоделительной системе наибольший коэффициент пропускания, порядка 65%, другие цвета не будут воспроизведены и изображение на экране кинескопа 9 будет черно-белым.

Такой же эффект получится и при уровне освещенности объекта, достаточном для воспроизведения красного цвета (~ 25%), но недостаточном для синего цвета, имеющим наименьший коэффициент пропускания на светоделительной системе (~ 10%).

Компенсация разницы в коэффициентах пропускания осуществляется за счет выполнения электронно-оптических преобразователей 5 в каналах синего, красного и зеленого цветов с пороговой чувствительностью, пропорциональной коэффициентам пропускания светоделительной системы для соответствующих цветов. Т. е. фотокатод элекронно-оптического преобразователя для синего цвета обладает максимальной чувствительностью, а для зеленого цвета соответственно минимальной.

Изменение пороговой чувствительности электронно-оптических преобразователей 5 в разных каналах требует соответствующего изменения размеров фотокатодов, а также выравнивания полей зрения и размеров изображения на передающих телевизионных трубках 7.

Выравнивание полей зрения и размеров изображения в каналах осуществляется за счет установки перед электронно-оптическими преобразователями 5 светосильных объективов 4 с фокусным расстоянием f' и перед передающими телевизионными трубками 7 репродукционных объективов 6 с увеличением β_п, характеристики которых определяются соотношением
tg ω = D_фк / f'_k = D_фз/f'_з = D_фс/f'_c
и

где ω- угол поля зрения;
2y - размер изображения на передающей телевизионной трубке;
D_ф - размер фотокатода электронно-оптического преобразователя;
f' - фокусное расстояние светоделительного объектива;
β_э- увеличение электронно-оптического преобразователя;
β_п- увеличение репродукционного объектива;
с, к, з - соответственно синий, красный и зеленый цвета.

Следовательно, за счет изменения величин вышеуказанных характеристик в соответствии с коэффициентами пропускания светоделительной системы осуществляется выравнивание величины сигналов в каждом канале.

Кроме того, использование в качестве светоделительной системы интерференционных зеркал 2, 3 эффективно только в том случае, когда они размещены в параллельном пучке лучей. Поэтому приемная оптическая система, выполненная в виде телескопической системы 1, передает на интерференционные зеркала 2, 3 изображение объекта в параллельном пучке лучей. Причем перфокусировка всех цветовых каналов одновременно на разноудаленные объекты осуществляется изменением расстояния между объективом и окуляром телескопической системы 1.

Данная низкоуровневая цветная телевизионная система выполнена на выпускаемых промышленностью оптико-электронных элементах и позволяет передавать цветное изображение объектов при уровне освещенности ниже 0,1 лк.

Источники информации
1. Колин К.Т. и др., Телевидение, М.: Радио и связь, 1987, с. 120.

2. Колин К.Т. и др., Телевидение, М.: Радио и связь, 1987, с. 122.

3. "Gane's Electro-oрtic sistems", Keith, Atkin, 1998-1999 г., p. 345 - 363.

4. Криксунов Л.З., Справочник по основам инфракрасной техники, М.: Советское Радио, 1978 г. с. 296.

5. Никулин О.Ю., Петрушин А.Н., Системы телевизионного наблюдения, М.: Оберег-РБ, 1997 г., с. 18.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам и, в частности, к системам цветного телевидения. Низкоуровневая цветная телевизионная система содержит приемную телескопическую оптику, светоделительную оптику в виде двух интерференционных зеркал, три телевизионных канала, в каждом из которых размещены электронно-оптический преобразователь и репродукционный объектив, передающая телевизионная трубка, блок обработки и усиления видеосигнала, причем электронно-оптические преобразователи в каждом канале выполнены с пороговой чувствительностью, пропорциональной коэффициенту пропускания для соответствующего цвета и обратно пропорциональной квадрату относительного отверстия приемной фокусирующей оптики. Сигналы с выходов передающих телевизионных трубок всех каналов поступают на кинескоп, строящий на своем экране цветное изображение. Технический результат - повышение светочувствительности телевизионной системы. 1 ил.

1. Низкоуровневая цветная телевизионная система, содержащая приемную фокусирующую оптику, светоделительную оптику, служащую для разделения света на три одноцветных телевизионных канала с передающими телевизионными трубками и блоками обработки и усиления видеосигнала, а также цветной кинескоп, на который поступают видеосигналы передающих телевизионных трубок, усиленные в блоках обработки и усиления видеосигнала, отличающаяся тем, что между светоделительной оптикой и передающей телевизионной трубкой в каждом канале размещено средство для дифференцированного повышения освещенности, выполненное в виде последовательно установленных вдоль оптической оси электронно-оптического преобразователя и системы переноса изображения, причем электронно-оптические преобразователи в каждом канале выполнены с пороговой чувствительностью, пропорциональной коэффициенту пропускания для соответствующего цвета и обратно пропорциональной квадрату относительного отверстия приемной фокусирующей оптики. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что система переноса изображения выполнена в виде репродукционного объектива. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что репродукционный объективы в каждом канале выполнены с увеличением, обратно пропорциональным размерам экранов соответствующих электронно-оптических преобразователей и определяемым соотношением D_cβ_oc= D_cβ_ок= D_зβ_оз= const, где D - размер экрана электронно-оптического преобразователя; β_o- увеличение репродукционного объектива; с, к, з - соответственно синий, красный и зеленый цвет. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что приемная фокусирующая оптика выполнена в виде телескопический системы, обеспечивающей передачу изображения объекта на светоделительную оптику в параллельном пучке лучей, и светоделительных объективов, размещенных между светоделительной оптикой и электронно-оптическим преобразователем в соответствующих каналах.