ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ И/ИЛИ СЛОЖНОЙ ЯРКОСТИ ОБЪЕКТОВ НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H04N5/225 

Предлагаемое изобретение относится к телевизионным системам, работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, когда в поле зрения телевизионной камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионную систему [1, с.54-59], состоящую из последовательно соединенных по композитному видеосигналу телевизионной камеры и компьютера, при этом телевизионная камера содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и датчик телевизионного сигнала на матрице приборов с зарядовой связью (ПЗС) с автоматической регулировкой времени накопления, а установленный в компьютере аппаратный и программный продукт обеспечивают телевизионное фотографирование (запись в режиме «Снимок») и воспроизведение этого видеосигнала.

При эксплуатации телевизионной системы прототипа возможны условия сложного освещения и/или сложной яркости наблюдаемых сюжетов и объектов. При этом сами сюжеты и объекты из-за низкой скорости изменения в поле зрения телевизионной системы освещенности и/или яркости можно рассматривать как статичные.

Примерами таких условий могут служить:

- наблюдение через окно или на фоне открытых дверей, когда нужно одновременно различать объекты на улице и в комнате;

- наблюдение против рассеянного солнечного света;

- наблюдение на фоне бликов, фонарей освещения и прочее.

Недостаток прототипа-искажения в регистрируемых снимках изображений для темных и/или низко освещенных объектов наблюдаемой сцены за счет потери чувствительности фотоприемника на матрице ПЗС.

Задача изобретения - компенсация искажений регистрируемых изображений наблюдаемой сцены сложной освещенности и/или сложной яркости путем организации режима оптимального накопления матрицы ПЗС для двух периодических последовательностей кадров видеосигнала и записи двух последовательных снимков.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемую телевизионную систему, которая состоит из последовательно соединенных по композитному видеосигналу телевизионной камеры и компьютера, причем телевизионная камера содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и датчик телевизионного сигнала с автоматической регулировкой времени накопления, а установленный в компьютере аппаратный и программный продукт обеспечивают запись в режиме «Снимок» и воспроизведение этого видеосигнала, в телевизионную камеру введены RS-триггер и последовательно соединенные селектор синхроимпульсов, счетчик-делитель и блок предустановки и коммутации (БПК), управляющий вход которого соединен с первым управляющим входом датчика телевизионного сигнала и подключен к прямому выходу RS-триггера, тактовый вход которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, вход которого подключен к выходу композитного видеосигнала датчика телевизионного сигнала, второй управляющий вход которого подключен к выходу БПК, при этом «S»-вход RS-триггера является входом «Пуск», а «R»-вход RS-триггера - входом «Стоп» телевизионной камеры, а интервал времени между двумя последовательными снимками устанавливается при настройке приложения компьютера равным полупериоду следования импульсов с выхода счетчика-делителя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая телевизионная система отличается наличием новых блоков, в т.ч.: RS-триггера, селектора синхроимпульсов, счетчика-делителя и блока предустановки и коммутации, а также наличием новых связей между новыми и остальными блоками.

Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.

В предлагаемом решении выполняется запись в компьютер двух последовательных снимков композитного видеосигнала телевизионной камеры, при этом сам видеосигнал подготовлен для съемки и представляет собой две периодические последовательности, следующие с интервалом времени между снимками. Кадровые составляющие каждой последовательности сформированы при двух различных длительностях накопления фотоприемника, которые оптимальны или близки к оптимальным значениям соответственно для светлых и темных деталей передаваемых фрагментов сцены.

По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой телевизионной системы; на фиг.2 приведен пример выполнения электрической схемы блока предустановки и коммутации (БПК); на фиг.3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу телевизионной системы.

Заявляемая телевизионная система (см. фиг.1) состоит из последовательно соединенных по композитному видеосигналу телевизионной камеры 1 и компьютера 2.

Телевизионная камера 1 содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1-1 и датчик 1-2 телевизионного сигнала с автоматической регулировкой времени накопления, а также RS-триггер 1-3 и последовательно соединенные селектор 1-4 синхроимпульсов, счетчик-делитель 1-5 и блок 1-6 предустановки и коммутации (БПК), управляющий вход которого соединен с первым управляющим входом датчика 1-2 телевизионного сигнала и подключен к прямому выходу RS-триггера 1-3, тактовый вход которого подключен к выходу селектора 1-4 синхроимпульсов, вход которого подключен к выходу композитного видеосигнала датчика 1-2 телевизионного сигнала, второй управляющий вход которого подключен к выходу БПК 1-6, при этом «S»-вход RS-триггера 1-3 является входом «Пуск», а «R»-вход RS-триггера 1-3 - входом «Стоп» телевизионной камеры 1.

Управляющие импульсы на входы «S» и «R» RS-триггера 1-3 могут быть поданы от компьютера 2 через блок 1-7 сопряжения интерфейса (RS-232 или RS-485), установленный в телевизионной камере 1 (см. фиг.1).

В качестве датчика 1-2 может быть использована предлагаемая российской фирмой «ЭВС» (г.Санкт-Петербург) бескорпусная камера VSI-746 [2], которая выполнена на основе матрицы ПЗС с числом элементов 582×752 и размером мишени по диагонали Ѕ дюйма.

Особенностью датчика 1-2 в заявляемом решении является наличие первого и второго управляющих входов.

Для прибора VSI-746 первым управляющим входом является вывод 20 микросхемы CXD2463R. Если необходимо включить автоматическую регулировку времени накопления (АРВН), нужно подать на этот вывод логический «0», для переключения в режим ручного управления - логическую «1» в уровнях ТТЛ.

Второй управляющий вход прибора VSI-746 образуют выводы 11, 12, 13 микросхемы CXD2463R. Для работы в режиме АРВН эти выводы должны «висеть в воздухе», т.к. на них с помощью высокоомных резистивных делителей поданы соответствующие потенциалы в диапазоне 1,3-3,5 вольт. Если необходимо переключение восьми значений фиксированных экспозиций в диапазоне от 10 мкс до 10 мс, то на них должны быть поданы кодовые комбинации из нулей («0») и единиц («1»), указанные в приведенной ниже таблице.

В настоящем решении используются две кодовые комбинации: «000», соответствующая минимальному времени накопления фотоприемника, равному 10 мкс, и «111» - максимальному времени в 10000 мкс. Предустановка этих кодов предусмотрена в блоке БПК 1-6 телевизионной камеры.

Номер вывода Время экспозиции (накопления) фотоприемника, мкс 10,0 100,0 200,0 500,0 1000,0 2000,0 4000,0 10000,0 Кодовая комбинация 11 0 1 0 1 0 1 0 1 13 0 0 1 1 0 0 1 1 12 0 0 0 0 1 1 1 1

Возможная электрическая схема этого блока (см. фиг.2) содержит первый элемент И 1-6-1, второй элемент И 1-6-2, третий элемент И 1-6-3, а также первый коммутатор 1-6-4, второй коммутатор 1-6-5 и третий коммутатор 1-6-6, при этом первые входы элементов И соединены между собой и подключены к выходу счетчика-делителя 1-5, вторые входы элементов И - к логической «1», а выходы элементов И - соответственно к управляющим входам первого 1-6-4, второго 1-6-5 и третьего 1-6-6 коммутаторов, входы разрешения коммутаторов соединены между собой и подключены к выходу RS-триггера 1-3, а выходы коммутаторов являются выходом БПК 1-6.

При подаче высокого логического уровня сигнала на входы разрешения коммутаторов 1-6-4, 1-6-5, 1-6-6 и высокого логического уровня сигнала на первые входы элементов И 1-6-1, 1-6-2, 1-6-3 на выходе БПК 1-6 формируется логическая комбинация «111». Когда на первые входы элементов И 1-6-1, 1-6-2, 1-6-3 будет подан логический «0», на выходе БПК 1-6 установится логическая комбинация «000». Если на входы разрешения коммутаторов 1-6-4, 1-6-5, 1-6-6 будет подан низкий логический уровень, тогда, независимо от состояния на входах элементов И 1-6-1, 1-6-2, 1-6-3, выходы коммутаторов будут изолированы от входов.

Селектор 1-4 синхроимпульсов предназначен для выделения из композитного видеосигнала на входе кадрового синхронизирующего импульса (КСИ). В качестве блока 1-4 может быть использована широко распространенная на российском рынке комплектации микросхема TDA4820T.

Счетчик-делитель 1-5 предназначен для выполнения деления частоты КСИ с 50 Гц до частоты (1-0,1) Гц. Период выходных импульсов Т_д блока 1-5: Т_д=n×Т_к, где Т_к - период следования КСИ, n - коэффициент деления. Выполнение блока 1-5 известно, см., например, [3, с.174]. RS-триггер 1-3 является тактируемым триггерным устройством RS-типа с высоким активным уровнем на входах управления.

Телевизионная система (см. фиг.1) работает следующим образом. В поле зрения телевизионной камеры 1 могут одновременно находиться сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости в статичном состоянии.

Композитный видеосигнал телевизионной камеры записывается в режиме «Снимок» в компьютер 2 и воспроизводится на экране его монитора.

Автоматическая регулировка времени накопления (АРВН) фотоприемника в датчике 1-2 телевизионного сигнала установит по сильно освещенному или яркому сюжету величину текущей экспозиции. Для передаваемых в одном телевизионном поле темных и низко освещенных деталей сцены это время экспонирования приведет к реальной потере чувствительности телевизионной камеры 1 и искажениям соответствующих фрагментов изображения регистрируемого в компьютере 2 снимка записи.

Селектор 1-4 синхроимпульсов выделяет на выходе кадровые синхроимпульсы (см. фиг.3 а), а на выходе счетчика-делителя 1-5 - импульсы с периодом Т_д (см. фиг.3б).

Пусть на вход «Пуск» телевизионной камеры 1 подается импульс положительной полярности. В момент совпадения на «S»-входе RS-триггера 1-3 высокого уровня этого импульса с высоким уровнем кадровых синхроимпульсов на его тактовом входе состояние триггера изменяется. На прямом выходе триггера 1-3 устанавливается сигнал логической «1». Последний подается на управляющий вход блока 1-6 и на первый управляющий вход датчика 1-2. Поэтому схема АРВН в датчике 1-2 отключается, а его второй управляющий вход оказывается подключенным к выходу блока 1-6.

Отметим, что независимо от этой коммутации селектор 1-4 синхроимпульсов продолжает выделять на выходе кадровые синхроимпульсы, а на выходе счетчика-делителя 1-5 формируются импульсы с периодом Т_д.

При подключении второго управляющего входа датчика 1-2 к выходу блока 1-6 на этом входе на время действия низкого уровня меандра импульсов с выхода блока 1-5 устанавливается логическая комбинация «000», обеспечивающая длительность кадрового накопления зарядов в фотоприемнике, равной 10 мкс (см. таблицу). Когда же с выхода блока 1-5 будет подан высокий уровень меандра импульсов, тогда на это время на втором управляющем входе датчика 1-2 установится логическая комбинация «111», гарантирующая время накопления матрицы ПЗС 10000 мкс (см. таблицу).

Оператор на экране монитора компьютера 2 наблюдает два изображения, сменяющиеся с интервалом Т_д/2. Одно из них соответствует последовательности кадров, сформированных телевизионной камерой 1 при времени накопления 10 мкс, другое - последовательности кадров при времени накопления 10000 мкс, как показано на временной диаграмме, изображенной на фиг.3в.

Выбрав в компьютерной программе закладку «Снимки» и задав интервал времени между двумя последовательными снимками, равным Т_д/2, оператор далее выполняет запись двух снимков и их сохранение в папке компьютерной памяти.

На снимке 1 яркие и светлые детали передаются видеосигналом, как и в прототипе, без ограничения в белом. На снимке 2 эти фрагменты видеосигнала ограничены в белом, зато фрагменты видеосигнала, передающие темные и низко освещенные детали сцены, приобретают большее отношение сигнал/шум благодаря пропорциональному увеличению времени накопления. Поэтому в отличие от прототипа во втором снимке обеспечивается компенсация искажений сигнала изображения для темных и низко освещенных деталей сцены.

По видеосигналам записи первого и второго снимков в компьютере может быть сформирован сигнал комбинированного изображения.

При необходимости возвращения телевизионной системы в режим работы прототипа следует подать импульс положительной полярности на вход «Стоп». В момент совпадения на «R»-входе RS-триггера 1-3 высокого уровня этого импульса с высоким уровнем тактовых импульсов (КСИ) состояние триггера изменяется. На прямом выходе RS-триггера 1-3 установится сигнал логического «0», а в датчике 1-2 будет восстановлено функционирование схемы АРВН.

В настоящее время все блоки предлагаемого решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Березин В.В., Умбиталиев А.А., Фахми Ш.С., Цыцулин А.К., Шипилов Н.Н. Твердотельная революция в телевидении: Телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле. - М.: «Радио и связь», 2006.

2. Телевизионные камеры фирмы «ЭВС», каталог, 2005 г.

3. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1988 г.

Изобретение относится к телевизионным системам, работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, когда в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости. Техническим результатом является компенсация искажений регистрируемых изображений наблюдаемой сцены сложной освещенности и/или сложной яркости путем организации режима оптимального накопления матрицы ПЗС для двух периодических последовательностей кадров видеосигнала и записи двух последовательных снимков. Технический результат достигается тем, что в телекамеру системы введены RS-триггер и последовательно соединенные селектор синхроимпульсов, счетчик-делитель и блок предустановки и коммутации, при этом интервал времени между двумя последовательными снимками устанавливается при настройке приложения компьютера равным полупериоду следования импульсов с выхода счетчика-делителя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Телевизионная система для регистрации изображений в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов наблюдения, состоящая из последовательно соединенных по композитному видеосигналу телевизионной камеры и компьютера, причем телевизионная камера содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и датчик телевизионного сигнала с автоматической регулировкой времени накопления, а установленный в компьютере аппаратный и программный продукт обеспечивают запись в режиме «Снимок» и воспроизведение этого видеосигнала, отличающаяся тем, что в телевизионную камеру введены RS-триггер и последовательно соединенные селектор синхроимпульсов, счетчик-делитель и блок предустановки и коммутации (БПК), управляющий вход которого соединен с первым управляющим входом датчика телевизионного сигнала и подключен к прямому выходу RS-триггера, тактовый вход которого подключен к выходу селектора синхроимпульсов, вход которого подключен к выходу композитного видеосигнала датчика телевизионного сигнала, второй управляющий вход которого подключен к выходу БПК, при этом S-вход RS-триггера является входом «Пуск», a R-вход RS-триггера - входом «Стоп» телевизионной камеры, при этом интервал времени между двумя последовательными снимками устанавливается при настройке приложения компьютера равным полупериоду следования импульсов с выхода счетчика-делителя.

2. Телевизионная система по п.1, отличающаяся тем, что управляющие импульсы на входы S и R RS-триггера подаются от компьютера через блок сопряжения интерфейса, установленный в телевизионной камере.

3. Телевизионная система по п.1, отличающаяся тем, что по видеосигналам записанных снимков в компьютере выполняется формирование комбинированного сигнала изображения.