ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ КАНАЛ Российский патент 2010 года по МПК H04N5/33 

Заявляемое изобретение относится к области тепловидения и может быть использовано в тепловизионных приборах на матричных фотоприемных устройствах, предназначенных для наблюдения объектов в инфракрасной области спектра.

Известен тепловизионный канал (см. патент США № US 5118943, кл. G01N 21/88; H04N 5/33, опубл. 02.06.1992), содержащий оптическую систему, в фокальной плоскости которой расположено матричное фотоприемное устройство (МФУ), выходы которого подключены к устройству суммирования аналоговых сигналов с фотоприемника и аналогового корректора неоднородности чувствительности элементов фотоприемника, содержащего цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), затем сигнал с устройства суммирования подается на вход аналогоцифровых преобразователей (АЦП). Цифровой сигнал с АЦП поступает в устройство цифровой обработки сигналов, затем в формирователь телевизионного изображения.

Недостатками данного устройства являются наличие дополнительных помех, вызываемых наличием цифроаналогового преобразователя в аналоговом корректоре неоднородностей чувствительности элементов матричного фотоприемного устройства, отсутствие коррекции дефектных элементов матричного фотоприемного устройства.

Известен тепловизионный канал (Волков В.Г., Ковалев А.В., Федчишин В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения / Специальная техника, 2001, №6, с.16-21), выбранный в качестве прототипа, содержащий инфракрасный объектив, в фокальной плоскости которого расположено матричное фотоприемное устройство, выходы которого через предусилители подключены к соответствующим входам аналогового мультиплексора, выход которого соединен с последовательно включенными аналоговым корректором неоднородности чувствительности элементов МФУ, аналого-цифровым преобразователем, цифровым корректором неоднородности чувствительности элементов МФУ, корректором дефектных элементов МФУ и видеопроцессором, осуществляющим формирование изображения с микропроцессорной обработкой видеосигнала, выход которого подключен к блоку вывода видеосигнала, а также тактовый генератор (блок управления МФУ), выходы которого подключены к управляющим входам МФУ, аналогового корректора неоднородности чувствительности элементов МФУ, аналого-цифрового преобразователя и корректора дефектных элементов МФУ.

Недостатками данного устройства являются длительное время обработки сигналов с МФУ, связанное с последовательным проведением операций аналоговой и цифровой коррекции неоднородности чувствительности элементов, коррекции дефектных элементов МФУ и передачи цифровых данных в видеопроцессор, а также с необходимостью формирования цифрового сигнала для ЦАП аналогового корректора неоднородности чувствительности элементов МФУ, и высокий уровень помех, вызываемых наличием аналогового корректора неоднородностей чувствительности элементов МФУ, поскольку одним из его обязательных элементов является цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение времени обработки сигналов с матричного фотоприемного устройства, т.е. повышение быстродействия тепловизионного канала, и снижение уровня помех, обусловленных наличием аналогового корректора неоднородности чувствительности элементов матричного фотоприемного устройства.

Поставленная задача решается тем, что в тепловизионном канале, содержащем объектив, в фокальной плоскости которого расположено матричное фотоприемное устройство, выходы которого подключены к входам соответствующих предусилителей, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу матричного фотоприемного устройства, видеопроцессор, первый выход которого подключен к блоку вывода видеосигнала, отличающийся тем, что видеопроцессор выполнен с возможностью параллельной обработки цифровой информации в три потока со смещением на один кадр в каждом потоке, входы аналого-цифрового преобразователя подключены к входам соответствующих предусилителей, а выходы к соответствующим входам мультиплексора, выход которого подключен к входу видеопроцессора, при этом управляющий выход видеопроцессора подключен к входу блока управления и управляющему входу мультиплексора.

На фиг.1 представлена блок-схема тепловизионного канала.

На фиг.2 представлена временная диаграмма работы тепловизионного канала.

Тепловизионный канал содержит инфракрасный объектив 1, в фокальной плоскости которого расположено матричное фотоприемное устройство (МФУ) 2, предусилители 3, подключенные входами к выходам МФУ 2, а выходами к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 4, выходы которого подключены к соответствующим входам мультиплексора 5, выход мультиплексора 5 соединен с входом видеопроцессора 6, первый выход которого подключен к блоку вывода видеосигнала 7, управляющий выход видеопроцессора 6 подключен к управляющему входу мультиплексора 5 и входу блока управления 8, выход которого соединен с управляющим входом МФУ 2.

Видеопроцессор 6 выполнен с возможностью параллельной обработки цифровой информации в три потока со смещением на один кадр в каждом потоке, что обеспечивается программными средствами.

Видеопроцессор 6 может быть реализован, например, на базе типового 32-разрядного процессора с тактовой частотой 720 МГц, работающего с числами с фиксированной точкой.

Тепловизионный канал работает следующим образом.

Излучение наблюдаемой сцены с помощью инфракрасного объектива 1 фокусируется на чувствительные элементы МФУ 2. Предварительно в видеопроцессоре 6 с помощью программных средств формируется три независимых параллельных потока приема, обработки и передачи данных, которые тактируются управляющими импульсами с частотой ν, равной частоте вывода кадров блока вывода видеосигнала 7. В каждом потоке прием, или обработка, или передача данных каждого кадра осуществляется за временной промежуток Δt=1/ν. В момент времени t₀ тактирующий управляющий импульс с управляющего выхода видеопроцессора 6 поступает на блок управления 8 МФУ 2 и на управляющий вход мультиплексора 5. В течение временного промежутка I излучение наблюдаемой сцены накапливается на чувствительных элементах МФУ 2, затем в течение временного промежутка II электрические сигналы с МФУ 2 через предусилители 3 и АЦП 4 поступают в мультиплексор 5, с выхода которого видеопроцессор 6 принимает последовательность цифровых сигналов N кадра. В течение временного промежутка III происходит формирование двумерного массива цифровых данных N кадра, а в течение временного промежутка IV происходит передача двумерного массива цифровых данных N кадра во второй поток обработки. По тактирующему импульсу в момент времени t₁ в видеопроцессоре 6 формируется управляющий сигнал, поступающий через блок управления 8 на МФУ 2 для приема N+1 кадра и на управляющий вход мультиплексора 5. С момента времени t₁ во втором потоке за временной промежуток V принимается двумерный массив цифровых данных N кадра, за временной промежуток VI происходит цифровая коррекция двумерного массива цифровых данных N кадра, включающая в себя коррекцию пространственной неравномерности чувствительности элементов МФУ 2 и замену дефектных пикселей (неработающих элементов МФУ 2); формирование стандартного цифрового видеокадра; обработка цифрового видеокадра (яркость, контраст, наложение служебной информации) и т.п. В течение временного промежутка VII происходит передача цифрового N видеокадра в третий поток. По тактирующему импульсу в момент времени t₂ во втором потоке параллельно начинается прием двумерного массива цифровых данных N+1 кадра, а в первом потоке - прием последовательности цифровых сигналов N+2 кадра. В третьем потоке с момента времени t₂ в течение временного промежутка VIII происходит прием N кадра в цифровом видеоформате из второго потока, в течение временного промежутка IX происходит формирование последовательности цифровых данных N видеокадра, в течение временного промежутка X происходит передача последовательности цифровых данных N видеокадра в блок вывода видеосигнала 7. По окончании передачи данных N кадра в блок вывода видеосигнала 7 в момент времени t₃ по тактирующему импульсу в третьем потоке начинается прием N+1 кадра из второго потока, а во втором потоке - прием двумерного массива цифровых данных N+2 кадра из первого потока.

Данный режим работы позволяет обеспечить минимальное время задержки данных с момента накопления сигнала на чувствительных элементах МФУ 2 до окончания передачи последовательности цифровых данных видеокадра (откорректированных по неоднородности чувствительности элементов МФУ и с заменой дефектных пикселей) в блок вывода видеосигнала 7, что позволяет повысить быстродействие тепловизионного канала.

Минимальное количество диалоговых устройств позволяет обеспечить минимальный уровень помех.

Изобретение относится к тепловидению. Техническим результатом является повышение быстродействия тепловизионного канала и снижение уровня помех, обусловленных наличием аналогового корректора неоднородности чувствительности элементов матричного фотоприемного устройства. Результат достигается тем, что тепловизионный канал содержит объектив, в фокальной плоскости которого расположено матричное фотоприемное устройство, выходы которого подключены к входам соответствующих предусилителей, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу матричного фотоприемного устройства, видеопроцессор, первый выход которого подключен к блоку вывода видеосигнала. Видеопроцессор выполнен с возможностью параллельной обработки цифровой информации в три потока со смещением на один кадр в каждом потоке. Входы аналого-цифрового преобразователя подключены к выходам соответствующих предусилителей, а выходы к соответствующим входам мультиплексора, выход которого подключен к входу видеопроцессора. Управляющий выход видеопроцессора подключен к входу блока управления и управляющему входу мультиплексора. За счет выполнения видеопроцессора повышено быстродействие тепловизионного канала. Минимальное количество аналоговых устройств позволяет обеспечить минимальный уровень помех. 2 ил.

Тепловизионный канал, содержащий объектив, в фокальной плоскости которого расположено матричное фотоприемное устройство, выходы которого подключены к входам соответствующих предусилителей, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу матричного фотоприемного устройства, видеопроцессор, первый выход которого подключен к блоку вывода видеосигнала, отличающийся тем, что видеопроцессор выполнен с возможностью параллельной обработки цифровой информации в три потока со смещением на один кадр в каждом потоке, при этом входы аналого-цифрового преобразователя подключены к выходам соответствующих предусилителей, а выходы к соответствующим входам мультиплексора, выход которого подключен к входу видеопроцессора, при этом управляющий выход видеопроцессора подключен к входу блока управления и управляющему входу мультиплексора.