ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H04N5/00 

Предлагаемое изобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении телевизионных устройств, выполненных на базе фотоприемника в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), для обнаружения находящихся в ее поле зрения подвижных объектов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионный способ обнаружения подвижных объектов [1], заключающийся в том, что световой поток от контролируемой сцены проецируют на мишень матрицы ПЗС, последовательно накапливают на мишени матрицы ПЗС информационные заряды телевизионных кадров в течение временного промежутка, не превышающего период вещательного полукадра Т_к, переносят накопленные заряды смежных кадров раздельно в две секции памяти матрицы ПЗС, параллельно переносят из секций памяти матрицы ПЗС хранящиеся там заряды смежных кадров построчно в два горизонтальных выходных регистра фотоприемника, поэлементно считывают в каждом из двух выходных регистров заряды строк смежных кадров с реализацией на каждом из двух выходов матрицы ПЗС для каждого элемента преобразования «заряд - напряжение», формируют из видеосигналов смежных кадров видеосигнал межкадровой разности, выполняют сравнение сигнала межкадровой разности с пороговым напряжением, регистрируя превышение порога сигналом межкадровой разности как событие, эквивалентное обнаружению подвижного объекта в поле зрения фотоприемника.

Прототип работает с циклом накопления, соответствующим периоду вещательного полукадра Т_к (20 мс). Поэтому в условиях низкой освещенности фона и низкого контраста объекта-нарушителя относительно фона возможны пропуски видеосигнала межкадровой разности из-за ограниченной чувствительности данного технического решения.

Задача изобретения - повышение чувствительности путем автоматического выбора времени накопления сравниваемых кадров в зависимости от фоновой освещенности контролируемой сцены.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом телевизионном способе обнаружения подвижных объектов, заключающемся в том, что световой поток от контролируемой сцены проецируют на мишень матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), последовательно накапливают на мишени матрицы ПЗС информационные заряды телевизионных кадров, переносят накопленные заряды каждого из смежных кадров раздельно в две секции памяти матрицы ПЗС, параллельно переносят из секций памяти матрицы ПЗС хранящиеся там заряды смежных кадров построчно в два горизонтальных выходных регистра фотоприемника, поэлементно считывают в каждом из двух выходных регистров заряды строк смежных кадров с реализацией на каждом из двух выходов матрицы ПЗС для каждого элемента преобразования «заряд - напряжение», формируют из видеосигналов смежных кадров видеосигнал межкадровой разности, выполняют сравнение сигнала межкадровой разности с пороговым напряжением, регистрируя превышение порога сигналом межкадровой разности как событие, эквивалентное обнаружению подвижного объекта в поле зрения фотоприемника, согласно предлагаемому изобретению выполняют накопление информационных зарядов соседних кадров в фотоприемнике последовательно в течение одного и того же временного интервала, превышающего длительность вещательного телевизионного полукадра Т_к, а в процессе накопления информационных зарядов первого из соседних кадров осуществляют с периодом Т_к, в интервале его последней строки, неразрушающее измерение уровня формируемого зарядового рельефа путем выполнения безразверточного преобразования «заряд-напряжение», выполняют детектирование напряжения видеосигнала и сравнение его величины с пороговым напряжением по критерию заранее выбранного отношения сигнал/шум, при этом процесс накопления первого кадра продолжают, когда текущий результат сравнения меньше порога, или завершают, если текущий результат сравнения равен порогу или его превышает.

Термин «безразверточное» преобразование «заряд-напряжение» предложен авторами [2, с.96] и означает, что съем зарядового сигнала изображения может быть реализован без соблюдения основного правила твердотельной развертки, т.е. не прибегая к съему видеосигнала в результате поэлементного преобразования «заряд-напряжение», выполняемого на выходе горизонтального регистра матрицы ПЗС и привязанного к координате конкретного пиксела фотоприемника.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемый способ отличается наличием новых признаков, а именно наличием следующих действий:

- реализацией в матрице ПЗС «длинного» накопления информационных зарядов соседних кадров с автоматической установкой одинаковой длительности экспозиции в зависимости от фоновой освещенности контролируемой сцены;

- выполнением процесса накопления первого из соседних кадров отдельными «порциями» длительностью Т_к;

- неразрушающим по характеру измерением уровня зарядового рельефа на мишени фотоприемника после каждой «порции» накопления.

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

Прототип устройства предлагаемого изобретения [1] содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и мишень матрицы ПЗС, состоящей из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления (мишени), первой секции памяти, первого выходного регистра, первого блока преобразования «заряд-напряжение» (БПЗН), разделительного электрода, второй секции памяти и второго БПЗН, причем управляющие входы секции накопления, первой и второй секций памяти, разделительного электрода, первого и второго выходных регистров матрицы ПЗС соединены с соответствующими выходами генератора управляющих напряжений, состоящего из последовательно соединенных синхронизатора и комплекта преобразователей уровня (комплекта ПУ), состоящего из отдельных ПУ для каждого из массивов матрицы ПЗС, при этом выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второго БПЗН - через второй видеоусилитель ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с компаратором, второй вход которого является входом порогового напряжения, а выход подключен к формирователю сигнала тревоги.

Поставленная задача в заявляемом телевизионном устройстве для обнаружения подвижных объектов, предназначенном для осуществления заявленного способа, решается тем, что в устройство прототипа, содержащее последовательно расположенные объектив и трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, первой секции памяти, первого выходного регистра, первого БПЗН, разделительного электрода, второй секции памяти, второго выходного регистра и второго БПЗН, причем выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второго БПЗН - через второй видеоусилитель ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с первым компаратором, второй вход которого является входом порогового напряжения, а выход подключен к формирователю сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы секции накопления, первой секции памяти, второй секции памяти, объединенные первые, вторые и третьи управляющие входы первого и второго выходных регистров, а также управляющий вход разделительного электрода матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого ПУ, второго ПУ, третьего ПУ, четвертого ПУ и пятого ПУ соответственно, причем управляющий вход второго ПУ соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к управляющему входу четвертого ПУ, введены формирователь импульсов (ФИ) и последовательно соединенные блок измерения заряда, пиковый детектор и второй компаратор, второй вход которого является входом порогового напряжения, при этом первый вход ФИ подключен к третьему выходу синхронизатора, а второй вход ФИ - к выходу второго компаратора, первый выход ФИ - к управляющему входу первого ПУ, второй выход ФИ - к управляющему входу третьего ПУ, третий выход ФИ - к управляющему входу пятого ПУ, четвертый выход ФИ - к первому управляющему входу секции накопления матрицы ПЗС, второй управляющий вход которой соединен с входом блока измерения заряда, причем пятый выход ФИ подключен к стробирующему входу второго компаратора, шестой выход ФИ - к входу «Сброс» пикового детектора, а седьмой выход ФИ - к стробирующему входу первого компаратора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое телевизионное устройство отличается наличием новых блоков: формирователя импульсов (ФИ), блока измерения заряда, пикового детектора и второго компаратора, а также связей с остальными блоками. Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.

Повышение чувствительности предлагаемого технического решения достигается путем выбора оптимального времени накопления двух смежных кадров по результатам неразрушающих периодических измерений формируемого зарядового рельефа первого кадра непосредственно на мишени матрицы ПЗС. Поэтому данное решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого телевизионного устройства; на фиг.2 - возможная электрическая схема (в составе ФИ) формирователя интервалов накопления; на фиг.3-4 - временные диаграммы, поясняющие работу этого формирователя; на фиг.5-6 - функциональная схема формирователя служебных сигналов (в составе ФИ), необходимых для выполнения неразрушающих измерений фотозарядов, и временная диаграмма, поясняющая работу этого формирователя; на фиг.7-12 - временные диаграммы, поясняющие работу заявляемого решения в целом; на фиг.13 - световая характеристика матрицы ПЗС; на фиг.14 - структурная схема блока измерения заряда.

Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов (фиг.1) содержит последовательно расположенные объектив 1 и трехфазную матрицу 2 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции 2-1 накопления, первой секции 2-2 памяти, первого выходного регистра 2-3, первого БПЗН 2-4, разделительного электрода 2-5, второй секции 2-6 памяти, второго выходного регистра 2-7 и второго БПЗН 2-8; в состав заявляемого телевизионного устройства входят первый видеоусилитель 3, второй видеоусилитель 4, блок вычитания 5, первый компаратор 6, второй вход которого является входом порогового напряжения U_n1, формирователь 7 сигнала тревоги, синхронизатор 8, первый ПУ 9, второй ПУ 10, третий ПУ 11, четвертый ПУ 12, пятый ПУ 13, ФИ 14, а также последовательно соединенные блок 15 измерения заряда, пиковый детектор 16 и второй компаратор 17, второй вход которого является входом порогового напряжения U_n2, причем выход БПЗН 2-4 подключен через видеоусилитель 3 к первому входу блока вычитания 5, а выход БПЗН 2-8 - через видеоусилитель 4 ко второму входу блока вычитания 5, выход которого соединен с компаратором 5, выход которого подключен к формирователю 7 сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы секции 2-1, секции 2-2, секции 2-6, объединенные первые, вторые и третьи управляющие входы выходных регистров 2-3 и 2-7, а также управляющий вход разделительного электрода 2-5 матрицы 2 ПЗС подключены к соответствующим выходам ПУ 9, ПУ 10, ПУ 11, ПУ 12 и ПУ 13 соответственно, причем управляющий вход ПУ 10 соединен с первым выходом синхронизатора 8, второй выход которого подключен к управляющему входу ПУ 12, при этом первый вход ФИ 14 подключен к третьему выходу синхронизатора 8, а второй вход ФИ 14 - к выходу компаратора 17, первый выход ФИ 14 - к управляющему входу ПУ 9, второй выход ФИ - к управляющему входу ПУ 11, третий выход ФИ 14 - к управляющему входу пятого ПУ 13, четвертый выход ФИ 14 - к первому управляющему входу секции 2-1 матрицы 2 ПЗС, второй управляющий вход которой соединен с входом блока 15 измерения заряда, причем пятый выход ФИ 14 подключен к стробирующему входу компаратора 17, шестой выход ФИ 14 - к входу «Сброс» пикового детектора 16, а седьмой выход ФИ 14 - к стробирующему входу компаратора 7.

Матрица 2 ПЗС, как и у прототипа, имеет организацию «кадровый перенос» и содержит на одном кристалле три секции 2-1, 2-2 и 2-6, два выходных регистра 2-3 и 2-7, разделительный электрод 2-5 и два БПЗН 2-4 и 2-8. Отметим, что отечественный прибор А-1131 с каналом n-типа и трехфазным управлением секциями и регистрами, разработанный специально для телевизионных детекторов движения, с целью выделения сигнала межкадровой разности, потенциально обладает необходимой схемотехнической организацией и может считаться технологическим заделом для реализации изобретения. Информация о приборе А-1131 опубликована в работе [3].

Временная диаграмма управления матрицей ПЗС, которая была использована при разработке прибора А-1131, а затем на его базе телевизионного устройства прототипа, изображена на фиг.7 и 8.

Приведем типовые наименования сигналов, представленных на фиг.7:

фиг.7а - первая фаза управления секцией 2-1;

фиг.7б - вторая фаза управления секцией 2-1:

фиг.7в - третья фаза управления секцией 2-1;

фиг.7г - первая фаза управления секцией 2-2;

фиг.7д - вторая фаза управления секцией 2-2;

фиг.7е - третья фаза управления секцией 2-2;

фиг.7ж - управление разделительным электродом 2-5.

Эпюры сигналов, представленных на фиг.8, выполнены в одном временном масштабе с эпюрами на фиг.7, а для удобства пользования диаграммами фиг.8а повторяет фиг.7ж.

Перечислим обозначения сигналов на фиг.8:

фиг.8а - управление разделительным электродом 2-5;

фиг.8б - первая фаза управления секцией 2-6;

фиг.8в - вторая фаза управления секцией 2-6;

фиг.8г - третья фаз управления секцией 2-6.

Подробности «импульсного содержания» этих сигналов на временных участках «А» и «Б» в увеличенном масштабе можно увидеть на фиг.11-12.

Отметим, что трехфазные сигналы управления выходным регистром 2-3, совпадающие с трехфазными сигналами управления регистром 2-7, ничем не отличаются от аналогичных сигналов управления выходным регистром для известной ранее двухсекционной матрицы ПЗС, а поэтому их эпюры в материалах настоящей заявки не приводятся.

Синхронизатор 8, как и в прототипе, выполняет функции синхрогенератора и формирователя логической последовательности импульсов, необходимых для работы матрицы ПЗС в режиме межкадрового вычитания с периодом 2Т_к, в темпе телевизионного стандарта. Очевидно, что все сигналы, изображенные на фиг.7-8, в логических уровнях формируются в синхронизаторе 8.

Формирователь импульсов ФИ 14, используя выходные сигналы синхронизатора 8 в качестве входных управляющих сигналов, обеспечивает необходимое логическое управление матрицей ПЗС в заявляемом устройстве. Временная диаграмма, представленная на фиг.9-10, иллюстрирует заключительное формирование импульсов, выполняемое в ФИ 14.

Одинаковое по длительности «длинное» накопление соседних кадров в предлагаемом решении реализуется в формирователе импульсов ФИ 14 при помощи реверсивного счетчика, который осуществляет подсчет числа импульсов, следующих с периодом Т_к, как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.

Рассмотрим работу возможной электрической схемы формирователя интервалов накопления на примере, представленном на фиг.2. Решение выполнено на микросхемах D1-D7. Отметим, что в RS-триггере (микросхема D6) изменение состояния обусловлено появлением уровня логического 0 на одном из его входов. Временная диаграмма (фиг.3) поясняет работу всей схемы формирователя.

Счетная последовательность импульсов (см. фиг.3в) поступает на С-вход реверсивного счетчика (микросхема D1). Предположим для упрощения, что используется трехразрядный реверсивный счетчик. На диаграммах 3г, 3д и 3е изображены выходы счетчика соответственно для разрядов единиц, двоек и четверок. Под этими эпюрами, в выносках, указаны двоичные числа, соответствующие различным состояниям счетчика. Напомним, что счетчик работает в режиме суммирования, если на входе присутствует высокий логический уровень, и в режиме вычитания, когда на входе установлен низкий логический уровень.

Допустим, что в момент t₀ второй компаратор 17 телевизионного устройства (см. фиг.1) опрокидывается. Тогда на выходе компаратора 17 появится высокий уровень напряжения (см. фиг.3а), который подается на второй вход ФИ 14, а следовательно, и на управляющий вход схемы формирователя интервалов накопления.

Поэтому RS-триггер (D6) устанавливается в состояние 1, на его инверсном выходе устанавливается логический 0, а сигнал на входе переходит с высокого уровня на низкий (см. фиг.2б). В результате счетчик D1 после прихода на С-вход 5-го импульса переходит из состояния «100» в состояние «011», после прихода 6-го импульса - в состояние «010», а после 7-го импульса - в состояние «001». При этом на выходе элемента ИЛИ (D2), который выполняет логическое сложение трех разрядных сигналов счетчика D1, логическая 1 присутствует семь периодов Т_к (фиг.2ж). Когда на С-вход счетчика приходит 8-й импульс, он устанавливается в состояние «000» и удерживается в нем за счет прихода логической 1 на R-вход сброса данных с выхода элемента НЕ (D3). Одновременно RS-триггер (D6) переходит в состояние 0, а на его инверсном выходе появляется логическая 1. В результате счетчик D1 подготовлен к работе в режиме суммирования и после прихода 9-го импульса переходит в состояние «001», которое начинает отсчет нового цикла «вперед-назад».

Очевидно, что импульсный сигнал на выходе рассмотренной схемы (см. фиг.3ж) содержит необходимую информацию о длительности интервалов накопления Т_н1 и Т_н2. В зависимости же от момента t₀ опрокидывания компаратора 17 в заявляемом устройстве отсчет интервалов Т_н1 и Т_н2 будет занимать большее или соответственно меньшее время.

Следует отметить, что возможна ситуация, когда в процессе работы счетчика D1 в режиме суммирования счет импульсов не прерывается, т.к. в зоне контроля отсутствует движение объекта и, следовательно, не происходит регистрация нарушения. Возникающий при этом режим работы схемы формирователя поясняется временными диаграммами на фиг.4.

Итак, компаратор 17 не срабатывает (см. фиг.4а). Тогда по достижении максимального числа, в нашем примере это «111» возникает логический 0 на выходе элемента И-НЕ (D7). В результате RS-триггер (D6) переходит в состояние 1, а на входе счетчика устанавливается уровень 0. Счетчик подготовлен к работе в режиме вычитания, а после прихода 8-го счетного импульса на его выходе устанавливается состояние «110» (см фиг.4г-4е). Счет «назад» завершается состоянием счетчика «000», а затем новый цикл работы отсчетов и (см. фиг.4ж).

В связи с этим необходимо указать и другое условие проектирования, а именно выбор необходимого объема реверсивного счетчика (максимального числа) определяется пороговой освещенностью на объекте контроля и ожидаемой скоростью движения нарушителя.

В составе формирователя импульсов ФИ 14 реализуются и служебные сигналы, необходимые для выполнения периодических неразрушающих измерений уровня зарядового рельефа в матрице ПЗС.

Структурная схема формирователя этих сигналов (см. фиг.5) содержит генератор пилообразного напряжения, коммутатор и элемент И. При этом на первый вход формирователя подаются с периодом Т_с строчные гасящие импульсы (см. фиг.6а), а на второй вход - импульсы измерительной строки с периодом Т_к, (см. фиг.6в).

В качестве измерительной строки целесообразно выбрать последнюю строку за период Т_к. Промежуточные и выходные сигналы формирователя изображены на эпюрах:

фиг.6б - выход генератора пилообразного напряжения;

фиг.6г - выход элемента И;

фиг.6д - выход коммутатора.

Генератор линейного пилообразного напряжения может быть выполнен по схеме генератора на базе двух операционных усилителей (см. например [4, с.257]), а коммутатор - с использованием аналоговых ключей отечественных микросхем серии К590 (см. [5, с.447]).

Блок 15 измерения заряда предназначен для выделения информации о распределении заряда по всей поверхности секции 2-1 матрицы ПЗС и содержит (см. фиг.14) последовательно соединенные преобразователь «ток - напряжение» и усилитель напряжения.

Преобразователь тока в напряжение может быть выполнен на одном операционном усилителе (см. [6, с.57]).

Пиковый детектор 16 предназначен для запоминания напряжения, пропорционального максимальному уровню зарядового рельефа, который измеряется блоком 15. Перед началом очередного цикла измерений выполняется обнуление детектора при помощи кратковременного по длительности положительного импульса, подаваемого на вход «Сброс». Блок 16 может быть выполнен на базе двух операционных усилителей (см., например, [6, с.300]).

Компаратор 17 предназначен для сравнения по уровню информационного сигнала с выхода пикового детектора 16 и порогового напряжения U_n2 со скачкообразным изменением выходного напряжения в случае, когда информационный сигнал больше U_n2. Особенностью компаратора 17 является выполнение сравнения только при условии, когда на его стробирующем входе присутствует высокий логический уровень. Это необходимо для исключения ложных срабатываний компаратора.

Объектив 1, матрица 2 ПЗС, первый видеоусилитель 3, второй видеоусилитель 4, блок 5 вычитания, формирователь 7 сигнала тревоги и преобразователи уровней ПУ 9-ПУ13 не отличаются по схемотехническому исполнению от соответствующих блоков прототипа.

Первый компаратор 6, как и в прототипе, сравнивает сигнал межкадровой разницы с выхода блока 5 вычитания с пороговым напряжением U_n1. Особенностью компаратора 6 является наличие, как и у компаратора 17, дополнительного управления по входу стробирования.

Воспользуемся для последующего описания работы заявляемого телевизионного устройства для обнаружения подвижных объектов временными диаграммами, представленными на фиг.9-12.

Заявляемое устройство (см. фиг.1) работает следующим образом.

Изображение контролируемого пространства проецируется объективом 1 на секцию 2-1 накопления матрицы 2 ПЗС. Процесс накопления фотозарядов в матрице ПЗС в настоящем решении имеет особенности, а поэтому заслуживает подробного рассмотрения.

Для определенности изложения будем считать, что в качестве фотоприемника 2 используется трехфазная матрица ПЗС с каналом n-типа.

Формирователь импульсов ФИ 14 обеспечивает начало этого процесса после прихода на вход реверсивного счетчика первого счетного импульса. При этом в течение прямого хода кадровой развертки с периодом Т_к на первых (см. фиг.9в) и на вторых (см. фиг.9 г) фазовых электродах секции 2-1 накопления действует высокое относительно корпуса и подложки матрицы смещение, обеспечивающее в потенциальных ямах под ними фотогенерацию информационных зарядов. Отметим, что сигнал на первых фазных шинах секции 2-1 является суммой двух составляющих, а именно сигнала с выхода ПУ 9 (см. фиг.9а) и сигнала с выхода ФИ 14 (см. фиг.9б). В это время на третьи фазные шины секции 2-1 (см. фиг.9д) подается низкий потенциал, близкий к потенциалу подожки матрицы ПЗС, что исключает образование под третьими электродами фотомишени потенциальных ям. В интервале последней строки каждого периода Т_к потенциал на первых электродах секции 2-1 линейно спадает (см. фиг.9в). В результате в каждом элементе (пикселе) секции 2-1 начинается процесс переноса зарядов из потенциальных ям под первыми фазными шинами в потенциальные ямы под вторыми шинами. Потенциальные ямы под первыми фазовыми электродами монотонно разрушаются, а в цепи второго электрода секции 2-1 возникает ток, который максимален в первый момент, а затем монотонно спадает. Величина тока в этой внешней цепи является суммой токов каждом пикселе секции 2-1. Таким образом, внешний ток содержит полученную «безразверточным» методом информацию о распределении заряда по всей поверхности секции 2-1 матрицы ПЗС.

Блок 15 выполняет преобразование тока в напряжение, а пиковый детектор 16, который предварительно обнулен импульсом сброса (см. фиг.9ж), запоминает максимальное значение этого напряжения. Поэтому выходное напряжение блока 16 пропорционально текущему уровню зарядового рельефа в секции 2-1 матрицы ПЗС.

Если напряжение с выхода пикового детектора 16 превышает пороговое напряжение U_n2 компаратора 17, то последний опрокидывается, а процесс накопления фотозарядов в секции 2-1 для условно первого информационного кадра заканчивается.

Допустим, что величина напряжения с выхода блока 16 соответствует уровню собственных шумов в матрице ПЗС (см. фиг.13) и меньше величины порогового напряжения U_n2 компаратора 17. Тогда компаратор 17 сохраняет предыдущее состояние, реверсивный счетчик в ФИ 14 - режим суммирования, а в секции 2-1 матрицы ПЗС процесс накопления продолжается еще, как минимум один период Т_к, а во время его последней строки блоком 16 вновь выполняется измерение зарядового рельефа.

Если результат измерений с выхода пикового детектора 16 снова меньше U_n2, то процесс накопления в секции 2-1 будет продолжаться еще один период Т_к, а затем опять выполняется измерение полученного зарядового массива.

Следует отметить, что возможна ситуация, когда из-за низкой освещенности секции 2-1 матрицы ПЗС, результат измерений зарядового рельефа оказывается меньше U_n2 вплоть до момента достижения реверсивным счетчиком состояния максимального числа. В этом случае после «максимальной отметки» реверсивный счетчик переходит в режим вычитания независимо от состояния компаратора 17.

Пусть по результатам измерений в четвертом цикле, как показано на фиг.9, информационный сигнал превышает пороговое напряжение U_n2. Тогда компаратор 17 опрокидывается, а процесс накопления условно первого кадра заканчивается. Во время обратного хода последующего периода Т_к выполняется перенос зарядов 1-го кадра в секции. 2-2. Одновременно с опрокидыванием компаратора 17 выполняется переключение реверсивного счетчика в режим обратного отсчета, а в итоге - накопление в секции 2-1 матрицы ПЗС зарядового рельефа условно 2-го кадра за тот же временной интервал, в течение которого был сформирован 1-й информационный кадр.

Необходимо отметить, во время накопления 2-го кадра на стробирующем входе компаратора 17 (см. фиг.9е) присутствует низкий логический уровень, который устанавливает низкий уровень на выходе компаратора независимо от величины напряжения на информационном входе.

После завершения накопления 2-го кадра в секции 2-1 его зарядовый рельеф во время обратного хода последующего периода Т_к переносится в секцию 2-2.

В течение прямого хода первого (с момента завершения накопления 2-го кадра) периода Т_к зарядовые пакеты 1-го кадра переносятся из секции 2-2 через первый регистр 2-3 и разделительный электрод 2-5 в секцию 2-6.

Управление матрицей ПЗС для осуществления переноса зарядов в секцию 2-6 иллюстрируется временными диаграммами на фиг.10 и ее фрагмента «Б» в увеличенном масштабе - на фиг.12.

Приведем наименование (обозначение) каждой из этих эпюр:

фиг.10а - управление стробированием для компаратора 6;

фиг.10б - управление разделительным электродом 2-5 матрицы ПЗС;

фиг.10в - первая фаза управления секцией 2-2;

фиг.10г - вторая фаза управления секцией 2-2;

фиг.10дг - третья фаза управления секцией 2-2;

фиг.10е - первая фаза управления секцией 2-6;

фиг.10ж - вторая фаза управления секцией 2-6;

фиг.10з - третья фаза управления секцией 2-6.

Обратим наше внимание на зарядовый рельеф предыдущего 1-го кадра, который был ранее перенесен в секцию 2-6. Он хранится там под вторыми фазными шинами вплоть до окончания переноса зарядового массива 2-го кадра в секцию 2-2. Отметим, что максимальное время хранения зарядов задерживаемого кадра ограничивается величиной плотности темнового тока в ПЗС и для современных приборов без принудительного охлаждения составляет порядка одной секунды (50Тк), что вполне достаточно для практической реализации заявляемого телевизионного устройства.

Поэлементное считывание зарядовых пакетов 1-го и 2-го кадров выполняется в регистрах 2-7 и 2-3 одновременно в интервале формирования межкадровой разницы (см. фиг.10). В результате видеосигнал 1-го кадра с выхода БПЗН 2-8 и видеосигнал 2-го кадра с выхода БПЗН 2-4 поступают соответственно через видеоусилители 4 и 3 на входы блока 5 вычитания, который вырабатывает видеосигнал межкадровой разности.

В случае, когда произошло движение объекта контроля, на выходе блока 4 появится сигнал, отличный от нулевого значения. Если этот сигнал превышает установленное пороговое напряжение U_n1 первого компаратора 6, то последний опрокидывается. Для исключения ложных срабатываний этого компаратора на его стробирующем входе высокий уровень присутствует только на время формирования межкадровой разницы (см. фиг.10а).

Далее, как и в прототипе, формирователь 7 сигнала тревоги устанавливается в новое логическое состояние, обеспечивая звуковую и световую регистрацию по факту регистрации подвижного объекта в поле зрения телевизионного устройства.

В предлагаемом решении время накопления фотоприемника автоматически подстраивается к фоновой освещенности на контролируемом объекте, поэтому отношении сигнал /шум Ψ в видеосигнале задержанного кадра и последующего (прямого) кадра всегда больше единицы. При прочих равных условиях этот результат гарантирует снижение пропусков нарушения и повышение вероятности обнаружения движущегося объекта.

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Евграфов Г.Н. и Скрылев А.С.Телевизионная камера на ФПЗС с кадровой аналоговой памятью. Тезисы докладов IV конференции «Приборы с зарядовой связью и системы на их основе» (Россия, Краснодарский край, г.Геленджик, 27 сентября - 2 октября 1992 г.). - Москва, 1992 г. - 152 с.

2. Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации. - М.: Радио и связь, 1991.

3. Скрылев А.С., Старовойтов В.И., Фрост Н.И. Фоточувствительный прибор с зарядовой связью А-1131 // Электронная промышленность. - 1991. - №7. - с.83.

4. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. / Перевод с англ. - М.: Мир, 1985.

5. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др. - М.: Радио и связь, 1990.

6. Пейтон Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. / Перевод с англ. - М.: Бином, 1994.

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении телевизионных устройств, выполненных на базе фотоприемника в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), для обнаружения находящихся в ее поле зрения подвижных объектов. Техническим результатом является повышение чувствительности путем автоматического выбора времени накопления сравниваемых кадров в зависимости от фоновой освещенности контролируемой сцены. Технический результат достигается тем, что выполняют накопление информационных зарядов соседних кадров в фотоприемнике последовательно в течение интервала времени, превышающего длительность вещательного телевизионного полукадра (Т_к), а в процессе накопления информационных зарядов первого кадра из соседних кадров осуществляют с периодом Т_к, в интервале его последней строки, неразрушающее измерение уровня формируемого зарядового рельефа путем выполнения безразверточного преобразования «заряд - напряжение», выполняют детектирование напряжения видеосигнала и сравнение его величины с пороговым напряжением по критерию заранее выбранного отношения сигнал/шум, при этом процесс накопления первого кадра продолжают, когда текущий результат сравнения меньше порога, или завершают, если текущий результат сравнения равен порогу или его превышает. 2 н.п. ф-лы, 14 ил.

1. Телевизионный способ обнаружения подвижных объектов, заключающийся в том, что световой поток от контролируемой сцены проецируют на мишень матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), последовательно накапливают на мишени матрицы ПЗС информационные заряды телевизионных кадров, переносят накопленные заряды каждого из смежных кадров раздельно в две секции памяти матрицы ПЗС, параллельно переносят из секций памяти матрицы ПЗС хранящиеся там заряды смежных кадров построчно в два горизонтальных выходных регистра фотоприемника, в каждом из двух выходных регистров поэлементно считывают заряды строк смежных кадров с реализацией на каждом из двух выходов матрицы ПЗС для каждого элемента преобразования «заряд - напряжение», из видеосигналов смежных кадров формируют видеосигнал межкадровой разности, выполняют сравнение сигнала межкадровой разности с пороговым напряжением, регистрируя превышение порога сигналом межкадровой разности как событие, эквивалентное обнаружению подвижного объекта в поле зрения фотоприемника, отличающийся тем, что выполняют накопление информационных зарядов соседних кадров в фотоприемнике последовательно в течение временного интервала, превышающего длительность вещательного телевизионного полукадра Т_к, а в процессе накопления информационных зарядов первого из соседних кадров осуществляют с периодом Т_к в интервале его последней строки, неразрушающее измерение уровня формируемого зарядового рельефа путем выполнения безразверточного преобразования «заряд - напряжение», выполняют детектирование напряжения видеосигнала и сравнение его величины с пороговым напряжением по критерию заранее выбранного отношения сигнал/шум, при этом процесс накопления первого кадра продолжают, когда текущий результат сравнения меньше порога, или завершают, если текущий результат сравнения равен порогу или его превышает.

2. Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов, содержащее последовательно расположенные объектив и трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, первой секции памяти, первого выходного регистра, первого БПЗН, разделительного электрода, второй секции памяти и второго БПЗН, причем выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второго БПЗН через второй видеоусилитель - ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с первым компаратором, второй вход которого является входом порогового напряжения, а выход подключен к формирователю сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы секции накопления, первой секции памяти, второй секции памяти, объединенные первые, вторые и третьи управляющие входы первого и второго выходных регистров, а также управляющий вход разделительного электрода матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого ПУ, второго ПУ, третьего ПУ, четвертого ПУ и пятого ПУ соответственно, причем управляющий вход второго ПУ соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к управляющему входу четвертого ПУ, отличающееся тем, что в него введены формирователь импульсов (ФИ) и последовательно соединенные блок измерения заряда, пиковый детектор и второй компаратор, второй вход которого является входом порогового напряжения, при этом первый вход ФИ подключен к третьему выходу синхронизатора, а второй вход ФИ - к выходу второго компаратора, первый выход ФИ - к управляющему входу первого ПУ, второй выход ФИ - к управляющему входу третьего ПУ, третий выход ФИ - к управляющему входу пятого ПУ, четвертый выход ФИ - к первому управляющему входу секции накопления матрицы ПЗС, второй управляющий вход которой соединен с входом блока измерения заряда, причем пятый выход ФИ подключен к стробирующему входу второго компаратора, шестой выход ФИ - к входу «Сброс» пикового детектора, а седьмой выход ФИ - к стробирующему входу первого компаратора.