СПОСОБ КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ И ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H04N7/18 H04N5/225 

Предполагаемое изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах анализа интерферограмм, в телекамерах которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм [1], заключающийся в том, что в телекамере световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют с периодом кадров Т_к на фотоприемную секцию матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) в интервале обратного хода кадровой развертки t_о.х.к., в интервале прямого хода по кадру построчно переносят из фотоприемной секции накопленные зарядовые пакеты в выходной горизонтальный регистр, поэлементно преобразуют на выходе матрицы ПЗС зарядовые пакеты в электрический сигнал изображения, осуществляют поэлементное умножение видеосигнала на регулируемый коэффициент К<1, построчно и поэлементно вводят обработанный видеосигнал во входной регистр матрицы ПЗС путем выполнения преобразования «напряжение - заряд», суммируют в матрице ПЗС зарядовые пакеты смежных кадров, формируют на выходе телекамеры композитный видеосигнал, транслируют композитный видеосигнал телекамеры по линии связи на вход «видео» компьютера, записывают видеосигнал в память компьютера, воспроизводят видеосигнал записи на экране монитора компьютера.

Недостатком прототипа [1] является невысокое качество записи сигнала изображения из-за неучтенного воздействия собственных шумов фотоприемника телекамеры в процессе преобразования «напряжение - заряд», а также отсутствие необходимых технологических возможностей при выполнении регулировочных работ по рекурсивной фильтрации.

Задача изобретения - повышение качества записи сигнала изображения путем повышение отношения сигнал/шум телекамеры и выполнения регулировочных работ по рекурсивной фильтрации видеосигнала непосредственно с компьютера.

Прототип устройства предполагаемого изобретения - телевизионная система для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм [1] имеет в своем составе на приемной стороне компьютер, а на передающей стороне - телекамеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные затвор или импульсный источник света и матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью блока преобразования напряжения в заряд (БПНЗ) и входного горизонтального регистра, фотоприемной секции (секции накопления), выходного горизонтального регистра и блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН); блок управления, содержащий синхронизатор, делитель частоты, одновибратор, а также последовательно соединенные формирователь фазных напряжений секции накопления и первый преобразователь уровней (ПУ), последовательно соединенные формирователь фазных напряжений регистров и второй ПУ; предварительный усилитель, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН матрицы ПЗС, а выход является выходом «Видео» телекамеры; последовательно соединенные делитель напряжения и повторитель, при этом вход делителя напряжения соединен с выходом предварительного усилителя и является входом «Управление» телекамеры, а выход повторителя соединен с входом БПНЗ; первый выход первого ПУ подключен к управляющим входам секции накопления матрицы ПЗС, а управляющие входы входного и выходного горизонтальных регистров матрицы ПЗС подключены к выходу второго ПУ, выход одновибратора подключен к входу затвора или импульсного источника света, а между блоками передающей и приемной стороны системы размещена линия связи, обеспечивающая по кабелю трансляцию сигнала «Видео» с телекамеры на компьютер.

Для устройства прототипа предполагается наличие следующих признаков:

- предварительный усилитель телекамеры может быть выполнен в виде усилителя-формирователя, обеспечивающего получение на выходе композитного видеосигнала;

- блок управления телекамеры является генератором управляющих импульсов (ГУИ), который может быть выполнен в виде комплекта из двух микросхем, а именно: микросхемы временного контроллера и микросхемы ПУ;

- синхронизатор, делитель частоты, формирователь фазных напряжений секции накопления и формирователь фазных напряжений регистров могут быть выполнены в составе микросхемы временного контроллера;

- первый и второй ПУ могут быть выполнены в составе микросхемы ПУ;

- в качестве видеоконтрольного блока использован персональный компьютер, например, компьютер с операционной системой Windows ХР, в котором установлен аппаратный продукт серии AVerTV [2].

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм заключающемся в том, что в телекамере световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют с периодом кадров Т_к на фотоприемную секцию матрицы ПЗС в интервале обратного хода кадровой развертки t_о.х.к., суммируют в матрице ПЗС зарядовые пакеты смежных кадров, поэлементно преобразуют на выходе матрицы ПЗС зарядовые пакеты в электрический сигнал изображения, формируют на выходе телекамеры композитный видеосигнал, транслируют композитный видеосигнал телекамеры по линии связи на вход «видео» компьютера, записывают видеосигнал в память компьютера, воспроизводят видеосигнал записи на экране монитора компьютера, согласно предлагаемому способу зарядовые пакеты одного из двух смежных кадров накапливают в течение всего интервала t_о.х.к., а другого кадра (последующего по отношению к первому) - в течение промежутка t_о.х.к./n, где n - целое число, последовательно в течение интервалов прямого хода по кадру переносят зарядовые пакеты «длинного» и «короткого» кадров из секции накопления в секцию памяти матрицы, суммируют с периодом 2Т_к заряды смежных кадров в секции памяти, считывают из фотоприемника накопленный в зарядовой форме полезный сигнал изображения с периодом 2Т_к, формируют с периодом 2Т_к на выходе телекамеры полезный композитный видеосигнал, а считывают из памяти компьютера информационный видеосигнал с периодом Т_к, причем по наблюдаемому на экране монитора изображению выполняют оптимизацию рекурсивной фильтрации записываемого и регистрируемого сигнала изображения путем дистанционного выбора с компьютера длительности «короткой» экспозиции в телекамере.

Поставленная задача в заявляемой телевизионной системе, предназначенной для осуществления заявленного способа, решается тем, что в устройство прототипа, имеющее в своем составе на приемной стороне компьютер, а на передающей стороне - телекамеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные затвор и матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции (секции накопления), выходного горизонтального регистра и блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов (ГУН), состоящий из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и выполняющего управление затвором формирователя импульсов экспозиции (ФИЭ), содержащего в своем составе первый одновибратор, также в состав телекамеры входит усилитель-формирователь, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН матрицы ПЗС, а выход является выходом «Видео» телекамеры, причем первый выход временного контроллера подключен к первому входу первого ПУ, а второй выход временного контроллера - ко второму входу первого ПУ, первый выход первого ПУ подключен к управляющим входам секции накопления матрицы ПЗС, управляющие входы выходного горизонтального регистра которой подключены ко второму выходу первого ПУ, третий выход временного контроллера подключен к управляющему ФИЭ и соответственно к входу первого одновибратора, а четвертый выход временного контроллера - к управляющему входу усилителя-формирователя телекамеры, а между блоками передающей и приемной стороны системы - линию связи, обеспечивающую по кабелю трансляцию сигнала «Видео» с телекамеры на компьютер, введена на кристалл матрицы ПЗС телекамеры между секцией накопления и горизонтальным регистром введена секция памяти, связанная с ними зарядовой связью, в состав ГУИ телекамеры введены последовательно включенные формирователь импульсов памяти (ФИЛ) и второй ПУ, выход которого подключен к управляющим входам секции памяти матрицы ПЗС, а в состав ФИЭ введены последовательно соединенные блок сопряжения и электропривод, второй одновибратор, счетчик-делитель на два, первый элемент «И», второй элемент «И» и элемент «ИЛИ», при этом первый вход ФИП подключен к первому выходу временного контроллера, второй вход ФИП - к третьему выходу временного контроллера, третий вход ФИП, является входом «Пуск» телекамеры, четвертый вход ФИП - входом «Стоп» телекамеры, а первый вход блока сопряжения ФИЭ - входом «Управление экспозицией» телекамеры, вход «Стоп» которой подключен ко второму входу блока сопряжения ФИЭ, вход счетчика-делителя на два ФИЭ подключен к третьему выходу временного контроллера, прямой выход счетчика-делителя на два - к первому входу первого элемента «И», а инверсный выход счетчика-делителя на два - к первому входу второго элемента «И», выход которого подключен к первому входу элемента «ИЛИ», второй вход которого подключен к выходу первого элемента «И», второй вход которого подключен к выходу первого одновибратора, вход второго одновибратора подключен к управляющему входу ФИЭ, выход второго одновибратора - ко второму входу второго элемента «И», а времязадающий элемент второго одновибратора кинематически связан с электроприводом, выход элемента «ИЛИ» является выходом ФИЭ и подключен к управляющему входу затвора, при этом в разъем расширения на материнской плате компьютера дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования входного аналогового видеосигнала в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала в оперативную память с периодом 2Т_к, и вывода из нее с периодом Т_к, причем в компьютере обеспечивается формирование управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией», а в линию связи введены дополнительные жилы кабеля для выполнения соединения сигналов «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией» на компьютере с входами этих сигналов в телекамере, причем выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемый способ отличается, во-первых, условием осуществления признака (действия), а именно условием осуществления рекурсивной фильтрации зарядового изображения в матрице ПЗС. Если в прототипе этому действию предшествует преобразование «напряжение - заряд» для каждого элемента кадрового массива, то в заявляемом решении такая операция полностью исключается. Принимая, что в матрице ПЗС дисперсия шума БПЗН равна дисперсии шума БПНЗ, а считывание видеосигнала из ПЗС производится не с периодом Т_к, (как в прототипе), а с периодом 2Т_к, получаем на выходе фотоприемника для заявляемого решения уменьшение шума в $$\sqrt{2}$$ раза. Соответственно, по отношению к прототипу, в $$\sqrt{2}$$ раз увеличивается отношение сигнал/шум (ψ) на выходе телекамеры, а, следовательно, и ψ для регистрируемого в компьютере видеосигнала.

Второе отличие заявляемого способа определяется наличием нового действия, а именно созданием для фотоприемника «короткой» экспозиции оптимальной длительности при помощи дистанционного управления телекамерой с компьютера.

В результате реализации такого действия обеспечивается крайне желательное удобство выполнения регулировочных работ по оптимизации видеосигнала записи для регистрации интерферограмм.

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

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемая телевизионная система отличается наличием новых блоков, в числе которых: секция памяти на общем на кристалле матрицы ПЗС, ФИП, второй ПУ, ФИЭ с дополнительными элементами - в составе ГУИ, плата видео в компьютере; наличием новых связей между новыми и остальными блоками соответственно в составе телекамеры и компьютера, а также дополнительными жилами кабеля в линии связи.

Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.

В заявляемом решении необходимое для рекурсивной фильтрации суммирование прямого и задержанного видеосигналов производится с выигрышем в отношении сигнал/шум за счет снижения шумовой составляющей.

По техническому результату и методу его достижения предлагаемое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства телевизионной системы, реализующей заявляемый способ; на фиг.2 приведен пример выполнения электрической схемы ФИП; на фиг.3 - пример выполнения электрической схемы ФИЭ; на фиг.4 - временная диаграмма, поясняющая работу ФИЭ; на фиг.5 представлена временная диаграмма, поясняющая работу ФИП и в целом телекамеры; на фиг.6 представлено обозначение выводов отечественной микросхемы К561ИЕ11 для пояснения возможности выполнения ФИЭ полностью цифровым методом; на фиг.7 приведена структурная схема телевизионной системы при реализации в ней полностью цифрового управления рекурсивной фильтрацией.

Телевизионная система для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм, см. фиг.1, имеет в своем составе на приемной стороне компьютер в позиции 2, а на передающей стороне - телекамеру в позиции 1, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1-1 и матрицу 1-2 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции 1-2-1, секции памяти 1-2-2, горизонтального регистра 1-2-3 и БПЗН 1-2-4, а также ГУИ 1-3, состоящий из временного контроллера 1-3-1, первого ПУ 1-3-2, ФИП 1-3-3, второго ПУ 1-3-4 и ФИЭ 1-3-5, и усилитель-формирователь 1-4, причем ФИЭ 1-3-5, см. фиг.3, состоит из первого одновибратора 1-3-5-1, второго одновибратора 1-3-5-2, последовательно соединенных блока сопряжения 1-3-5-3 и электропривода 1-3-5-4, счетчика-делителя на два 1-3-5-5, первого элемента «И» 1-3-5-6, второго элемента «И» 1-3-5-7 и элемента «ИЛИ» 1-3-5-8; при этом первый выход временного контроллера 1-3-1 подключен к первому входу ПУ 1-3-2 и соответственно к первому входу ФИП 1-3-3, второй выход временного контроллера 1-3-1 - ко второму входу ПУ 1-3-2, третий выход временного контроллера 1-3-1 - ко второму входу ФИП 1-3-3, к управляющему входу ФИЭ 1-3-5 и соответственно к входу счетчика-делителя на два1-3-5-5 и к входам обоих одновибраторов 1-3-5-1 и 1-3-5-2, а четвертый выход временного контроллера 1-3-1 - к управляющему входу усилителя-формирователя 1-4, выход которого является выходом «Видео» телекамеры, информационный вход усилителя-формирователя 1-4 подключен к выходу БПЗН 1-2-4 матрицы ПЗС, управляющие входы секции накопления 1-2-1 которой подключены к первому выходу ПУ 1-3-2, второй выход которого подключен к управляющим входам горизонтального регистра 1-2-3 матрицы ПЗС, управляющие входы секции памяти 1-2-2 которой подключены к выходу ПУ 1-3-4, вход которого подключен к выходу ФИП 1-3-3, третий и четвертый входы которого являются соответственно входами «Пуск» и «Стоп» телекамеры, а первый вход блока сопряжения 1-3-5-3 - входом «Управление экспозицией» телекамеры, вход «Стоп» которой подключен ко второму входу блока сопряжения 1-3-5-3, при этом прямой выход счетчика-делителя на два 1-3-5-5 подключен к первому входу элемента «И» 1-3-5-6, а инверсный выход счетчика-делителя на два 1-3-5-5 - к первому входу элемента «И» 1-3-5-7, выход которого подключен к первому входу элемента «ИЛИ» 1-3-5-8, второй вход которого подключен к выходу элемента «И» 1-3-5-6, второй вход которого подключен к выходу одновибратора 1-3-5-1; выход одновибратора 1-3-5-2 подключен ко второму входу элемента «И» 1-3-5-7, а времязадающий элемент одновибратора 1-3-5-2 кинематически связан с электроприводом 1-3-5-4, выход элемента «ИЛИ» 1-3-5-8 является выходом ФИЭ 1-3-5 и подключен к управляющему входу затвора 1-1 телекамеры; на материнской плате компьютера 2 в разъем расширения установлена плата видео, а между приемной и передающей сторонами проложена линия связи в позиции 3, обеспечивающая по жилам кабеля трансляцию управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией» с компьютера 2 на телекамеру 1 и сигнала «Видео» с телекамеры 1 на компьютер 2, причем выход видеосигнала платы видео в компьютере 2 является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.

Матрица 1-2 ПЗС является сенсором видеосигнала в телекамере 1, а по схемотехническому исполнению, согласно отечественной классификации, имеет организацию «кадровый перенос» [3, с.63], при этом примыкающая к секции накопления 1-2-1 секция памяти 1-2-2 должна быть экранирована от света. Организация самой системы управления переносом в матрице ПЗС может быть двухфазной, трехфазной или четырехфазной в зависимости технологических особенностей производства фотоприемника.

Необходимо отметить, что среди разработанных и серийно выпускавшихся в СССР матриц ПЗС эти фотоприемника с трехфазным управлением переносом всегда лидировали с большим преимуществом.

Генератор управляющих импульсов (ГУИ) 1-3 предназначен для осуществления развертки в матрице 1-2 ПЗС и формирования служебных импульсов для усилителя-формирователя 1-4.

Как и в прототипе, в состав ГУИ 1-3 входят видеоконтроллер 1-3-1 и первый ПУ 1-3-2, но при этом дополнительно введены ФИП 1-3-3, второй ПУ 1-3-4 и ФИЭ 1-3-5.

Формирователь импульсов памяти (ФИП) 1-3-3, см. фиг.2, полностью реализован на цифровых элементах: DDI (D-триггер), DD2 (RS-триггер), DD3…DD4 (элементы «И»), DD5 (элемент «ИЛИ»), DD6 (элемент «НЕ»).

Воспользуемся эпюрами, изображенными на фиг.5, для изложения работы ФИП 1-3-3.

Пусть матрица 1-2 ПЗС телекамеры имеет трехфазную систему переноса. Тогда на первый вход ФИП 1-3-3 из временного контроллера 1-3-1 поступают фазные сигналы Ф1П_вх, Ф2П_вх и Ф3П_вх (фиг.5д - 5ж). На второй вход ФИП 1-3-3 с того же блока приходит КГИ - кадровый гасящий импульс (фиг.5а), который инвертируется в элементе «НЕ» (DD6.1), см. фиг.5в.

На прямом выходе D-триггера (DDI) формируется сигнал представленный на фиг.5б с периодом 2Т_к.

Когда на третий вход ФИП 1-3-3 (вход «Пуск» телекамеры) поступает кратковременный импульс положительной полярности, то в момент его совпадения с КГИ срабатывает RS-триггер (DD2). Поэтому на выходе элемента «И» (DD3) устанавливается импульсный сигнал, показанный на фиг.5 г.

В результате логических операций, совершаемых при помощи элементов «И» (DD4.1…DD4.2), элемента «ИЛИ» (DD5) и элементов «НЕ» (DD6.2…DD6.3), на выходе ФИП 1-3-3 формируются необходимые фазные сигналы Ф1П_вых, Ф2П_вых и Ф3П_вых (фиг.5з - 5к).

Формирователь импульсов экспозиции (ФИЭ) 1-3-5, см. фиг.3, содержит в своем составе первый одновибратор 1-3-5-1, второй одновибратор 1-3-5-2, блок сопряжения 1-3-5-3, электропривод 1-3-5-4, счетчик-делитель на два 1-3-5-5, первый элемент «И» 1-3-5-6, второй элемент «И» 1-3-5-7 и элемент «ИЛИ» 1-3-5-8.

Каждый из одновибраторов выполнен на отечественной микросхеме К155АГ1, которая является одноканальным ждущим мультивибратором. Управляющий кадровый гасящий импульс (КГИ) подается на вход В обеих микросхем (DA1 и DA2), обеспечивая запуск мультивибраторов положительным перепадом напряжения. Длительность задержки выходных импульсов составляет, по справочным данным, 55 не. На фиг.4 эта задержка - Тз показана искусственно с нарушением масштаба по времени.

Длительность выходного импульса одновибратора 1-3-5-1 устанавливается фиксированной, например равной 1024 мкс, при помощи времязадающих элементов С_τ1 и R_τ1.

Длительность выходного импульса одновибратора 1-3-5-2 определяется элементами С_τ2 и R_τ2 и регулируется в пределах от 1024 мкс до 64 мкс посредством потенциометра R_τ2, движок которого кинематически, т.е. механически через редуктор, преобразующий вращательное движение в движение поступательное, связан с двигателем электропривода 1-3-5-4.

Блок сопряжения 1-3-5-3 предназначен для выполнения управления двигателем электропривода 1-3-5-4 от цифрового сигнала с высоким и/или низким активным уровнем по команде «Управление экспозицией». Дополнительно в блоке сопряжение 1-3-5-3 обеспечивается и цифровое сопряжение сигнала по команде «Стоп» с нагрузкой, например, в виде соленоида (электромагнита), предназначенного для механического возврата движка потенциометра R_τ2 в крайнее левое положение.

Пусть в нашем устройстве блока 1-3-5-3 должно быть обеспечено включение цепей электродвигателя и соленоида с помощью логических сигналов высокого уровня. Тогда электрическая схема блока 1-3-5-3 в части управления соленоидом может быть выполнена на основе оптоэлектронной пары согласно решению [4, с.223], а части управления электродвигателем -согласно решению [4, с.227].

На управляющий вход ФИЭ 1-3-5 поступает КГИ (фиг.4а), при этом на прямом выходе счетчика-делителя 1-3-5-5 формируется меандр (фиг.4б), а на его инверсном выходе - меандр (фиг.4в). На выходе первого одновибратора 1-3-5-1 вырабатывается условно «длинный» импульс (фиг.4 г). Обозначим его длительность как «t_max». На выходе второго одновибратора 1-3-5-2 формируется условно «короткий» импульс (фиг.4д), длительность которого может регулироваться в пределах от t_min до t_max.

При помощи элемента «И» 1-3-5-6 на первом входе элемента «ИЛИ» 1-3-5-8 «длинные» импульсы следуют с периодом 2Т_к (фиг.4е), а на втором его входе с тем же периодом, благодаря элементу «И» 1-3-5-7, «короткие» импульсы (фиг.4ж). В результате необходимые выходные импульсы блока ФИЭ формируются на выходе элемента «ИЛИ» 1-3-5-8 (фиг.4з).

Когда с компьютера на вход «Стоп» телекамеры поступает кратковременная логическая «1» соленоид в блоке сопряжения обеспечивает механический возврат движка потенциометра R_τ2 в крайнее левое положение.

Необходимо отметить, что для построения одновибраторов используется сочетание аналоговых и цифровых методов. Поэтому, как и все линейные схемы, одновибраторы реагируют на изменение температуры и напряжения питания дрейфом длительности выходного импульса.

В связи с этим целесообразно использовать вместо одновибраторов счетчики импульсов, выполнив в результате ФИЭ 1-3-5 цифровым методом полностью. Для этого в качестве готовой элементной базы может быть использована отечественная микросхема К561ИЕ11, см. [5, с.238-240], которая является двоичным четырехразрядным реверсивным счетчиком.

Данная микросхема, см. фиг.6, имеет входы предварительной записи-установки S0-S3 и вход разрешения этой операции SE, что позволяет осуществить предварительно установку исходной длительности выходного импульса, снимаемого с вывода $${\overline{C}}_{вых}$$ . Счетчик имеет четыре выхода Q0-Q3, а запускающий тактовый перепад С для данного счетчика - положительный. Вход сброса данных R - асинхронный. Данные счетчика сбрасываются в ноль, если на вход R подается напряжение высокого уровня. Вход $$U/\overline{D}$$ счетчика служит для переключения направления счета (на увеличение или на уменьшение).

Рассмотрим особенности использования микросхемы К561ИЕ11 для успешной замены с ее помощью функции второго одновибратора 1-3-5-2. Пусть максимальная длительность выходного импульса составляет 1024 мкс. Это позволяет использовать для подачи на вход С счетчика строчный синхроимпульс, имеющий период следования 64 мкс. Установим на входе $$U/\overline{D}$$ счетчика низкий логический уровень, обеспечив направление счета на уменьшение, а на входах S0-S3 логическую комбинацию «1111» для максимального числа. Тогда каждый их приходящих на вход С счетчика пятнадцати входных импульсов будет изменять состояние на выходах Q0-Q3 счетчика, как показано в табл.1, сокращая дискретно длительность выходного импульса от 2024 мкс до 64 мкс.

Таблица 1 Длительность выходного импульса, мкс 1024 960 896 832 768 704 640 576 512 448 384 320 256 192 128 64 Комбинация в четырехразрядном двоичном коде 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Очевидно, что можно организовать удобное управление длительностью выходного импульса, когда необходимые комбинации остановки счетчика в четырехразрядном двоичном коде будут поданы на вход ФИЭ 1-3-5 дистанционно с компьютера по команде «Управление экспозицией».

Поэтому можно считать технически обоснованной возможность реализации блока ФИЭ телекамеры полностью цифровым методом путем замены первого одновибратора на счетчик импульсов с фиксированной длительностью на выходе, а второго одновибратора - на счетчик импульсов с перестраиваемой длительностью на выходе.

Регулировка этой длительности может быть выполнена с компьютера по команде «Управление экспозицией» в виде кодовой комбинации для остановки счетчика.

Если ФИЭ телекамеры будет реализован полностью цифровым методом, то появляется реальная возможность и следующего технологического шага - выполнения ФИП 1-3-3 и ФИЭ 1-3-5 в составе большой интегральной схемы (БИС) временного контроллера 1-3-1.

ПУ 1-3-4 обеспечивает преобразование логических уровней сигналов с выходов ФИП 1-3-3 в управляющие импульсы для секции 1-2-2. Устройство второго ПУ 1-3-4 может быть реализовано в составе БИС первого ПУ 1-3-2.

Структурная схема заявляемой телевизионной системы после завершения упомянутых объединений представлена на фиг.7, в которой генератор 1-3 управляющих импульсов содержит две БИС: временной контроллер 1-3-1 и ПУ 1-3-2.

В качестве блока 2 предлагаемой телевизионной системы может быть использован персональный компьютер, на материнской плате которого в разъем расширения дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования входного аналогового видеосигнала в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала в оперативную память с периодом 2Т_к, и вывода из нее с периодом Т_к, при этом выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.

Операции ввода цифрового видеосигнала в оперативную память и вывода из нее выполняются на плате видео при условии, когда с компьютера на телекамеру подана команда «Пуск». В исходном состоянии или при возврате телекамеры в исходное состояние командой «Стоп» с компьютера эти операции блокируются, а выходным сигналом системы становится видеосигнал телекамеры, получивший лишь аналого-цифровое преобразование.

Необходимо отметить, что формирование управляющих сигналов для телекамеры «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией» может быть выполнено также на плате видео или на отдельной установленной в компьютере плате управления. Характеристики транслируемых сигналов представлены в табл.2.

Таблица 2 Наименование команды Сигнал «Пуск» Кратковременная логическая «1» «Стоп» Кратковременная логическая «1» «Управление экспозицией» Логическая «1» или Логическая комбинация в двоичном коде

Целесообразно осуществить подачу всех команд управления через унифицированный интерфейс, например, RS-232. Отметим, что выбор всех команд в предлагаемом решении телевизионной системы осуществляется с клавиатуры компьютера и/или при помощи компьютерной мыши.

Способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм осуществляется следующим образом.

Предположим, что расположенная в поле зрения телекамеры 1 интерфенционная картина объекта находится в идеально статическом положении, не испытывая случайных колебаний за счет вибрации и других регулярных механических воздействий низкой частоты. При этом допустим, что внешнее управление для телекамеры отсутствует, т.е. на всех входах управления («Пуск», «Стоп», «Управление экспозицией) только низкие логические уровни.

В блоке ФИП 1-3-3 на прямом выходе RS-триггера DD2 (см. фиг.2) присутствует сигнал логического «О». Поэтому низкий логический уровень устанавливается на выходе элемента «И» DD3 и высокий логический уровень на выходах элементов «НЕ» DD6.2 и DD6.3. Поэтому сигналы Ф1П_вх, Ф2П_вх и Ф3П_вх (см. фиг.5д…5ж), поступающие из временного контроллера 1-3-1 на первый вход ФИП 1-3-3 беспрепятственно проходят на выход этого блока.

Низкий логический уровень на входах «Управление экспозицией» и «Стоп» блока ФИЭ 1-3-5 означает отсутствие воздействия на электропривод 1-3-5-4 (см. фиг.3) и на соленоид в блоке сопряжения 1-3-5-3. Следовательно, движок потенциометра RT2 второго одновибратора 1-3-5-2 находится в крайнем левом положении, обеспечивая максимальную величину сопротивления этого резистора.

Поэтому оба одновибратора ФИЭ 1-3-5 обеспечивают формирование выходных импульсов максимальной и одинаковой длительности, например, равной 1024 мкс, а затвор 1-1 реализует с частотой кадров «длинные» вспышки света на мишени фотоприемника при экспонировании объекта контроля. В результате обеспечивается известный импульсный режим экспонирования матрицы ПЗС 1-2 и самой телекамеры 1.

Пусть при этом эта длительность импульсного экспонирования в сочетании с мощностью излучения от источника света позволяет в телекамере обеспечить получение видеосигнала с максимальным отношением сигнал/шум.

Но, если на объекте контроля возникает низкочастотное механическое воздействие, тогда в формируемом видеосигнале неизбежно появляется смаз, а в наблюдаемом с экрана монитора компьютера 2 изображении заметно ухудшается его качество за счет снижения отношения сигнал/шум.

Для выполнения задачи изобретения на S-вход RS-триггера DD2 блока ФИП 1-3-3 телекамеры (см. фиг.2) с компьютера подается сигнал «Пуск» -импульс положительной полярности. В момент совпадения высокого уровня этого импульса с высоким уровнем кадровых синхроимпульсов на его тактовом входе состояние триггера изменяется. Следовательно, на прямом выходе триггера DD2 установится высокий логической уровень сигнала. В результате на выходе ФИП 1-3-3 формируются новые сигналы Ф1П_вх, Ф2П_вх и Ф3П_вх (см. фиг.5з…5к), которые через ПУ 1-3-4 поступают на управляющие входы секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС. Благодаря этому, в секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС под вторыми фазными шинами будут суммироваться зарядовые пакеты двух накопленных смежных кадров. Интервал суммирования или интервал совместного хранения зарядов смежных кадров в секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС равен длительности прямого хода кадровой развертки.

Если затем по команде «Управление экспозицией» из компьютера в телекамеру будет подаваться высокий логический уровень, то в блоке ФИЭ 1-3-5 вращение двигателя электропривода 1-3-5-4 будет уменьшать длительность выходного импульса одновибратора 1-3-5-2. Следовательно, в складываемых зарядовых пакетах смежных кадров будет плавно регулироваться в сторону уменьшения «вклад» для задержанного кадра в эту общую зарядовую сумму.

В результате горизонтальный регистр 1-2-3 и БПЗН 1-2-4 матрицы ПЗС будет построчно и поэлементно считывать информационный (полезный) видеосигнал рекурсивной фильтрации с периодом 2Т_к, а в паузе между ними - только бесполезный уровень темнового тока в секции 1-2-2 фотоприемника. На выходе усилителя-формирователя 1-4 композитный видеосигнал, подаваемый на выход «Видео» телекамеры (см. фиг.5 л), сохраняет эти особенности сигнала изображения на выходе матрицы ПЗС.

Аналоговый видеосигнал телекамеры по линии связи 3 поступает в компьютер, на плату видео, где каждый информационный видеокадр сначала оцифровывается, а затем записывается (вводится) в оперативную память и хранится в ней в течение одного кадра. Считывание (вывод) из оперативной памяти сигнала изображения производится с периодом кадров, т.е. пропуски видеосигнала исключены.

По отношению к прототипу в заявляемом решении отношение сигнал/шум для регистрируемого видеосигнала в $$\sqrt{2}$$ раз выше, т.к. его шумовая составляющая $$\sqrt{2}$$ раз ниже.

При необходимости возвращения телекамеры в исходный режим работы следует по команде «Стоп» подать с компьютера импульс положительной полярности, который приходит в блоке ФИП 1-3-3 на вход R-вход RS-триггера DD2 (см. фиг.2), а в блоке ФИЭ 1-3-5 на второй вход блока сопряжения 1-3-5-3 (см. фиг.3).

В результате на прямом выходе RS-триггера DD2 установится сигнал логического «0», а в телекамере будет восстановлено исходное управление секцией памяти 1-2-2 фотоприемника, исключающее суммирование зарядовых пакетов смежных кадров, а, следовательно, и устраняющее рекурсивную фильтрацию видеосигнала. С другой стороны, сработает соленоид в блоке сопряжения 1-3-5-3, и движок потенциометра RT2 второго одновибратора 1-3-5-2 займет крайнее левое положение, обеспечивая максимальную величину сопротивления этого резистора.

Одновременно на плате видео компьютера для входного видеосигнала будет выполняться его аналого-цифровое преобразование, но будут блокироваться операции ввода/вывода сигнала изображения в оперативную память.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм обеспечивает за счет роста отношения сигнал/шум телекамеры повышенное качество компьютерной записи видеосигнала, сопровождающееся улучшением труда оператора.

Если блок ФИЭ 1-3-5 телекамеры будет реализован полностью цифровым методом, то будет дополнительно повышено качество компьютерной записи видеосигнала за счет снижения температурного дрейфа импульсов, управляющих экспозицией.

Будет заведомо повышена и надежность телевизионной системы за счет удаления из телекамеры электропривода, блока сопряжения и всех механических элементов их сопровождающих.

В настоящее время все блоки структурной схемы телевизионной системы, реализующей предлагаемый способ, освоены отечественной промышленностью. Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство 1626454 СССР. МКИ H04N 7/18. Устройство для воспроизведения изображения интерферограмм / К.Н. Иванов, Л.В. Мельник, О.О. Попов, А.Т. Трофимов, В.А. Ярмакович // Б.И. - 1991. - №5.

2. Руководство по быстрой установке продукта Aver TV 307 от компании AverMedia TECHNOLOGIES, Inc. (Тайвань).

3. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М.: «Радио и связь», 1991.

4. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. / Перевод с англ. М.: «Мир», 1985.

5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - Челябинск: «Металлургия», 1988.

Изобретение относится к телевизионной технике. Техническим результатом является увеличение отношения сигнал/шум телекамеры и возможность выполнения регулировочных работ по рекурсивной фильтрации видеосигнала непосредственно с компьютера. Результат достигается тем, что в телекамере на кристалл матрицы ПЗС между фотоприемной секцией и горизонтальным регистром введена секция памяти, связанная с ними зарядовой связью, а в состав генератора управляющих импульсов введены последовательно включенные формирователь импульсов памяти и второй преобразователь уровней, а в состав формирователя импульсов экспозиции введены последовательно соединенные блок сопряжения и электропривод, второй одновибратор, счетчик-делитель на два, первый элемент «И», второй элемент «И» и элемент «ИЛИ», в разъем расширения на материнской плате компьютера дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера, а в линию связи введены дополнительные жилы кабеля для выполнения соединения сигналов «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией» на компьютере с входами этих сигналов в телекамере, при этом выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

1. Способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм, заключающийся в том, что в телекамере световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют с периодом кадров T_k на фотоприемную секцию матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) в интервале обратного хода кадровой развертки t_o.x.к., суммируют в матрице ПЗС зарядовые пакеты смежных кадров, поэлементно преобразуют на выходе матрицы ПЗС зарядовые пакеты в электрический сигнал изображения, формируют на выходе телекамеры композитный видеосигнал, транслируют композитный видеосигнал телекамеры по линии связи на вход «видео» компьютера, записывают видеосигнал в память компьютера, воспроизводят видеосигнал записи на экране монитора компьютера, отличающийся тем, что зарядовые пакеты одного из двух смежных кадров накапливают в течение всего интервала t_o.x.к., а другого кадра (последующего по отношению к первому) - в течение промежутка t_o.x.к./n, где n - целое число, последовательно в течение интервалов прямого хода по кадру переносят зарядовые пакеты «длинного» и «короткого» кадров из секции накопления в секцию памяти матрицы, суммируют с периодом 2T_k в секции памяти заряды смежных кадров, считывают из фотоприемника накопленный в зарядовой форме полезный сигнал изображения с периодом 2T_k, формируют с периодом 2T_k на выходе телекамеры полезный композитный видеосигнал, а считывают из памяти компьютера информационный видеосигнал с периодом T_k, причем по наблюдаемому на экране монитора изображению выполняют оптимизацию рекурсивной фильтрации записываемого и регистрируемого сигнала изображения путем дистанционного выбора с компьютера длительности «короткой» экспозиции в телекамере.

2. Телевизионная система для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм, имеющая в своем составе на приемной стороне компьютер, а на передающей стороне - телекамеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные затвор и матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции (секции накопления), выходного горизонтального регистра и блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов (ГУИ), состоящий из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и выполняющего управление затвором формирователя импульсов экспозиции (ФИЭ), содержащего в своем составе первый одновибратор, также в состав телекамеры входит усилитель-формирователь, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН матрицы ПЗС, а выход является выходом «Видео» телекамеры, причем первый выход временного контроллера подключен к первому входу первого ПУ, а второй выход временного контроллера - ко второму входу первого ПУ, первый выход первого ПУ подключен к управляющим входам секции накопления матрицы ПЗС, управляющие входы выходного горизонтального регистра которой подключены ко второму выходу первого ПУ, третий выход временного контроллера подключен к управляющему ФИЭ и соответственно к входу первого одновибратора, а четвертый выход временного контроллера - к управляющему входу усилителя-формирователя телекамеры, а между блоками передающей и приемной стороны системы - линию связи, обеспечивающую по кабелю трансляцию сигнала «Видео» с телекамеры на компьютер, отличающаяся тем, что на кристалл матрицы ПЗС телекамеры между секцией накопления и горизонтальным регистром введена секция памяти, связанная с ними зарядовой связью, в состав ГУИ телекамеры введены последовательно включенные формирователь импульсов памяти (ФИП) и второй ПУ, выход которого подключен к управляющим входам секции памяти матрицы ПЗС, а в состав ФИЭ введены последовательно соединенные блок сопряжения и электропривод, второй одновибратор, счетчик-делитель на два, первый элемент «И», второй элемент «И» и элемент «ИЛИ», при этом первый вход ФИП подключен к первому выходу временного контроллера, второй вход ФИП - к третьему выходу временного контроллера, третий вход ФИП, является входом «Пуск» телекамеры, четвертый вход ФИП - входом «Стоп» телекамеры, а первый вход блока сопряжения ФИЭ - входом «Управление экспозицией» телекамеры, вход «Стоп» которой подключен ко второму входу блока сопряжения ФИЭ, вход счетчика-делителя на два ФИЭ подключен к третьему выходу временного контроллера, прямой выход счетчика-делителя на два - к первому входу первого элемента «И», а инверсный выход счетчика-делителя на два - к первому входу второго элемента «И», выход которого подключен к первому входу элемента «ИЛИ», второй вход которого подключен к выходу первого элемента «И», второй вход которого подключен к выходу первого одновибратора, вход второго одновибратора подключен к управляющему входу ФИЭ, выход второго одновибратора - ко второму входу второго элемента «И», а времязадающий элемент второго одновибратора кинематически связан с электроприводом, выход элемента «ИЛИ» является выходом ФИЭ и подключен к управляющему входу затвора, при этом в разъем расширения на материнской плате компьютера дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования входного аналогового видеосигнала в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала в оперативную память с периодом 2T_к, и вывода из нее с периодом Т_к, причем в компьютере обеспечивается формирование управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией», а в линию связи введены дополнительные жилы кабеля для выполнения соединения сигналов «Пуск», «Стоп» и «Управление экспозицией» на компьютере с входами этих сигналов в телекамере, причем выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.

3. Телевизионная система по п.2, отличающаяся тем, что блок ФИЭ телекамеры реализован полностью цифровым методом путем замены первого одновибратора на счетчик импульсов с фиксированной длительностью на выходе, а второго одновибратора - на счетчик импульсов с перестраиваемой длительностью на выходе, регулируемой с компьютера по команде «Управление экспозицией» в виде кодовой комбинации для остановки этого счетчика.

4. Телевизионная система по п.3, отличающаяся тем, что блок ФИП и блок ФИЭ телекамеры выполнены в составе большой интегральной схемы (БИС) временного контроллера.

5. Телевизионная система по п.2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что второй ПУ телекамеры выполнен в составе БИС первого ПУ.