Устройство автоматического управления параметрами луча передающей телевизионной трубки Советский патент 1983 года по МПК H04N5/34 

Изобретение относится к телевидению а именно к устройствам автоматической настройки режимов передающих телевизионных трубок, и может быть использован во всех областях техники, где есть необ ходимость получения максимальной разрешающей способности передающих телевизионных камер. Известно устройство управления сигналом передающей телевизионной трубки, содержащее последовательно соединенные видеоусилитель, фильтр нижних пространственных частот и накопительное устройство (интегратор), выход которого соединен с управляющим входом передающей электроннолучевой трубки, сигнальный вход которой соединен с входом видеоусилителя 13 . Недостатком указанного устройства является то, что воспроизведение всего динамического диапазона яркостей обеспечивается за счет использования ин- тегрального критерия, а не критерия мак симальной разрешающей способности по полю изображения. Кроме того, оно не обеспечивает подфокусировку луча в соответстЁии с изменяемым током, что также не позволяет добиться наилучших результатов по четкости передаваемого изображения во всем динамическом диапазоне яркостей. Известен также блок автоматической регулировки режима, входящий в состав передающей телевизионной камеры КТП-56 содержащий фильтр верхних частот, подключенный к видеоусилителю, регулятор фокусировки и регулятор тока луча, подключенные к соответствующим входам передающей телевизионной трубки, который осуществляет регулиррдку тока луча передающей электроннолучевой трубки типа суперортикон по интегрально му критерию высокочастотных составляющих и по этому же критерию осуществляет фокусировку луча ЭЛТ, что позволяет поддерживать разрешающую спосо ность ТВ-камеры 500-550 ТВ-линий на уровне средней яркости при изменяющихся условиях окружакицей среды (освещенность, температура, напряжение се- ти и т.д.) 2 . Однако указанный блок также не обеспечивает высокой разрещающей способности на ярких и темных участках изображения, т.е. во всем динамическом дна- пазоне освещенностей передаваемого ск жета. Причиной этого является то, что ток луча поддерживается постоянным по всему полю изображения, а не изменяет ся в зависимости от яркости сюжета. Хотя ВЧ составляющие и максимизируются, но они максимизируются по интегральному критерию, т.е. их саденка идет по всей площади кадра при некотором постоянном токе луча. Поэтому очень яркие участки изображения выглядят как сплошные белые, пятна и их детали не воспроизводятся в самых темных участках высоко контраст ного изображения также невозможно различить мелкие детали. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для авто- ч матичесжой фокусировки электронного луча передающей ТВ-трубки, содержащее последовательно соединенные видеоусилитель, вход которого подключен к вы-, ходу блока передающей телевизионной трубки (ПТТ), фильтр верхних частот, блок оценки энергии высокочастотных составляющих, экстремальный регулятор и управляемый источник фокусирующего сигнала, выход которого подключен к фокусирукзщему входу блока передающей телевизионной трубки. При этом экстремальный регулятор в данном устройстве состоит из последовательно соединенных пробных сигналов, генератора тактовых импульсов, цифрового накопителя, реверсивного счетчика, преобразователя код-аналог, усилителя постоянного тока и сумматора, второй вход которого соединен с вторым выхоЪом генератора пробных сигналов, а выход является выходом всего экстремального регулятора, третий выход генератора пробных сигналов соединен с первым входом преобразователя фаза-код, второй вход которого является входом всего экстремаяьного регулят ра, а первый и второй выходы преобразователя фаза-код соединены с вторым и третьим входами цифрового накопителя и вторым и третьим входами реверсивного счетчика. Экстремальный регулятор служит для отыскания такого значения фокусирующего тока (напряжения), которое о 3еспечивает максимизацию высокочастотных составляющих в спектре видеосигаала за время кадра, т.е. создает условия для достижения номинальной раз1эешающей способности при изменяющихся условиях эксплуатации (например, меняющемся токе луча). Такое выполнение устройства позволяет поддерг живать практически постоянной разрешающую способность датчика телевизионного сигаала при изменениях тока луча и питающих напряжений электроннолучевой трубки, вызванных изменениями условий окружающей среды С З . Однако оценка величины .фокусирующего сигнала (напряжения или тока) осуществляется по критерию максимума ВЧ составляющих за время кадра и это не обеспечивает подстройки фокусировки при изменяющихся услрвиях считывания потенциального рельефа по полю растра. Кроме того, известное устройство не осуществляет изменения условий считыва ния, т.е. не изменяет величины тока луча в зависимости от накопленного потенциального рельефа, зависящего от динамического диапазона яркостей передаваемого изображения. Таким образом известное устройство обеспечивает поддержание номинальной разрещающей способности (четкости) передаваемого изображения при изменении окружающей среды, но не учитывает изменения освещенностей передаваемого изображения. Таким образом, недостатком извесрного устройства является невозможность передачи с высокой разрещакацей способностью (четкостью) всех деталей изображения, обладающего щироким динамичес ким диапазоном яркостей. Цель изобретения - обеспечение макси мальной разрешающей -способности во всем динамическом диапазоне яркостей передаваемого изображения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство автоматического управления параметрами луча передающей телевизионной трубки, содержащее последовательно соединенные видеоусилитель, вход которого подключен к выходу передающей телевизионной трубки (ПТТ), . фильтр верхних частот, блок оценки эне1 ,гии высокочастотных составляющих (ВЧС экстремальный регулятор и управляемый источник фокусирующего сигнала, выход которого подключен к входу фокусировки блока ПТТ, введены последовательно соединенные дополнительный экстремальный регулятор, вход которого соединен с выходом блока оценки энергии ВЧС, и управляемый источник питания управляющего электрода, выход которого подключен к управляющему входу блока ПТТ а также фильтр нижних пространственных частот, вход которого соединен с выходом видеоусилителя, а выход подключен к вторым входам управляемого источника фокусирующего сигнала и управляемого источника питания управляющего электрода. Управляемый источник фокусирующего сигнала выполнен в виде последовательно соединенных управляемого усилителя, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым вх дами управляемого источника фокусирук шего сигнала, и сумматора, второй вхоа которого соединен с выходом источника постоянного фокусирующего сигнала, а выход является выходом управляемого источника фокусирующего .сигнала. Управляемый источник питания управляющего электрода выполнен в виде последовательно соедине1шых управляемого усилителя, первый я второй входы которо-. го являются соответственно первым и вторым входами управляемого источника питания управлякядего электрода, и сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника питания управляющего электрода, а выход является выходом управляемого источника питания управляк щего электрода. ,. Так как введение интегрирующего зве« на в цепь авторегулированвет приводит к временной задержке в сигнале регулироВания., что недопустимо при регулировании быстропротекающих процессов, кахим является процесс формирования видеосиг нала, то интегрирующее звено введено в цепь формирования сигнала регулирования. Такую роль выполняет фильтр ншкних пространственных частот. Для получения максимальной разрешающей способности необходимо осуществлять регулирование фокусировки в зависимости от тока луча. На-фиг. 1 представлена структурная электрйческая схема устройства; на фиг.2 - то же, экстремального регулятора. Устройство автоматического управлений параметрами луча передающей телевизионной трубки, подключаемое к блоку 1 передающей телевизионной трубки, содержит видеоусилитель 2, фильтр 3 верхних частот, блок 4 оценки энергии ВЧСГ, экстремальный регулятор 5, управляемый источник 6 фокуси эующего сигнала, состоящий из управляемого усилителя 7, сумматора 8 и источника 9 постоянного фокусирующего сигнала, дополнительный экстремальный регулятор 1О, управляемый источник 11 питания управля ющего электрода, состоящий из управляемого усилителя 12, сумматора 13 и источника 14 питания управлякицего электрода, а также фильтр 15 нижних пространственных частот. При этом управляемые усилители 7 к 12 являются усилителями, которые амплитуду сигнала с ных частот в соответствии с потенциалаi ми, поступающими с выходов экстремаль|ных регуляторов 5 и 1О. I Фильтр 15 нижних пространственных частот реализуется с помощью гребенчатого фильтра, состоящего из элементов аааёржки и сумматоров. Экстремальный регулятор S и йополнительный экстремальный регулятор 10 служат для формирования потенциалов, меняющих коэффийиент усиления управляемых усилителей 7 и 12 таким образом, чтобы обес почить на выходе этих усилителей .такие амплитуды сигнала, поступающего с выхода фильтра 15 нижних пространствен. нЫх частот, которые- обеспечат на вькоде видеоусилителя 2 видеосигнал, имеющий максимум высокочастотных составляю1Йих в спектре, что соответствует наибольшей четкости перепаваемого изображения как в че{Ж1ых, так н в белых участках изображения.. Экстремальный регулятор 5 и дополнительный экстремальный регулятор 10 выполнены по одинаковой схеме и содержат генератор 16 пробных сигналов, генератор 17 тактс ых импульсов, циф ровой накопитель 18,, реверсивный счетiчик 19, преобразователь 2О код-аналог. S усилитель 21 постоянного тока, сумматор 22 и преобразователь 23 фаза-код. При ЭТОМ генератор пробных сигналов может быть выполнен на мш&росхеме 155ТМ2, генератор тактовых импульсов на микросхеме 155АГ1, цифровой накопитель и реверсивный счетчик - на микр схемах 155ИЕ7, преобразователь код - йнЕшог - на микросхеме 572ПА1, усили тель постоянного тока и сумматор выполняются на операционных усилите- . лях 153УД1, а преобразователь фаза код представляет собой компаратор на микросхеме 521СА2. Устройство работает следующим об.(разом. / . ,,, Видеосигнал с выхода блока 1 передающей телевизионной трубки через виде усилитель 2 поступает на входы фвльт -.,. .ра 3 верхних част от и фильтра 15 нижних про странственныхчастот.С выхода фильтра 3 верхних частот, который пропускает толь ко высокочастотные составляющие видеосигнала, характери юшие детальность и четкость изображения, сигнал поступает на блок 4 оценки энергии РЧС который оценивает энергию ВЧС и в 1дает значения оценки на входы экстремаль го промоцулированйого пробными импуль- сами сигнала, определякяцего знак рассогласования относительно наилучшей разрешающей способности (четкости) передаваемого изображения. Экстремальные регуляторы 5 и Ю работают следующим образом. Генератор 16 пробных сигналов формирует с кадровой частотой прямоугольные импульсы, которые поступают йа сумма- тор 22, где смешиваются с постоянным напряжением, поступающим с выхода усилителя 21 постоянного тока. Одновременно эти импульсы поступают на вход преобразователя 23 фаза - код и генератора. 17 тактовых импульсов. Преобразо-. ватель 23 фаза - код Сравнивает фазу, пробньцс импульсов с фазой сигнала, поступающего с блока 4 оценки энергии ВЧС, и через цифровой накопитель 18/ ; подает сигнал увеличения или уменьшения ;Кода на реверсивный счетчик 19. С выхода реверсивного счетчика 19 сигнал поступает на преобразователь 2О код ;аналог и далее в виде постоянной ве- 1личины через усилитель 21. постоянного :тока поступает на сутлматор, а оттуда -I 1на выход экстремального регулятоjpe (0). Сигнай увеличения или умень |шения кода, поступающий с преобразова1теля 23 фаза - код, показыва ет, в ка|кую сторону необходимо изменить коэф фициент усиления управляемого усили- i максимизации ВЧС в i спектре видеосигнала. Дополнительный экстремальный регулятор 10 по(;биравт ; такую величину своего вьосодного на: пряжения, чтобы обеспечить максимум : высокочастотных составляющих в видео: сигнале на выходе видеоусилителя 2. Это происходит следующим образом. Как известно, для детального воспроизведения изображения во всеМ динами- ческом диапазоне яркостей необходимо регулировать ток луча в зависимости от накопленного потенпиальногр рельефа. Потенциальный рельеф определяет величину сигнала на выходе блока 1 передающей телевизионной трубки. Эта вели, чина-видеосигнала может служить мерой. тока луча, необходимого для полного считывания, нужно / лишь выбрать критерий для оценки этой меры и определить условия заведения сигнала, обрат- : ной. связи, сформированного на основе исходного видеосигнала. Поскольку наиболее распространенной мерой качества телевизионного изоб71ражения является четкость (разрешающа |способность), которая для ценного может быть измерена количеств ;вом ВЧС спектра видеосигнала, то за критерий меры тока луча принимают количество высокочастотных составляющих видеосигнала. Для того, чтобы |не допустить перерегулирования в обла- |сти высокочастотных составляющих ви;де6сигнала, необхоцймо Обратную связь завести через некоторое интегрирующее звено. В силу двумерноети телевизионного изображения наиболее оптимальная /форма выполнения такого интегрирующег звена - фильтр 15 нижних пространствен ных частот изображения. Такое введение обратной связи, влияющей на величину тока луча по критерию максимума высок частотных составляющих видеосигнала, позволяет установить оптимальный ток луча для темных и светлых деталей изображения по критерию максимальной детальности воспроизводимых темных и ;светлык .участков изображения. С выхода источника 14 питания управляющего электрода на управляющий вход, т.е. на вход модулятора блока 1 передающей телевизионной трубки, через сумматор 1 поступает потенциал, который обеспечивает оптимальнь.е условия считывания серых деталей нзсбражекия, зависящие о типа трубки и условий эксплуатации. На згорой вход сумматора 13 с выхода утхравляемого усилителя 12 посту- тгаег ус,.ный (ослабленный) сигнал с :Bbtj:o3.a фштьтра 15 нижних пространстве |ньк частот. Коэффициент усиления управляемого усилителя 12 определяется поа енциалом, поступающим с выхода допош-ште.чьного эйстремальног о регулят ра 10, и подбирается ям по критерию .максимума ВЧС на въкоце видеоусилите.пя 2. В целом система работает как обы.чная экстремальная система авторе- гулирования. Однако известно, что изменение тока- луча при постоянных усло виях фокусировки луча приводит к некоторой дефокусировке изображения (укуц- шению четкости) и уменьщению ВЧС в спектре видеосигнала, т.е. зависимость БЧС в спектре видеосигнала, от тока лу ча носит экстремальный характер за сч кэменениядиаметра луча при изменении то луча.Эту зависимость можно использовать дляазде большего улучшения разрешающей со6носгк,необхадкм- лишь осуществить,по фокусировку луча, т.е. изменение плотности тока луча в плоскости мяшени в 8 зависимости от величины тока луча по критерию максимума ВЧС в спектре видеосигнала. Эту задачу в данном устройстве решают экстремальный регулятор 5, управляемый усилитель 7 и сумматор 8, которые организуют вторую петлю обраьной связи. Подобная петля обратной связвг существует и в известном устройстве, но там она отслеживает лишь случайнью изменения тока луча, вызванные изменениями условий эксплуатации ЭЛТ, В предлагаемом устройстве она отслеживает санкционированные изменения тока луча, обусловленные наличием темных и светлых.участков изображения. Сигнал с выхода фильтра 15 нижних пространственных частот управляемый усни ли те ль 7 поступает на сумматор S, тце суммируется с сигналом источника 9 постоянного фокусирующего сигнала (например, напряжения или тока),, который обеспечивает оптимальную фокусировку« для среднего тока луча, необходимого для нормального считывания серых участ ков изображения. При передаче изображения, обладающего большим динамическим диапазоном яркостей, экстремальный регулятор 5 устанавливает на своем выходе такой потенциал, что управляемый усилитель 7 задает коэффициент усиления пространственно ф1шьтрованного видеосигнала, обеспечивающий максимум разрешающей способности. При изменении динамического диапазона яркостей передаваемо э . изображения изменяется и коэффициент усиления управляемого усилителя 7, задаваемый потенциалом с выхода экстремального регулятора 5. При этом каждый раз критерием выбора коэффициента усиления управляемого усилителя 7, т.е. мерой изменения фокусируюшего напряжения (тока), является максимум ВЧС в спектре видеосигнала. Для оптимального воспроизведения деталей изображения в полной - динамичеоком диапазоне яркостей сюжета необходимо осуществлять регулировку тока луча по критерию максимума ВЧС в спектре видеосигнала. Одновременно не- обходимо осуществлять и перестройку фокусировки луча по этому же критерию, ПОСКОЛЬКУ зависик-юсть четкости воспроизводимого изображения от тока луча при постоянном фокусирующем напряжении (токе) носит экстремальный характер. ЭтО вызывает построение системы автоматического управления параметрами луча 9 передающей телевизионной трубки в ви- це экстремальной системы авторегули- рования, имеющей две зависимых петли обратной связи. Введение в систему автоматического управления параметрами луча передающей .телевизионной трубки второй петли обратной связи, состоящей из экстремально го регулятора, управляемого усилителя и сумматора и, кроме того, содержащей . источник питаний управлтощего электрода, работающей по критерию ма симума высокочастотньхзс составляющих и осу ществляющей управление током луча и фокусировкой луча путем формирования сигнала управления из видеосигнала, пропущенного через фильтр нижних пространственных частот, по критерию максиму ма ВЧ составляющих в спектре видео, сигнала, отличает предлагаемую 10 81О систему от прототипа и базового обьвк та - блока АРР-9 в камере КТП-56. Предлагаемая система- имеет возмож-v кость передачи с максимально возмож ной четкостью мелких деталей изображения во всем динамическом аиапазоне яркостей передаваемого сюжета. Такая система, в отличие от блока АРР-б, который имеет разрешакицую способность в 500-550 ТВ-линий лишь в динамичео ком диапазоне яркостей 40 дБ, обеспечи(Вает разрешающую способность 5001550 ТВ-члиний в динамическом аиапазоне яркостей передаваемого сюжета 8О дБ. Ёведенве предлагаемой системы в раарабатываемые телекамеры позволяет применить передающие телевизионные трубки низш сортности по ср&внению с приме-, няемыми при сохранении качества изоб ражения, что удешевит стоимость эксплуатации телевизионных камер.

1. УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ЛУЧА ПЕРЕДАЮЩЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ТРУБКИ, содержащее последовательно . соединенные видеоусилитель, вход которого подключен к выходу блока передающей телевизионной трубки (ПТТ), фильтр верхни с частот, блок оценки энергии высокочастотных составляющих (ВЧС), экстремальный регулятор и управляемый источник фокусирующего сигнала, выход которого подключен к входу фокуси1Х вки блока ПТТ, отличающееся тем, что, с целью обеспечения максимальной разрещающей способности во всем динамическом диапазоне передаваемого изображения, в него введены последовательно соединенные дополнительный экстремальный регулятор, вход которого соединен с выходом блока сщенкн энергии ВЧС, и управляемый источник питания управляющего . электрода, выхоа которого подключен к управляющему восо ду блока ПТТ, а также фильтр нюкних пространственных частот, вхоц которого соединен с выходом видеоусилителя, а ВЫХОД подключен к вторым входам управляемого источника фокусирукядего сигнала и управляемого источника питания управляющего электрода. 2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что управляемый источник фокусирующего сигнала выпо1Ь нен в виде последовательно соедЕненньк управляемого усилителя, первый и второй § входы которого являются соответственно первым и вторым входами управляемого 1 источника фокусирующего сигнала, и сумматора, второй вход которого под- включен к выходу источника постоянного фокусирующего сигнала, а выход является выходом управляемого источника фокус рукицего сигнала. 3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что управляемый ис4 У точник питания управляющего электрроа вьшолнен в виде последовательно з х |ненных управляемого усилителя, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым . управляемого источника питания упрйапяющего электрода, и сумматора, второй . вход которого подключен к выходу источника питания управляющего электрода, а выход является выходом управляемого источника питания управпяюиюго электрода.