Способ формирования телевизионного сигнала Советский патент 1984 года по МПК H04N9/04 

Изобретение относится к приклад ному и вещательному телевидению и может быть использовано при реализа ции систем с применением матричных преобразователей свет-сигнал. Известен способ формирования тел визионного (ТВ) сигнала, основанный на проецировании светового потока на фоточувствительные элементы преобразователя свет-сигнал (ПСС,). по элементам считывания ТВ сигнала в течение кадра с последующим преобразованием в ТВ сигнал l . Недостатком известного способа формирования являются потери разрешающей способности ТВ изображения и следовательно, числа элементов разрешения соответствуклцих сформированных ТВ сигналов. В случае исполь зования в качестве ПСС электровакуу ных приборов потери разрешающей способности вызваны неточностями формирования растра при считывании ТВ сигнала. ОсЛовным фактором, вызывающим потери числа элементой разрешения сформированных ТВ сигналов в системах с использованием МПСС, является низкое по отношению ПСС электровакуумного типа число фоточувствительных элементов в пределах растра. Б твердотельных МПСС например, типа ПЗС с достаточно высоким по отношению к электровакуумным ПСС числом фоточувствител ных элементов (порядка 1000 - 1200 элементов по строке и 580 - 650 элементов в вертикальном до растру направлении, т.е. с числом элементо N 1200 650) проблема формирования растра решается достаточно просто и фактически не влияет на разрешающую способность ТВ изображения, однако их-изготовление затруднено, особенно это касается МПСС с повыше ной по отношению к стандарту вещательного телевидения разрешающей способностью. . Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности используемлй в системах прикладного телевидения способ формирования ТВ сигнала, основанный на проецировании светового потока на фоточувстви тельные элементы МПСС, относительном смещении по горизонтали фоточув ствительных элементов МПСС, в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточувствительного элемента, поэлементном считывании ТВ сигнала в течение кадра с последующим преобразованием в ТВ сигнал 2 . Данный способ позволяет увеличит разрешающую способность МПСС и, соответственно, уменьшить характерные для аналога потери числа элементов разрешения сформированного ТВ сигнала. Однако недостаточное число элементов разрешения, соответствующих сформированному ТВ сигналу, обусловлено недостаточным числом фоточувствительных элементов современных МПСС. Цель изобретения - увеличение числа элементов разроления телевизионного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования телевизирнного сигнала, основанному на проецировании исходного светового потока на фоточувствительные элементы матричного преобразователя свет - сигнал, относительном смещении по горизонтали фоточувствительных элементов МПСС в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточувствительного элемента, поэлементном считывании сигнала в течение кадра с последующим преобразованием в телевизионный сигнал, при проецировании исходный световой поток двумерно дискретизируют с числом элементов, в п раз большим числа фоточувствительных элементов МПСС,, поочередно в течение кадра периодически проецируют дискретные элементы светового подтока на фоточувствительные элементы МПСС, при этом проецирование каждого из дискретизированных элементов светового потока прерывают с частотой кадров, время его проецирования в интервале каждого кадра устанавливают в п раз меньшим длительности кадра, частоту поочередного проецирования в интервале кадра элементов светового потока на соответствующий элемент МПСС устанавливают в п раз большей частоты кадров, а поэлементное считывание сигнала производят в моменты начала интервалов прерывания в проецировании дискретизированных элементов исходного светового потока, считанные за время ладра сигналы накапливают. При проецировании исходного светового потока двумерное дискретизирование осуществляютотносительным перемещением элементов двумерно дискретизированного светового потока и фоточувствительных элементов МПСС. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего спосоР формирования ТВ сигнала; на фиг. 2 - один из вариантов реализации двумерной дискретизаций светового потока; на фиг. 3 - пространственно-временные диаграммы последовательности прерывания при проецировании элементов светового потока для избранного варианта двумерной дискретизации.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит блок 1 автоматического смёщения оси проецирования, оптическую систему 2, блок 3 дискретно-оптического прерывания, блок 4,двумерно-оптической дискретиэ ации и оптического согласования, бло| 5 матричного преобразователя свет-сиг-i нал, блок б адресного распределения сигналов, блок 7 накопления и преобразования, формирователь 8 ТВ сигнала, синхрогенератрр 9 и формирователь 10 управляющих сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от объекта наблюдения поступает на блок 1 автоматического смещений оси проецирования , который периодически во времени дискретно смещает ось проецирования светового потока по ортогональной продольной оси светового потока замкнутой траектории. Подобное смещение может быть реализовано с использованием, например, качакадихс или вращающихся плоско-параллельных пластин и зеркал и т.д.

Смещенный по замкнутой траектори световой поток через оптическую систему 2 поступает в плоскость промежуточного изображения на блок 3 .дискретно-оптического прерывания. Положение участков пропускания светового потока в блоке 3 может автоматически изменяться по Заданной траектории. Введение в устройство блоков 1 и 3 позволяет реализовать усложненный закон изменения относительных по отношению к исходному положению в плоскости промежуточного изображения светового потока координат участков пропускания светового потока во времени. При этом упрощается практическая регшизация блоков 1 и 3 и облегчается управление указанными блокам.

Дискретизированный в блоке 3 на участках пропускания (проецирования на МПСС) и прерывания световой поток поступает на блок 4 двумернооптической дискретизации и оптического согласования, который выполнен в виде световода, состоящего из дискретных светопроводов, число которых, на выходе световода в целое число раз п меньше, чем на выходе (фиг.2б). При этом общее число светопроводов световода в плоскости входа световода (ПС) выбирают кратным числу фоточувствительных элементов МПСС, Часть общего числа .светопроводов световода, попадающая в пределы суммарной площади участков пропускания светового потока, спроецированных в плоскость входа световода, вь1бирается равной числу

фоточувствительных элементов МПСС. Сближением, параллельным объединением и изменением формы светопроводов в пространстве световода, имею щих в каждом из смежных участков 5 пропускания и участков прерывания светового потока идентичные координаты, получают в плоскости выхода световода число, конфигурацию и расположение светопроводов, экви10 валентное числу, конфигурации и расположению фоточувствительных элементов в МПСС.

В блоках 1 и 3 соответственно смещением оси проецирования све5 тового потока и изменением координат участков пропускания обеспечивают дискретное периодическое перемещение по фиксированной зам- кнутой траектории, соединяющей в

Q пространстве центры смежных участков пропускания и прерывания светового .потока, и установление во времени координат участков пропускания светового потока в плоскости входа блока 4 (световода). При

5 этом интервал однократного перемещения устанавливают равным размеру участка пропускания. Число перемещений в одном из направлений указанной траектории перемещений, напри0 мер прямом, выбирают равным отношению площади участков прерывания светового потока к площади участков ,пропускания, т.е. равным п. Частоту перемещений устанавливают равной

5 частоте кадров сформированного ТВ

сигнала, умноженной на число перемещений водном из направлений замкну. той траектории.

В блоке 1, например, может быть

0 реализована любая необходимая во времени траектория изменения положения светового потока по оси У в плоскос. ти промежуточного изображения, а в блоке 3 - по оси X.

Существуют различные варианты

5 выполнения двумерно-оптической дискретизации светового потока, оптического сопряжения элементов светового потока с фоточувствитёльными элементами МПСС и реализации относи тельных перемещений участков пропускания светового потока в плоскости промежуточного изображения. Один из возможных вариантов регщизации перечисленных операций иллюстрационно

5 представлен на фиг.2 и 3.

В частности, на фиг. 2 а показана плоскость входов световода. Число светопроводов световода N(. 10 6 60. Светопровода, отмеченные

0 цифрами 1, 2, 3, 4, объединены в плоскости фоточувствительной матри. цы (ПСМ), т.е. в плоскости ШСС в один светопровод. С помощью прерывателя (маски) реализу5 ется .последовательный во времени анализ элементов светового потока. В первом положении прерывателя (фиг.За ) на фоточувствительные эле менты МПСС проецируются элементы светового потока/отмеченные цифрой 1. Во втором положении прерывателя (фиг.Зб ) на эти же элементы МПСС проецируются элеменгы светового потока, отмеченные цифрой 2. Аналогичным образом (фиг.З Ь иг)

проецируются элементы светового потока, отмеченные цифрами .3 и 4.

Таким образом, проецирование полного числа элементов реализуется последовательно во времени за четыр цикла. На фиг.З и в представлены пространственно-временные диаграмма, отражающие во времени отностельные смещения прерывателя в горизонтёшьном (X) и вертикальном (У) направлениях в пространстве. При этом начальные координаты X и У) прерывателя приняты равными нулю для фиг. За.В моментах фиксации положения прерывателя (интервалы времени Т(, Tg т , Т4 на фиг. 3 ие ) осуществляется проецирование элементов светового потока на фоточувствительные элементы блока 5 МПСС.

Последовательные считывания сигналов в МПСС осуществляются в моментах, дискретных периодических изменений, т.е. смещений относительных координат участков пропус.кания в.плоскости промежуточного изображения (интервалы времени Т на фиг.З (J , е ) , За счет такого -изменения координат участков пропускания в устройстве выполняется принЩ1и периодического последовательного во времени оптического сканирования всей плоскости (всех элементов) светового потока. Соответствующие последовательно во времени считанные сигналы с выхода МПСС содержат информацию о полной разрешающей способности ТВ изображения. Сигналы с выхода блока 5 МПСС поступают на блок б адресного распределения сигналов. В блоке 6 реализуется автоматическое во времени подключени соответствующих выходов блока 6 к соответствующим входам блока 7 накоплений И| преобразойания. Вследствие этого считанные сигналы в необходи,мом порядке заполняют соответствующие ячейки памяти блока накопления и преобразования 7. Накопленная в блоке .7 информация последовательно во времени выводится из бЛока 7 с постоянной скоростью в виде ТВ сигнала с заданными параметрами дискретизации.

Синхронизация, устройства осуществляется от синхрогенератора 9. Синхронизирующие сигналы от блока 9 поступают на формирователь 10 управляющих сигналов, сигналами от которого управляются блоки 1, 3, 5, 6, и формирователь 8.

На фиг. 2 и 3 рассмотрен вариант когда участок пропускания (проецирования j охватывает в плоскости световода лишь один светопровод. Однако возможны и -варианты с размещением в каждом участке пропускания группы светопроводов. Тогда в объеме светопровода объединяются светопроводы симметрично расположенные в смежных участках пропускания и непропускания. В результате этого реализуется передача оптической ийформации , В выходную плоскость световода и, следовательно, на фоточувствительные элементы МПСС. Переключением относительных координат участков прпускания и прерывания светового потока реализуется периодическая последовательная во времени запись (проецирование) оптической информации от всей совокупности участков пропускания и непропускания на фоточувствительные элементы МПСС. В моментах изменения (переключения) относительных координат участков пропускания осуществляется считывание (более перспективным является параллельное считывание) информации с МПСС. Сигналы, соответствующие различным участкам пропускания, накапливаются в соответствующих ячейках памйти с последующим периодическим формированием кадра ТВ сигнала после завершения каждого предыдущего цикла накопления ийформации от всей площади светового потока. Однако при увеличении относительных размеров участков пропускания в плоскости световода в сформированном ТВ сигнале могут появиться искажения, обусловленные нет ностями установления и перемещения участков пропускания в процессе процирования оптической информации. Уменьшение заметности подобного вида искажений может достигаться нарушениями в пространств непрерывности и во времени неизменности траектрий движения участков пропускания в процессе проецирования. Смежные, например, в одном из фиксированных направлений плоскости промежуточного изображения участки прерывания и пропускания светового потока могут размещаться с ортогональным указанному фиксированному напралению статическим смещением на интервал, кратный в плоскости световода линейному размеру отдельного светопровода в направлении, совпадающем с направлением статического смещения. Дискретные во времени периодические перемещения, считывания и накопления считанных сигналов осу .ществляются в данном случае при общем перемещении участков пропускания в прямом по фиксированной траектории перемещения направлении. По завершении;- перемещений участок пропускания воз вращается в обратном направлении со. смещением исходного в плоскости промежуточного изображения положения участка пропускания светового потока на интервал, кратный в плоскости входа световода линейному раз меру отдельного светопровода. Участки прерывания и пропускания светового потока иногда делесообразно устанавливать в статическое в плоскости промежуточного изображения положение. Относительные дискретные периодические изменения координат участков пропускания и прерывания светового потока по замкнутой фиксированной в плоскости промежуточного изображения траектор могут быть реализованы в таком случ за счет дискретных периодических смещений оси проецирования световог потока в плоскости промежуточного изображения. Следовательно, заданные относительные изменения координат участков пропускания в плоскоети промежуточного изображения обеспечиваются при этом изменениями угла проецирования светового потока по соответствующей траектории. В ре зультате упрощается процесс проецирования оптической информации на фоточувствительные элементы МПСС, Дискретизация может в таком случае также упрощаться за счет определенного размещения светочувствительных элементов МПСС в плоскости ортогонального сечения светового потока и дискретизации светового потока непосредственно элементами (группами элементов) МПСС, относительные координаты которых дискретно периодически. изменя1 т во времени и в пространстве указанной плоскости св тового потока по замкнутой траектории. Необходи1« е прерывание при этом осуществляют относительным перемещением элементов светового по тока и фоточувствительных элементов МПСС. . Таким образом, изобретением реал зована возможность обмена высокой временной разрешающей способности современных твердотельных МПСС (низ кая- инерционность накопления) на пространственную разрешающую способ ность ТВ изображений. При этом за счет предварительной дискретизации исходного светового потока на участки с прорыванием и пропусканием световой энергии реализуется уменьшение количества пространственной информации до согласования послепней с соответствукхцей информативной емкостью МПСС. Участки пропускания и прерывания световой энергии проецируют во входную плоскость световода. Размеры дискретных светопроводов световода должны обеспечивать во . входной плоскости пространственный анализ оптической информации с заданной четкостью. Изобретение позволяет, осуществить формирование ТВ сигналов, обеспечивающих воспроизведение ТВ изображений заданной четкости, при исполь- зовании МПСС с относительно пониженными общими количеством и пространственной плотностью фоточувствительных элементов. Применением предлагаемого способа обеспечивается упрощение требований к разрешающей способности МПСС. Известно, например, что с увеличением числа светочувствительных элементов резко падает в уело- , ВИЯХ современного производства твердотельных МПСС процент выхода годных к эксплуатации приборов и, следовательно, резко возрастает стоимость последних. Значительно снижаются в данном случае эксплуатационные характеристики готовых МПСС. Механическая прочность, надежность, большой срок службы, малые габариты, небольшая потребляемая мощность, высокая чувствительность и низкая инерционность твердотельных МПСС обусловливает преимущественность их использования в промышленности. Применение предлагаемого способа формирования ТВ сигнала -позволяет при сохранении достаточно высокого качества ТВ изображений во многих случаях отказаться от МПСС с повышенной разрешанвдей способностью и получить соответствукяций экономический эффект или реализовать более высокое качество изображений при внедрении изоб зетения в известные системл. Наряду с этим- изобретение позволяет на базе созданных .в настоящее время МПСС и элементов памяти разработать аппаратуру с повышенной разрешающей способностью, имеющую лучшие свойства твердотельных МПСС. о@о« о ч)о «в « о0ово ио « ) о и оQо о )о «)© «) я/ д( ййгг 0 т и If г.г

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА, основанный на. проецировании исходного светового потока на фоточувствительные элементы матричного преобразователя свет - сигнал (МПСС), относительном смещении по горизонтали фоточувствительных элементов МПСС в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточуэствительного элемента, поэлементном считывании сигнала в течение кадра с послег дующим преобразованием в телевизионный си гн ал , отл и ч ающий ся тем, что, с целью увеличения числа элементов разрешения телевизионного сигнала, при проецировании исходный световой поток двумерно дискретизируют с числом элементов, в п раз большим числа фоточувствительных элементов МПСС, поочередно в течение периодически проецируют дискретные элементы светового потока на фоточувствительные элементы МПСС, при этом проецирование каждого из дискретизированных эле- . ментов светового потока прерывают с частотой кадров, время его проецирования в интервале каждого кадра устанавливают в п раз мень.шим длительности кадра, а частоту поочередного проецирования в интервале кадра элементов светового потока на соответствуюпшй элемент МПСС устанавливают в п раз большей частоты кадров, а поэлементное счи(Л тывание сигнала производят в моменты начала интервалов прерывания в с проецировании дискретизированных э;дементов исходного светового потока, считанные за время кадра сигналы накапливают. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем,что при проецировании исходного светового потока двУмерное дискретизирование осуществляют относительным перемещением элементов двумерно дискретизированного светового потока и фоточувствительСП ных элементов МПСС. 8ы}( 8

Q Ш Ш Q

1-flg а Ш Q Ш

Шо Q Q Q Ш

2X0 хо 8KB Юхе а

% ito

00000

00000

1Ио

Х I

2X0 КО в/о дм WXO

S

0 Ш

ш и

и 01

Дг / ftfo /flJftf

Ш ш

ш ЕЯ

Ш

§и 8X0 Ш