Способ формирования сигнала для коррекции искажений телевизионного изображения и устройство для его реализации Советский патент 1984 года по МПК H04N5/14 H04N5/19 

к входу данных процессора, а также генератор эталонного сигнала, генератор весового сигнала и генератор ортогональных сигналов, синхровходы которых соединены с синхровыходом датчика видеосигнала, управляющие входы генератора весового сигнала и генератора ортогональных сигналов подключены к второму выходу синхронизатора, третий выход которого соединен с установочным входом интегратора, выходы генератора весового сигнала и генератора ортогональных сигналов подключены к вторым входам перемножиуеля и блока весового суммирования соответственно, а выход генератора эталонного сигнала соединен с первым входом блока вычитания, втрой вход которого соединен с сигнал ьньм выходом датчика видеосигнала.

1. Способ формирования сигнала для коррекции искажений телевизионного изображения, основанный на формировании видеосигнала развертыванием оптического эталонного изображения, формировании синхронно с разверткой опорных сигналов, преобразований в сигнал предкоррекции в виде взвешенной суммы опорных сигналов и корректировки им сформированного в одеосигнапа, формировании сигнала ошибки из корректированного видеосигнала и сигнала коррекции с последующим формированием .сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов пропорционально сигналу ошибки и запоминанием их, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности формирования, одновременно с развертыванием оптического эталонного изображения формируют электрический эталонный сигнал, а при формировании сигнала ошибки сравнивают текущее значение Корректированного видеосигнала с текущим значением электрического эталонного сигнала по всей ш1ОП1ади растра, взвешивают и сравнивают по всей площади растра сигнал ошибки, а при формировании сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов минимизируют величину сигнала § ошибки изменением сигналов управления весовБми коэффициентами опорных сигналов и запоминают.соответ- ствующие этому минимуму сигналы управления. § ,2, Устройство формирования сигнала для коррекции искажений телевизионного изображения, содержащее датчик видеосигнала, перед оптическим входом которого расположена тест-таблица, а синхровыход соеди;о нен с синхровходом синхронизатора, - СП первый выход которого подключен к синхровходу процессора, два выхода которого соединены с соответствующими входами блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока весового суммирования, выход которого соединен с управляющим входом датчика видеосигнала, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно Соединенные блок вычитания, формирователь модуля сигнала, перемножитель и интегратор, выход которого подключен

Изобретение относится к области телевидения и может быть использовано Bf вещательном и прикладном телевидении в составе телевизионных (ТВ) систем автоматической корр ции искажений изображений в реальном масштабе времени.

Известен способ формирования сии нала для коррекции неравномерности фона ТВ изображения, основанный на том, что из видеосигнала, содержащего сигнал неравномерности фона, путем временной селекции устраняют синхронизирующие и гасящие импульсы, затем посредством фкпьтрации вьщеляют низкочастотные составляющие и получают тем самым корректирующий сигнал. Этот корректирующий сигнал вычитают из задержанного (на время задержки, обусловленное фильтрацией) видеосигнала и компенсируют таким образом неравномерность фона телевизионного изображения СО

Недостатком данного способа является низкая точность формирования сигнала для коррекции ТВ изображения, так как невозможно формиррвать корректирукидий сигнал ,сложного вида без искажейия ТВ изображения за счет компенсации в нем низкочастотной части спектра пространственных частот. Кроме того, данный способ не является универсальным, так как с его помощью невозможно формировать сигнал для коррекции других вцдов искажений IJB изображений (координатных искажений), искажений спектра пространственных частот.

Известен способ формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения, основанный на разбиении ТВ изображения на участки и формировании выборок корректирующего сигнала для каждого из участков изображения, одновременном считывании последовательностей выборок с опережением относительно кадровой развертки на время сканирования одного участка изображения с их последующим сглаживанием, прерываемым в интервале кадрового сиг,нала гашения, поочередном считьшании сглаженных последовательностей выборок в направлении строчной развертки с опережением относительно строчной развертки ТВ изображения на время сканирования одного участка изображения и с окончательным вторичньм сглаживанием, прерываемым в интервалах строчного сигнала гашения 2 J.

Однако и для данного способа характерны недостаточная точность формирования корректирующего сигнала, обусловленная наличием ошибки дискретизации в последнем, а также неуниверсальность, обусловленная возможностью формирования сигнала для коррекции только яркостных искажений.

Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому является способ формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения

основанный на формировании видеосигнала развертыванием оптического эталонного черно-белого изображения в виде периодически чередующихся по зонам идентичных тест-меток. Формируют сигнал для коррекции искажений ТВ изображения в виде первоначально взвешенной суммы опорных сигналов, генерируемых синхронно с ТВ разверткой. Далее, воздействуя этим сигналом на видеосигнал, полученный от оптического эталонного изображения, через цепи управления цветной передающей ТВ камеры (отклоняющую систему, усилитель видеосигнала) получают корректированный видеосигнал, после чего по зонам растра вьщеляют сигнал опгибки из корректированного видеосигнала путем измерения по зонам отклонений амплитуды и фазы корректированного видеосигнала от известных параметров тест-меток. По измеренным в каждой зоне сигналам ошибки определяют расчетным путем по специальным алгоритмам величину каждого из сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов, после чего вновь формируют сигнал для коррекции искажений ТВ изображения с определенными сигналами управле ния весовыми коэффициентами, получают кррректированньй видеосигнал, вьзделяют по зонам сигнал ошибки и снова определяют сигналы управления весовыми коэффициентами опорных сигналов и т.д. Определение сигналов управления продолжается до тех пор, пока сумма этих сигналов не перестанет уменьшаться или не станет меньше наперед заданного значения. После этого найденные сигналы управлени ч весовыми коэффициентами опорных сигналов запоминают и в соответствии с запомненными сигналами управления весовыми коэффициентами опорных сигналов окончательно формируют сигнал для коррекции искажений ТВ изображения в чиде взвешенной суммы опорных сигналов Сз 1.

Известно устройство для фоу мярования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения, содержащее датчик видеосигнала, перед оптическим входом которого размещена тест-таблица, а синхровыход соединен с синхровходом синхронизатора, первый

выход которого подключен к синхровходу процессора, два выхода которого соединены с соответствующими

входами блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока весового суммирования, выход которого соединен с управляющим входом датчика видеосигнала, выход которого соединен с первым входом блока детекторов рассогласования, второй вход которого соединен с выходом блока опорных отсчетов, выход которого через блок памяти зональных ошибок соединен с вторым входом

процессора З.

Известные способ формирования сигналов для коррекции искажений ТВ изображения и устройство позволяют формировать сигнал для коррекции с более высокой точностью, так как учитывается при формировании корректирующего сигнала работа исполнительных (формирующих) блоков и

эффективность ввода корректирующего сигнала в видеосигнал через цепи управления.

Недостатком известного способа является невысокая точность формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения. Это обусловлено тем, что при определении величины каждого из сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов используют лишь ограниченное число дискретных по времени (по зонам) отсчетов сигналов ошибки. Поэтому точность формирования сигнала для коррекции искажеНИИ ТВ изображения по всей площади растра ограничена наличием ошибки дискретизации. Увеличение числа зон разбиения ТВ изображения приводит к значительному усложнению системы и увеличению объема вычислений при определении величин сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов и тем самым к снижению точности их определения.

Кроме того, точность формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения ограничивается большой дисперсией отсчетов сигналов ошибки по зонам из-за наличия шума, поскольку при получении отсчетов

сигналов ошибки по зонам используются точечные выбор си текущего значения корректированного видеосигнала в каждой зоне. Дисперсию отсчетов сигналов ошибки можно уменьшить путем усреднения каждого из них по времени от кадра к кадру. Однако при этом значительно увеличится вре мя формирования сигнала для коррекции. Точность формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения также снижается за счет того, что качество коррекции искажений ТВ изображения оценивается по сумме сигналов управления вебовыми коэф-, фициентами опорных.сигналов, а не по каждому отдельно взятому сигналу управления. Это может привести к тому, что найденные величины отдель ных сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов будут неоптимальными по отношению к наилучшему достижимому качеству коррекщш искажений ТВ изображения. Кроме того, известный способ не является универсальным, так как с его помощью возможно формировать сигнал лишь для коррекции координатных и яркостных искажений ТВ изображения, поскольку измеряются сигналы ошибки, вызванные только этими искажениями. Сигналы ошибки при формировании сигналов для коррекции яркостных и геометрических искажений измеряются неидентично, а сигналы управления весовыми коэффициентами отдельных опорных сигналов также определяются по разным ал горитмам. Это затрудняет унифика1 1ю аппаратуры, реализунмцей способ. Цель изобретения - повьш1ение точ ности формирования. Цель достигается тем, что соглас но способу формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображений основанному на формировании видеосигнала развертыванием оптического эталонного изображед ия, формировании синхронно с разверткой опорных сигналов, преобразовании их в сигна предкоррекции в виде взвешенной суммы опорных сигналов и корректиро ки им сформированного видеосигнала, формировании сигнала ошибки изкорректированного видеосигнала и сигнала коррекции с последующим фор мированием сигналов управления весо выми коэффициентами опорных сигнало пропорционально сигналу ошибки и запоминанием их, одновременно с раз вертыванием оптического эталонного изображения формируют электрический эталонный сигнал, а при формировании сигнала ошибки сравнивают текущее значение корректированного видеосигнала с текущим значением электрического эталонного сигнала по всей площади растра, взвешивают и сравнивают по всей площади растра сигнал ошибки, а при формировании сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов минимизируют величину сигнала ошибки изменением сигналов управления весовыми коэффициентами опорных сигналов и запоминают соответствующие этому минимуму сигналы управления. Кроме, того, в устройство формирования сигнала для коррекции искажений ТВ изображения, содержащее датчик.видеосигнала, перед оптическим входом которого расположена тест-таблица, а синхровыход соединен с синхровходом синхронизатора, первый выход которого подключен к синхровходу процессора, два выхода которого соединены с соответствующими входами блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока весового суммирования, выход которого соединен с управляющим входом датчика видеосигнала, введены последовательно соединенные блок вычитания, формирователь модуля сигнала, перемножитель и интегратор, выход которого подключен к входу данных процессора -, а также генератор эталонного сигнала, генератор весового и генератор ортогональных сигналов, синхровходы которых соединены с синхровыходом датчика видеосигнала, управляющие входы генератора весового сигнала и генератора ортогональных сигналов подключены к второму выходу синхронизатора, третий выход которого соединен с установочным входом интегратораj выходы генератора весового сигнала и генератора ортогональных сигналов подключены к вторым входам перемножителя и блока весового суммирования соответственно , а выход генератора эталонного сигнала соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с сигнальньм вы- . ходом датчика видеосигнала. На фиг. 1 приведены временные диаграммы; на фиг. 2 - структурная электрическая схема устройства. Способ осуществляется следующим образом. Получают видеосигнал S(t) развер тыванием оптического эталонного изображения в виде чередующихся по произвольному закону черных, серых и белых участков. Этому видеосигналу присущи яркрстные, геометрические искажения и искаже чия спектра пространственных частот. Одновременно формируют электронным способом электрический эталонный сигнал (эталон) Sj(t), г.е. сигнал, который должна формировать идеальная ТВ камера от эталонного изображения в случае отсутствия в ней всех видов искажений (фиг. 1а, для чернобелого эталонного изображения). Кро ме того, синхронно с ТВ разверткой формируют систему (набор) опорных с.игналов (t) определенных по полю растраi Далее воздействуют на полученный видеосигнал S(t) через цепи управления ТВ камеры (фо кусирующую и отклоняющую систему, видеоусилитель, электроды эл ектронно-лучевой трубки, -у-корректор) сигналом для корг ек1щи 4(t), сфор мированным в виде первоначально взв шенной суммы опорных сигнгшов 4j(t и получают первоначально корректированный видеосигнал S (t) (фиг, 1 б (t), 4(t)K d 4-(0, ,Tv l«(t) где f -функция передачи сигнала, для коррекции в видеосигнал цепью управления ТВ к меры -текущее время} -число опорных сигналов) d - весовые коэффициенты; Т, - период кадровой развертки После формирования первоначально корректированного видеосигнала вьщеляют сигнал ошибки Sp(t). Для этого сравнивают текущее значение первоначально корректированного ви деосигнала с текущим значением тес сигнала и.вьщеляют отличия между ними по всей площади растра (фиг. т). При этом сигнал ощибки может быть получен в виде модуля (фиг. 1 или квадрата разлости и характеризует распределение всех видов иска жений по площади растра, а следовательно, и точность первоначально Сформированного сигнала для коррекции искажений в любой точке растра. Если необходимо отдать предпочтение какой-либо области растра, формируют взвешенный сигнал ощибки . Sou,(t) , где u(t) - весовой сигнал, характеризующий распределение по площади растра требуемой точности формирования сигнала коррекции. После этого производят оценку f взвешенного сигнала ошибки либо усреднением, либо нахождением максикальногр значения взвешенного сигнала ошибки по всей площади растра. После получения оценки р взвешенного сигнала ошибки tio всей плопщди растра находят минимум этой оценки путем варьирования сигналов управления весовыми коэффициентами oi,опорных сигналов Vj(t). Нахождение минимума оценки по совокупности параметров oij , , 1, ..., N-1 представляет собой задачу многомерной оптимизации, которая может быть решена одним из известных методов нелинейного программирования, например, методом покоординатного спуска, методом сопряженных градиентов Флетчера-Ривса и т.п. Для этой цели может быть применен процессор. Значения сигналов управления весовыми коэффициентами cL опорных сигналов , при которых достигается минимум оценки, являются оптимальными, поэтому их запоминают, и в соответствии с запомненными сигналами управления формируют окончательно сигнал для коррекции искажений ТВ изображения. k -. . , При формировании сигналов для коррекции искажений цветных ТВ изображений вышеописанным способом сначала формируют сигналы для коррекции видеосигнала яркостного канала и получают окончательно корректированный видеосигнал яркостного канала путем введения через управляющие цепи этого канала окончательно сформированных сигналов для коррекции яркостных, геометрических .. искажений и искажений спектра пространственных частот. Затем формируют подобным же способом сигналы для коррекции видеосигналов цветоделенных каналов с той ;шшь разницей, что используют в качестве эталонного сигнала Sj(t) окончательно корректированный видеосигнал яркостного канала от оптического эталонного изображения. Изобретение позволяет с высокой точностью формировать корректирующий сигнал, поскольку устранены ошибки дискретизации и высока степень сглаживания шумов при формировании сигнала для коррекции с помощью вновь введенных операций. Точность формирования сигнала для коррекции определяется числом и видом опорных сигналов (t) и тем выше, чем больше число опорных сигналов и чем ближе они по форме с функцией, описывающей расп ределение искажений по полю растра. Так как в большинстве случаев искажения ТВ cиcтe ы описьшаются гладкими функциями, то целесообраз но в качестве опорных сигналов использовать систему базисных ортоно мированных сигналов, определенных на поле растра, например, систему сигналов Лежандра, Чебьппева. Это позволяет получить максимальную точность формирования сигнала для коррекции ТВ изображений при задан ном числе опорных сигналов, а также сократить время на его формирование, так как в этом случае поиск оптимальных значений сигналов упра ления весовыми коэффициентами А.оп ных сигналов будет производиться незавигимо друг от друга. Формирование таких опорных сигналов возможно табличным методом с помощью генератора ортогональных сигналов. Кроме того, можно сравнительно про то и идентично формировать сигнал для коррекции любого вида искажени ТВ изображения, так как формирование сводится к нахождению по едино алгоритму оптимальных значений сиг налов управления весовыми коэффици .тами опорных сигналов по минимуму оценки по всей площади растра взве шенного сигнала ошибки, в которой содержится информация обо всех вид искажений ТВ изображения. Поскольку распределений различных видов ТВ искажений описываются по полю растра приблизительно одинаковыми гладкими функциями, то можно использовать единую систему опорных сигналов. Таким образом, изобретение является универсальным, позвол щим значительно упростить и унифицировать аппаратуру для его реализации. Предлагаемое устройство для формирования сигналов коррекции искажений ТВ изображения содержит датчик 1 видеосигнала, тест-таблицу 2, синхронизатор 3, генератор 4 эталонного сигнала, генератор 5 весового сигнала и генератор 6 ортогональных сигналов, процессор 7, блок 8 памяти, блок 9 весового суммирования, блок 10 вычитания, формирователь 11 модуля сигнала, перемножитель 12, интегратор 13. I Устройство работает следующим образом. Датчик 1 видеосигнала считывает (фиг. 1а) оптическое эталонное изображение с тест-таблицы 2. На сигнальном выходе датчика 1 видеосигнала формируется искаженный видеосигнал (фиг. 16). В качестве датчика 1 может быть использована передающая ТВ камера любого типа, в т. ч. один из цветоделенных каналов цветной ТВ камеры. Для кор- рекции искажений к управляющему входу (к фокусирующе-отклоняющей системе, видеоусилителю, j-корректору, электродам электронно-лучевой трубки и т.д.) датчика 1 видеосигнала по сигнальной шине подаются сигналы для коррекции искажений ТВ изображения с выходов блока 9 весового суммирования. Каждый отдельный сигнал для коррекции искажений представляет собой взвешенную сумму ортогональных сигналов, определенных на поле растра и синхронных с ТВ разверткой. Поэтому для формирования корректирующих сигналов по сигнальной шине поступает на второй В5СОД блока 9 набор (система) ортогональных сигналов с выхода генератора 6 ортогональных сигналов, а на первый вход блока 9 подаются по шине данных с выхода блока 8 памяти сигналы управления весовь1ми коэффициентами ортогональных сигналов в виде двоичных кодов. Перед началом формирования сигналов для коррекции искажений ТВ изображения на втором выходе процессора 7 устанавливаются начальные значения сигналов управления весовыми коэффициентами ортогональных сигналов для каждого из формируемых

корректирующих сигналов. Эти начальные значения сигналов управления подаются по шине данных в виде двоичных :одов на информационнь1й вход блока 8 и записьшаются в его соответствукнцие регистры по адресу приходящему по шине адреса в виде двоичного кода с третьего выхода процессора 7 иа вход записи блока 8 Вследствие этого на выходе блока

9весового суммирования формируются сигналы для коррекции искажений ТВ изображения в виде первоначально взвешенных сумм ортогональных сигналов. Эти сигналы воздействуют на цепи управления датчика 1 видеосигнала, на сигнальном выходе которого формируется первоначально корректированный видеосигнал от оптического зталонного изображения. Далее видеосигнал подается на первый вход блока 10 вычитания, а на второй вход - сигнал с выхода генератора 4 зталонного сигнала. В цветных ТВ камерах в качестве зталонного сигнала может служить видеосигнал на выходе предварительно настроенного по указанному способу яркостного канала. На выходе блока

10формируется разностный сигнал (фиг. 1, в, г), которьй подается на вход формирователя 11 модуля сигнала. На выходе формирователя

11получается сигнал ошибки

(фиг. 1д), представляющий собой модуль разности текущих значений первначально корректированного видеосигнала и электрического эталонного сигнала. Сигнал ошибки характеризует распределение по полю растра всех видов ТВ искажений в первоначально корректированном видеосигнале, а следовательно, и точность формирования первоначально сформированного сигнала для коррекции искажений. Сигнал ошибки с выхода формирователя. 11 подается на первый вход перемножителя 12, на другой вход которого поступает весовой сигнал с выхода генератора 5 весового сигнала. Форма весового сигнала подбирается такой, чтобы обеспечить требуемую точность коррекции ошибок по площади растра На выходе перемножителя 12 формируется взвешенный по полю растра сигг нал ошибки, который подается на вход интегратора 13, на установочный вход которого подается импульс

сброса, формируемый на третьем выходе синхронизатора 3 через одно поле ТВ развертки в конце кадрового гасящего импульса- Интегратор 13 формирует в конце прямого хода кадровой развертки интегральную оценку р , которая однозначно определяет качество коррекции искажений видеосигнала и, следовательно, точность формирования сигналов для

o коррекции. Интегральная оценка поступает на вход процессора 7, где преобразуется в двоичный код и записывается в соответствукяцую ячейку памяти его оперативного запоми5нающего устройства (ОЗУ) в момент прихода на синхровход процессора 7 импульса записи, формируемого на первом выходе синхронизатора 3. После этого процессор 7 изменяет

0 по заданной программе на своем втором выходе значения сигналов управления весовыми коэффициентами ортогональных сигналов относительно их предшествующих значений. Эти

5 измененные сигналы управления прикладываются через блок 8 памяти к первому входу блока 9 весового суммирования, на выходе которого формируются измененные сигналы для

0 коррекции искажений ТВ изображения, которые подаются на вход упразпения датчика 1 видеосигнала. На выходе датчика 1 формируется вновь корректированный видеосигнал, те5куЕцие значения которого вновь сравниваются с текущими значениями злектрического зталонного сигнала, аналогично как и для первоначально корректированного ввдеосигнала.

0 На выходе интегратора 13 вновь формируется отсчет интегральной оценки р , который определяет точность формирования сигналов для коррекции искажений ТВ изображения при

5 измененном значении сигналов управления весовьо и коэффициентами ортогональных сигналов, которые вновь записываются в соответствующие ячейки памяти ОЗУ процессора 7. Таким образом, в памяти ОЗУ процессора 7 записываются от кадра к кадру отсчеты интегральной оцен и соответствующие им отсчеты значений сигналов управления весовыми коэффициен5тами ортогональных сигналов. Процессор 7 вычисляет по этим значениям оптимальные значения oij каждого из сигналов управления, при которых достигается минимум оцбнки 5 , .используя один из алгоритмов численной минимизации, программа которого записана в постоянное запоминающее устройство процессора 7 Вычисленные оптимальные значения сигналов управления весовыми коэффициентами ортогональных сигналов аналогичным образом записываются в соответствующие регистры блока 8 памяти. С помощью этихсигналов уп равления на выходе .блока 9 весового суммирования окончательно формируются сигналы для коррекции искажений ТВ изображения, лсоторые воздействуют на видеосигнал через соответствующие цепи управления датчиком 1 видеосигнала. Сигналы для коррекции искажений видеосигналов цветоделенньос каналов камер цветного телевидения формируются аналогично, с той лишь разницей, что в этом случае в качестве элект рического эталонного сигнала испол зуется окончательно корректированный видеосигнал яркостного канала от оптического эталонного изображе ния. Это позволяет минимизировать взаимные искажения цветоделенных каналов относительно друг друга. Введение новых функциональных блоков и узлов выгодноотличает предлагаемое устройство от известного . Изобретение позволяет в 2-3 раза повысить точность формирования сигналов для коррекции искажений ТВ изображения, обеспечивая, в частности, в камерах цветного телевидения автоматическое управление порядка 130 параметрами сигналами управления весовыми коэффициентами при ортогональных сигналах. При этом идентично формируются сигналы для коррекции: неравномерности уровня черного и установки его эталонного значения; неравномерности уровня белого и установки его эталонного значения; неравномерности и установки уровня серого путем регулировки нелинейности амплитудной характеристики ТВ тракта; геометрических искажений по горизонтали и вертикали, в т.ч. взаимных рассовмещений растров в камерах цветного телевидения; неравномерности фокусировки по полю изображения и установки наилучшей фокусировки; тока считывакщего луча по полю растра и др. Наибольшую эффективность от использования изобретения можно получить при применении его в вещательном и прикладном телевидении для комплексной настройки куста передающих ТВ камер. При этом сокращается количество лиц обслуживающего персонала, повышается качество ТВ изображения, существенно снижается время на настройку.

Контрольный уровень

J1оело&о контрадьньи

Контрольный уровень -О--сг;::7 черного

Уровень гашения

(Put. 2