Устройство для регистрации импульсных световых изображений Советский патент 1984 года по МПК H04N5/30 

генератора, прямой строчный Bbixojtj которого через блок запуска соеди1117859

йен с управляющим входом счетчика времени накопления.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕгаСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ СВЕТОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее блок приборов с зарядовой связью (ПЗС), вход накопления которого соединен с первым выходом счетчика времени накопления, вход переноса строк соединен с инверсным строчным выходом синхрогенератора, прямой строчный выход которого соединен с первым управляющим входом блока ПЗС и счетным входом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, тактовый выход синхрогенератора соединен со счетными входами счетчика времени накопления, счетчика времени обратного хода кадровой развертки и тактовым входом блока ПЗС, кадровый вход которого соединен с первым выходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, выход блока ПЗС соединен с информационным входом видеопроцессора, управлякщие входы которого являются входами сигналов Тест, Фон, Свет, причем входы сигналов Фон и Свет соединены через первый элемент ИЛИ с первым входом блока запуска, вход установки нуля которого соединен с вторым выходом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, управляющий вход которого соединен с вторым выходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, а также второй и третий элементы ИЛИ, о тличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона регистрируемых изображений и уменьшения высокочастотных искажений, в него введен генератор тестовых сигналов, управляющий вход которого соединен с входом сигнала Тест видеопроцессора, первый информационный вход соединен с тактовым выходом синхрогенератора, вход установки нуля соединен с вторым выходом счетчика прямого хода кадровой развертки, второй инфорг махщонный вход генератора тесто- , вых сигналов соединен с прямым строчным выходом синхрогенератора, первый выход соединен с информационным входом блока ПЗС, второй инфор мационный выход соединен с первым 00 входом второго элемента ИЖ, втосд рой вход которого соединен с вторым ф выходом счетчика времени накопления, выход второго элемента ИЛИ соединен с управляющим входом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента ШШ, второй вход которого .соединен с первым выходом счетчика времени накопления, выход третьего .элемента ИЛИ соединен с входом блокировки строчных импульсов синхро

Изобретение относится к регистрации световых изображений и может быть использовано при исследовании физических процессов, вызывающих импульсные световые вспьшки.

В качестве преобразователей светового изображения используются матрицы на приборах с зарядовой связью (ПЗС), так как они обеспечивают минимальные геометрические искажения, имеют малые габариты и вес,

Известно устройство для регистрации световых изображений, содержащее ПЗС-матрицу, управляющие входы которой соединены с выходами соответствзпщих формирователей фазных напряжений (ФФН), первые входы первого и второго ФФН соединены с прямым выходом счетчика времени переноса и первым управляющим входом усилителя-формирователя, выход задающего генератора соединен с первым входом третьего ФФН, выход первого делителя частоты соединен с вторыми входами первого и второго ФФН, первым входом элемента И, входом второго делителя частоты, счетньй входом счетчика времени накопления, прямой выход которого соединен с третьим входом первого ФФН, инверсный выход - с вторым управляющим входом усилителя-формирователя и третьим входом второго ФФН, выход матрицы ПЗС через усилитель-формирователь соединен с выходом устройства lj .

Однако такое устройство не обес печивает достоверной регистрации однократных или редкоповторяющ1 хся импульсных изображений, момент появления которых случаен или не синхронизован с работой телевизионной /(ТВ) системы.

Наиболее близ.ким к предлагаемому по технической сущности является устройство для регистрации импульсных световых изображений, содержащее бло ПЗС, вход накопления которого соединен с первым выходом счетчика времени накопления, вход переноса стро соединен с инверсным строчным выходом синхрогенератора, прямой строчньй выход которого соединен с первым зшравляющим входом блока ПЗС и счетным входом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, тактовый выход синхрогенератора соеди;нен со счетными входами счетчика времени накопления,, счетчика времени обратного хода кадровой развертт ки и тактовым входом блока ПЗС, кадровой вход которого соединен с первым выходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, выход блока ПЗС соединен с информационным входом видеопроцессора, управляющие входы которого являются входами сигналов Тест, Фон, Свет, причем входы сигналов Фон и Свет соединены через первый элемент ИЛИ с первым входом блока, запуска, вход установки нуля которого соединен с вторым выходом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, управляющий вход которого соединен с вторымвыходом счетчика времени обратного хода кадровой развертки, а также второй и третий элементы ИЖ.

Известное устройство можно использовать для регистрации как непрерывных, так и однократных изображений. Причем работа устройства полностью синхронизована с моментом появления световой вспышки, что исключает по.терю информации. Обработка информа,ции с ПЗС матрицы может осуществляться с помощью ЭВМ, для чего электрические сигналы преобразуются в цифровую форму 2..

Однако известное устройство обладает неудовлетворительным динамическим диапазоном по энергии регистрируемых изображений, нижняя граница Которого определяется неравномерное3тью темнового фона, и высокой погрешностью регистрации тонкой пространственной структуры. Цель изобретения - расширение динамического диапазона регистрируе мых изображений и уменьшение высокочастотньк искажений. Дпя достижения поставленной цели в устройство для регистрации импульсных световых изображений, со. держащее блок ПЗС, вход накопления которого соединен с первым выходом счетчика времени накопления, вход переноса строк соединен с инверсным , строчнь1М выходом синхрогенератора, прямой строчный выход которого соединен с первым управляющим входом блока ПЗС и счетным входом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, тактовый выход синхрогене ратора соединен со счетными входа ми счетчика времени накопления, сче чика времени обратного хода кадровой развертки и тактовым входом блока ПЗС, кадровый вход которого соединен с первым выходом счетчика времени обратного хода кадровой раз вертки, выход блока ПЗС соединен с информационным входом видеопроцессо ра, управляющие входы которого являются входами сигналов Тест, , Свет, причем входы сигналов Фон и Свет соединены через первый элемент ШШ с первым входом блока запуска, -ВХОД установки нуля которого соединен с вторым выходом счетчика времени прямого хода кадровой развертки, управляющий вход которого соединен.с вторым выходом счетчика времени обратного хода кад ровой развертки, а также второй и третий элементы ИЛИ, введен генератор тестовых сигналов, управляющий вход которого соединен с входом сигнала Тест видеопроцессора, пер вый информагщонный вкод соединен с тактовым выходом синхрогенератора, вход установки нуля соединен с вторым выходом счетчика прямого хода кадровой развер1тки, второй информационный вход генератора тестовых сигналов соединен с прямым строч ным выходом cHHxporeHeiJaTopa, первы выход соединен с инфорт1щонньп4 входом блока ПЗС, второй информаци ный выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом 94 счетчика времени накопления, выход второго элемента ИЛИ соединен с управляющим входом счетчика времени обратного хода кадровой разверткн, первый выход которого соединён с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым выходом счетчика времени накопления, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входом блокировки строчных импульсов синхрогенератора, прямой строчный выход которого через блок запуска соединен с управляющим входом счетчика времени накопления. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства для регистрации импульсных световых . изображенийi на фиг. 2 - форма-входного и соответствующая ему форма , выходного сигнала. Устройство для регистрации импульсных световых изображений (фиг. 1) содержит блок 1 ПЗС, синхрогенератор 2, генератор 3 тестовых сигналов, блок А запуска, счетчик 5 времени накопления, первый элемент ИЛИ 6, счетчик 7 времени прямого хода кадровой, развертки, счетчик 8 времени обратного хода кадровой развертки, второй элемент ИЛИ 9, видеопроцессор 10 и третий элемент ИЛИ 11. Бло 1 ПЗС состоит из ПЗС-матрицы, имеющей секцию накопления, входной и выходной регистры (если матрица имеет секцию памяти, то эта секция должна быть включена параллельно секции накопления), фор.мирователей фазньЬс напряжений, секций накопления и регистров, схем управления входным ивыходным регистрами, сбросом входного регистра, переносом строк и накоплением и усилителя-формирователя видеосигнала. Видеопроцессор 10 состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), буферного запоминающего устройства (ЗУ) и ЭВМ. ,Устройство работает следующим образом. В устройстве предусмотрены следующие режимы работы: считывание, преобразование в цифров .форму и запоминание темнового кадра, т.е. фонового электрического заряда и термогенерационного заряда за время накапления и считыванияj введение, считьгаание, преоб азование в цю| ровую форму и запоминание тестового кадра, т.е. фонового электрического заряда, тестового электрического сигнала и термогенерационного заряда за время введения и считывания, введение, считывание, преобразование в цифровую форму и запоминание информационного кадра, т.е. фонового заряда, термогенерационного заряда за время накопления и время считьшания и заряда, вызванного регистрируемым световым изображением.

Во всех режимах работы устройства в ПЗС-матрицу вводится фоновый электрический заряд, составляющий 10% от максимального.

Для этого используется входной регистр ПЗС-матрицы, первый информационный вход которой соединен с выходом генератора 3. В режиме ввода и запоминания тестового кадра кроме постоянного напряжения в матрицу через входной регистр (первьш информационный вход) подается электрический тестовой сигнал, например, типа шахматное поле.

1В предлагаемом устройстве предусмотрена возможность определения точного значения величины неэффективности переноса. Это обеспечивает увеличение глубины модуляции и расширение динамического диапазона при регистрации мелких деталей тонкой пространственной структуры, что снижает погрешность регистрации тонкой пространственной структуры.

Синхрогенератор 2 формирует на строчных выводах последовательность импульсов с периодом, соответствующим в ТВ-системах периоду строчной развертки. Во время прямого хода строчной развертки с прямого строчного выхода Синхрогенератора 2 разрешающий сигнал поступает на входы управления входным и выходным регисрами (первые управляющие входы) блока 1 ПЗС. При этом имеющиеся в ячейках выходного регистра заряды вьшодятся через усилитель-формирователь на информационный вход видеопроцессора 10, а фоновый заряд вводится в ячейки входного регистра.

Во время обратного кода строчной развертки сигнал с инверсного строчного выхода синхрогенератора

2подается на вход переноса строк блока 1 ПЗС. При этом осуществляется перенос массива в секции накопления на одну строку, перенос очередной строки из секции накопления в выходной регистр и перенос строки из входного регистра в секцию накопления, осуществляемьй по сигналу Сброс входного регистра с выхода синхрогенератора 2, который устанавливает на всех фазах регистра напряжение нулевого уровня, .а усилитель-формирователь формирует строчный гасящий и синхронизирующий импульсы в выходном видеосигнале.

Таким образом, в отсутствие входных сигналов Фон, Тест и Свет устройство работает в режиме непрерывного переноса фонового заряда, величина которого определяется постоянным напряжением на выходе генератора 3 тестовых сигналов.

Темновой кадр регистрируется следующим образом.

Сигнал Фон через первый элемент ИЛИ 6 устанавливает блок 4 запуска в состояние 1 и запускает счетчик 5 времени накопления. Последний подсчитывает число периодов тактового сигнала синхрогенератора 2, соответствующее установленному времени накопления. В течение этого времени сигнал с первого выхода счетчика 5 подается на вход накопления блока 1 ПЗС и-через третий элемент ИЛИ 11 - на вход блокировки строчных импульсов синхрогенератора 2. Секция накопления блока 1 при этом удерживается в режиме накопления, входной регистр работает в режиме переноса фонового заряда, а выходной регистр выводит имеющиеся в ячейках заряды. При заполнении счетчика 5 сигнал с его второго выхода через второй элемент ИЛИ 9 подается на управляющий вход счетчика 8 времени обратного хода кадровой развертки. Счетчик 8 подсчитывает число периодов тактового сигнала синхрогенератора 2, соответствующее времени обратного хода кадровой развертки, и сигнал с его первого выхода подается на кадровый вход блока 1 ПЗС и через третий элемент ИЛИ 11 на Синхрогенератор 2, блокируя строчные импульсы. Усилитель-формирователь в течение этого времени формирует кадровый гасящий импульс, а секция накопления удерживается в режиме хранения (на

7

входе переноса тока блока 1 ПЗС нет сигнала), входной и выходной регистры продолжают работать. При заполнении счетчика 8 снимается сигнал с входа блокировки строчнЬпс импульсов синхрогенератора 2 и начинается цикл считьшания термогенерационных зарядов, накопленных за время накопления в отсутствие светового изображения и считывания.

Сигнал с второго выхода счетчика 8 запускает счетчик 7 времени прямого хода кадровой развертки, который начинает счет импульсов с выхода синхрогенератора 2, и определяет время считывания.

Сигнал с выхода ПЗС-матрицы блока 1 поступает в видеопроцессор 10 и после преобразования в АЦП записывается в буферном ЗУ.

При заполнении счетчика 7 соответствующем окончанию цикла считывания, сигнал с его второго выхода устанавливает блок 4 запуска в нулевое состояние, а в буферное ЗУ видеопроцессора 10 записывается код, соответствующий темновому кадру: термогенерационному заряду А за время накопления и считывания и фоновому заряду В,

Устройство готово к приему очередной команды, а до ее прихода будет работать в режиме переноса фонового заряда..Темновой кадр, записанный в буферное ЗУ, будет храниться в нем или может быть переписан в память ЭВМ.

С приходом сигнала Тест на управляющий вход гененатора 3 тестовых сигналов в ПЗС-матрицу через информационный вход (входной регистр) кроме фонового заряда будет вводиться тестовьй сигнал типа шахматное поле до появления на выходе генератора 3 сигнала Конец теста. Последний, поступив на первый вход второго элемента ИЛИ 9, запустит счетчик 8, который сформирует кадровый гасящий импульс. Тестовый сигнал выводится из блока 1 ПЗС за время прямого хода кадровой развертки и записывается в буферное ЗУ видеопроцессора 10. По окончании считывания генератор 3 сигналом с второго выхода счетчика 7 устанавливается в состояние О. Устройство готово к приему очередной команды а до ее прихода

178598

будет работать в режиме переноса фонового заряда.

Тестовый кадр хранится в буферном ЗУ видеопроцессора или может 5 быть переписан в память ЭВМ.

Информационный кадр регистрируется по сигналу Свет, который должен предшествовать регистрируемому световому изображению.не менее JO чем на период строчной развертки.

Сигналом Свет через перый элемент ШШ 6 и первый вход блока 4 запуска секция накопления ПЗС - матрицы устанавливаются в режим 15 накопления и удерживается в этом, состоянии в течение формируемого счетчиком 5 времени накопления. Импульсное световое изображение (фиг. 2,о ) преобразуется ПЗС-мат20 рицей в зарядовые пакеты, накапливаемые под соответствующими затворами секции накопления. Затем до регистрации информационного кадра вводится фоновой заряд. Работа 25 устройства при регистрации информационного кадра ничем не отличается от работы при регистрации темнового кадра по сигналу Фон. После выведения секции накопления из режима

п накопления формируется кадровый гасящий импульс и начинается считывание накопленного в матрице заряда, который записывается в виде информационного кода, состоящего из кадра, термогенерационного заряда А

35 за время накопления и считьшания, фонового заряда В и заряда С, вызванного регистрируемым световым изображением.. ,

Таким образом, в буферном ЗУ ви

деопроцессора 10 записаны коды, соответствующие темновому кадру, тестовому кадру и информационному кадру. С помощью ЭВМ производится обработка цифровой информации.

5 Сначала обрабатьшается массив, соответствующий тестовому кадру, . вычисляется неэффективность переноса заряда в ПЗС в матрице. Затем производится вычитание темнового

50 кадра (А + В) из информационного (А + В + С) и полученный разностный кадр С, который не содержит темнового фона, подвергается восстановлению по известной величине неэффек55 тивности переноса. Восстановленный видеосигнал (фиг. 2,S), соответствующий с высокой точностью световому изображению, вьгаодится из ЭВМ

91

на внешние устройства (цифропечать, графопостроитель и т.п.), а также переписывается во внешний блок памяти, где восстановленный видеосигнал хранится, циклически считывается и отображается на видеоконтрольном устройстве (фиг. 2,Б).

Таким образом, введение фонового заряда обеспечивает постоянство неэффективности переноса по матрице, что позволяет определять ее расчетным путем, используя регистрацию тестового кадра. Bьiчитaниe темнового кадра из информационного дает

. Тест Свет.

785910

разностный сигнал, не содержащий темнового фона.

Если в прототипе нижняя граница динамического диапазона определялась 5 неравномерностью темнового фона, то в предлагаемом устройстве - шумами ПЗС. Это позволяет увеличить динамичедкий диапазон в 15 раз.

Точное знание величины неэффек10 тивности переноса обеспечивает постоянное значение глубины модуляции, равное единице, на любой пространственной частоте, вплоть до максимальной пространственной частоты.

ллллш

6 ч

ж

-Э