Преобразователь свет-сигнал для цветной телевизионной камеры Советский патент 1985 года по МПК H04N9/04 

4 СО 4

оо

СП

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЕТ-СИГНАЛ ДЛЯ ЦВЕТНОЙ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ, содержащий матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС), на которой закреплен штри.ховой кодирующий светофильтр, состоящий из чередующихся цветопропускающих и непрозрачных полос, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности по горизонтали при сохранении разрешающей способности по вертикали и улучщения качества цветопередачи, цветопропускающие полосы ориентированы вдоль строк матрицы ПЗС и представляют собой чередующуюся последовательность прозрачных, желтых (или голубых) и зеленых полос, разделенных непрозрачными полосами, ширина которых составляет 30-40% размера фоточувствительного элемента матрицы ПЗС в направлении поперек строк, причем непрозрачные полосы пространственно совмещены с .одним из накапливающих горизонтальных фазных электродов, а щирина суммы одной S цветопропускающей и одной непрозрачной полос равна размеру фоточувствительного элемента матрицы ПЗС в направлении поперек строк. Л1/

Фиг.1 Изобретение относится к технике телевидения и предназначено для использования, в частности в видеофотокамере. Известен преобразователь свет-сигнал для цветной телевизионной камеры, в котором горизонтально ориентированный светофильтр состоит из чередующихся красных и синих цветопропускающих полос. Преобразователь формирует при этом два цветовых сигнала - красный R и синий В, а второй преобразователь формирует зеленый G сигнал. Горизонтально ориентированный светофильтр позволяет обеспечить полную разрешающую способность по горизонтали, а также простоту формирования цветовых и яркостного сигналов. Разрещающая способность по вертикали в и.ветовых каналах снижается в два раза; псевдояркостная разрешающая способность определяется числом элементов второго преобразователя G 1. В преобразователе используют матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС) с строчно-кадровым переносом, имеющие ряд недостатков по сравнению с матрицами ПЗС с кадровым переносом: матрицы ПЗС с кадровым переносом более технологичны в изготовлении, а также позволяют в два раза эффективнее использовать падающий световой поток. Однако указанные горизонтально-ориентированные кодирующие светофильтры совместно с матрицами ПЗС с кадровым переносом применять невозможно из-за возникновения больщих перекрестных искажений. Коэффициент чистоты цвета для этого случая около 40%. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь свет-сигнал для цветной телевизионйой камеры, содержащий матрицу ПЗС с кадровым переносом, на которой закреплен штриховой кодирующий светофильтр, состоящий из вертикальноориентированных красной, зеленой (голубой) полос и непрозрачных полос. Цветопропускающие полоски отделены друг от друга непрозрачными участками, закрывающими области стоп-диффузий. Ширина их составляет 15% от размера фоточувствительной ячейки по горизонтали. R и В видеосигналы получают со схем поэлементной выборки-хранения, а синий сигнал формируется как разность зеленого и голубого сигналов; последний выделяется также схемой поэлементной выборки-хранения. Разрещающая способность по горизонтали определяется числом элементов, пропускающих зеленую компоненту светового потока. В данном случае разрещаюпХая способность равна 2/3 от общего числа элементов. Низкочастотный яркостный сигнал формируется с триады светофильтров и равен 2G + R-fB 2. Недостатком известного преобразователя является низкая разрешающая способность по горизонтали. Цель изобретения - увеличение разрещающей способности по горизонтали при сохранении разрешающей способности по вертикали и улучшение качества цветопередачи., Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе свет-сигнал для цветной телевизионной камеры, содержащем матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС), на которой закреплен штриховой кодирующий светофильтр, состоящий из чередующихся цветопропускающих и непрозрачных полос, цветопропускающие полосы ориентированы вдоль строк матрицы ПЗС и представляют собой чередующуюся последовательность прозрачных, желтых (или голубых) и зеленых полос, разделенных непрозрачными полосами, ширина которых составляет 30-40% размера фоточувствитёльного элемента матрицы ПЗС в направлении поперек строк, причем непрозрачные полосы пространственно совмещены с одним из ненакапливающих горизонтальных фазных электродов, а ширина суммы одной цветопропускающей и одной непрозрачной полос равна размеру фоточувствительного элемента матрицы ПЗС в направлении поперек строк. Это позволяет повысить коэффициент чистоты цвета до величины не менее 80%. Дальнейшее увеличение горизонтальных непрозрачных полос в вертикальном направлении приведет к улучщению апертурной характеристики по вертикали и, как результат, к еще большему приближению коэффициента чистоты цвета к 1. Однако при этом уменьшится интегральная чувствительность матрицы ПЗС. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства обработки Цветовых телевизионных сигналов с данным преобразователем; на фиг. 2 - участок матрицы ПЗС с частью штрихового кодирующего светофильтра. Преобразователь содержит матрицу 1 ПЗС и штриховой кодирующий светофильтр 2. Преобразователь свет-сигнал, содержащий матрицу 1 ПЗС с закрепленным на ней щтриховым кодирующим светофильтром 2, обычно называют многосигнальной матрицей ПЗС. Устройство обработки видеосигнала с данного преобразователя содержит усилитель 3, блок 4 разделения сигналов R и В, синхрогенератор 5, блок 6 формирования яркостного сигнала, коммутатор 7. Устройство работает следующим образом. С выхода матрицы 1 ПЗС видеосигнал поступает на усилитель 3, где он делится на высокочастотный и низкочастотный сигналы. С выхода. уси.тителя 3 низкочастотный сигнал поступает на блок 4 разделения сигналов R и В и блок 6 формирования яркостного сигнала.

Для определенности рассмотрим многосигнальную матрицу 1 ПЗС, имеющую штриховой кодирующий светофильтр 2 из горизонтально ориентированных прозрачных, желтых и зеленых полос, разделенных непрозрачными полосами. В этом случае с выхода усилителя 3 имеем строчную последовательность следующих сигналов:

W R 4- G -Ь В соответствует прозрачной полосе;

V R Ч- G соответствует желтой полосе;

G соответствует зеЛеной полосе.

Блок 4 разделения сигналов R и В включает в себя две линии задержки, каждая на длительность одной строки, и схемы вычитания. После задержки входных сигналов на длительность одной и двух строк на входах схем вычитания получаем одновременно три сигнала W, V, и G. Из указанных трех сигналов вычитанием получают два низкочастотных цветовых сигнала R V-G и В W - V.

Формирование яркостного сигнала происходит построчно в блоке 6. Сигнал W, соответствующий прозрачной полосе щтрихового кодирующего светофильтра 2, проходит через блок б без дополнительных преобразований, так как считаем, что W V.

Последнее справедливо при соответствующем . выборе спектральных характеристик кодирующих и корректирующих светофильтров. Если на блок 6 с выхода усилителя 3 поступает сигнал, соответствующий желтой полосе кодирующего светофильтра, т.е. V R Ч- G, то для формирования яркостного сигнала через коммутатор 7 с выхода блока 4 на блок 6 поступает сигнал В и на выходе блока 6 получаем сигнал вида R -f G -Ь В, т. е. V. Если на блок 6 с выхода усилителя 3 поступает сигнал, соответствующий зеленой полосе кодирующего светофильтра, т.е. G, то для формирования яркостного сигнала через коммутатор 7 с выхода блока 4 на блок 6 поступают сигналы R и В и на выходе блока 6 получаем яркостный сигнал V R + G-bB. Коммутация сигналов осуществляется со строчной частотой, задаваемой синхрогенератором.5.

Таким образом, устройство формирует три низкочастотных сигнала R, Б, V и высокочастотный сигнал AW причем яркостный сигнал V и высокочастотный сигнал AW формируются на каждой строке.

Высокочастотные компоненты видеосигнала выделяются в усилителе 3, например, фильтром высоких частот. В связи с разным пропусканием каждой из полос щтрихоJ вого кодирующего светофильтра 2 будет меняться и количество выделяемых высокочастотных компонент от строки к строке. Скомпенсировать указанную разницу можно с помощью схем с управляемым коэффициентом усиления, причем коммутация значения

коэффициента усиления-построчная, и задается, например, коммутатором 7, управляемым от единого синхрогенератора 5.

Рассмотренная структурная схема обработки сигналов не является оригинальной,

5 она представляет собой компиляцию ряда известных схем, незначительно модернизированных. Кроме того, могут быть предложе-, ны и другие алгоритмы обработки сигнала, отличающиеся от рассмотренного получением яркостного и цветовых сигналов.

0 Предлагаемый преобразователь, являясь простейщим по структуре (только две полосы имеют фиксированное спектральное пропускание, третья прозрачная), обеспечивает максимальное разрешение как по горизонтали, так и по вертикали. Непрозрачные полосы, закрывающие не менее 30% размера каждого фоточувствительного элемента по вертикали, позволяют увеличить коэффициент чистоты цвета и использовать матрицы ПЗС с кадровым переносом, являющие0 . ся наиболее технологичными из матриц ПЗС. Коммутация цветовых сигналов с целью получения низкочастотного яркостного сигнала, а также разделение цветовых сигналов осуществляется со строчной частотой, что значительно упрощает схемные рещения.

Отказ от выделения цветовых сигналов с тактовой частотой (частотой элементов) позволяет осуществлять непосредственную запись недекодированного сигнала на видеомагнитофон, что в свою очередь позволяет

0 упростить камерную головку в варианте моноблока, т.е. комплекса камеры и записывающей части видеомагнитофона.

Экономический эффект в преобразователе с таким штриховым кодирующим светофильтром получается благодаря снижению

5 стоимости изготовления штрихового кодирующего светофильтра . Расположение непрозрачной полосы над фазным электродом, создающим потенциальный барьер для разделения фоточувствительных элементов д приводит к уменьшению перекрестных цветовых искажений, а увеличение ее ширины в вертикальном направлении 30-40% размера фoтoчyвcтвитeJlbнoгo элемента приводит к увеличению индекса цветопередачи от 40 до 60 единиц.

Стоп- диффул/я Ф(/г.2