Устройство для автоматической фокусировки телевизионной камеры Советский патент 1986 года по МПК H04N5/228 

Изобретение относится к промьпп- ленности средств связи и может быть использовано при построении устройств автоматической фокусировки студийных и малокадровых телевизи- онных камер, предназначейных для работы в режиме длительной непрерывной передачи.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения фокусировки по видеосигналу передаваемого изображения, повышение точности фокусировки и надежности срабатывания устройства.

На фиг. 1 предстайлена структур- ная электрическая схема устройства автоматической фокусировки по п.1 формулы изобретения; йа фиг.2 - то же, по п.2; на фиг.З - то же, по п.З; на фиг.4 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг. 5 - структур ная электрическая схема блока коррекх ии (для фокусировки электронного луча); на фиг. 6 - то же, для оптической фокусировки.

.Устройство для автоматической фокусировки телевизионной камеры содержит (фиг.1) селектор 1 видеоимпульсов, первый И 2, второй И 3 и третий И 4 элементы, генератор 5 тактовых импульсов, реверсивный счетчик .6 импульсов, распределитель 7 импульсов, элемент ИЛИ 8, четвер- тьй элемент И 9, счетчик 10 импульсов, блок 11 деления двоичных чисел, блок 12 коррекции расфокусировки, а также (фиг.2) элемент 13 задержки, элемент ИСКЛЮЧМЩЕЕ ИЛИ 14, и формирователь 15 строб-импульсов. Кроме того, устройство (фиг.З) содержит формирователь 16 коротких импульсов по фронту и спаду входного импульса, регистр 17 хранения, цифровой компаратор 18 и пятый элемент И 19.

Блок 12 коррекций (фиг.З) содержит цифровозапоминающий блок 20, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 21, резистивную матрицу 22, резисторы 23 и 24 пробной расфокусировки, нормально-раз омкнутый контакт 25 и нормально-замкнутый контакт 26, Блок 12 коррекции (фиг. 6) содер-; жит электродвигатель 27 постоянного тока, механизм 28 перемещения объек- тцва, ключ 29 реверса,нормально-ра- зомкнутый клкгч 30, преобразователь 31 двоичного кода в длительность импульса и цифровой коммутатор 32.

5 0 5

о

55

5

0

$

50

Устройств о работает следуюцщм образом.

На вход распределителя 7 подается сигнал начальной установки в виде импульса напряжения, например один из синхроимпульсов полей (кадров). При этом на трех выходах распределителя 7 появляется двоичная комбинация 1-0-0, т.е. на первом выходе формируется напряжение уровня логической 1, а на остальных - логического О. Начинается первый такт рабочего цикла устройства. В начале такта по фронту импульса логической 1 происходит ус ановйа реверсивного счетчика 6 и счетчи- ка 10 в исходное состояние. Импульс с первого выхода распределителя 7 открывает элементы И 3 и 9 и поступает на первый вход блока 12 коррекции, разрешая введение отри- цательной пробной расфокусировки.

В частном случае (фиг.5) отрицательная пробная расфокусировка выполняется путем уменьшения сопротий- ления в фокусирунлцей цепи; по сигналу с первого выхода распределителя 7 замыкается нормально-разомкнутый контакт 25, включенный параллельно резистору 23 пробной расфокусировки.

Далее с выхода селектора 1 на входы элементов И 2 и 9 начинают поступать.видеоимпульсы (фиг.4а), вьщеленные из видеосигнала. Одновременно на второй вход первого элемента И 2 приходят импульсы стабильной высокой частоты (фиг. 4Х) с выхода генератора 5. На выходе первого элемента И 2 формируются пакеты импульсов высокой частоты (фиг.4Ь). Число импульсов-меток времени в пакетах пропорционально длительности видеоимпульсов. Пакеты проходят через второй элемент И 3 на вход сложения реверсивного счетчика 6. Одновременно счетчик 10 осуществляет подсчет видеоимпульсов, поступающих через четвертый элемент И 9 с выхода селектора 1.

Далее,на второй вход распределителя 7 (вход сдвига) начинают посту пать синхроимпульсы, например, кадровой частоты.

Первый импульс сдвига переводит распределитель 7 в состояние 0-1-0. Начинается второй такт рабочего цикла. Прекращается отрицательная пробная расфокусировка, запирается элемент ИЗ. Элемент И 9 остается J

3

открытым, так как соединен через эле мент ИЛИ 8 с первым и с вторым выходами распределителя 7, Уровень логической 1 с второго выхода распределителя 7 отпирает элемент И 4 и поступает на второй вход блока 12 коррекции, разрешая положительную пробную расфокусировку. В описанном исполнении блока 12 положительная расфокусировка выполняется путем размыкания нормально-замкнутого контакта 26, включенного параллельно резистору 24 пробной расфокусировки.

: Сформированные с помощью блоков селектора 1, генератора 5 и первого элемента И 2 пакеты импульсов-меток времени через третий элемент И 4 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6. Одновременно счетчик 10 продолжает подсчет видеоимпульсов. К концу второго такта содержимое счетчика 10 равно числу видеоимпульсов, выделенных селектором 1 в первом и втором тактах. Содержимое реверсивного счетчика 6 представляет собой разность, которая.пропорцио нальна различию в длительности видеоимпульсов во время отрицательной и положительной пробных расфокусировок. Если в момент включения устройства фокусировка оптимальная, то разность равна нулю. При неправильной фокусировке величина разности пропорциональна.величине ошибки,

которая должна быть скомпенсирована (отработана с обратным знаком) в следующем такте рабочего цикла.

Однако, поскольку при расфокусировке увеличивается длительность каждого видеоимпульса, то величина разности возрастает с увеличением числа „ видеоимпульсов. Это число может изменяться в широких пределах и зависит от детальности передаваемого изображения. Чтобы в таких условиях обеспечить постоянство передаточного коэффициента устройства, применяют блок 11 деления двоичных чисел. Используя содержимое реверсивного счетчика 6 как делимое, а счетчика 10 как делитель, блок 11 производит вычисление величины расфокусировки путем деления двоичных чисел с отбрасыванием дробного остатка.

Второй синхроимпульс сдвига переводит распределитель 7 в состояние 0-0-1. В третьем такте рабочег цикла сигнал с выхода распределителя 7 разрешает коррекцию расфокусировки

464124

поступая на третий вход блока 12. Последний производит запоминание числа, поступившего с выхода блока 11,и преобразование код-аналог для 5 компенсации ошибки.

Далее работа устройства зависит от исполнения распределителя 7. Если распределитель 7 является кольцевым, то рабочие циклы повторяются непре 0 рывно во все время работы телекамеры. Такое исполнение предпочтительно для оптической фокусировки камеры на различные подвижные объекты. При этом величина и частота пробных рас15 фокусировок выбираются достаточными для слежения за подвижным объектом передачи.

При наблюдении за малоподвижными объектами, а также при фокусировке

20 электронного луча превоначально настроенная фокусировка изменяется медленно. В этом случае постоянная работа устройства фокусировки не нужна, требуется лишь периодическое

25 включение. Поэтому можно использовать распределитель 7 в виде сдвигающего регистра, не замкнутого в кольцо. Тогда третий импульс сдвига переводит распределитель 7 в постоянное 0-0-0

30 и работа устройства прерывается . ;. вплоть до подачи нового импульса начальной установки.

, Устройство с дополнительными :бло- ками по п.2 работает в целом аналогично устройству по п. 1. Отличие заключается в том, что измерение расфокусировки в первом и втором тактах производится не в течение всего кадра (поля), а на небольшом его участке, который выделяется с помощью формирователя 15 ;стррб-импульсов, на вход которого поданы строчные синхроимпульсы. Выходной сигнал формирователя 15 (фиг.4н) открьшает элементы И 2 и 9, например, в центральной части нескольких строк растра. В моменты совпадания строб-импульсов (фиг. 4г) и видеоимпульсов (фиг. 4«) на выходе схемы И 2 формируются пакеты импульсов-меток време- ни (фиг. 43), поступающие в 1-м такте на вход сложения, а во 2-м - на вход вычитания реверсивного счетчика 6. Кроме того, счетчик 10 подсчитывает не количество видеоимпульсов 5 (фиг. 4в), а количество черно-белых переходов в пределах выделенного формирователем 15 участка изображения. С этой целью элемент 13 задержки и

35

40

45

элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 формирукзт короткие импульсы по фронту и спаду каждого видеоимпульса (фиг.4в), которые при совпадении со строб-импуль сом (фиг. 4г) проходят через элемент И 9 на вход счетчика 10 (фиг. 4т) в 1-ми 2-м тактах.

Таким образом, устройство по п.2 осуществляет фокусировку на вьщелен- ный формирователем 15 участок женйя. При этом возрастает точность фокусировки (за счет расфокусировки остальной части изображения).

Устройство с дополнительными блоками по п. 3 работает в целом аналогично устройству по П.1. Отличие заключается в том, что подсчитанное в 1-м такте число видеоимпульсов переписывается из счетчика 10 в ре- гистр 17. В конце 1-го такта импульс, сформированный формирователем 16 по спаду сигнала на его входе, переводит счетчик 10 в исходное состояние, и во втором такте отсчет ведется снова от нуля. Число видеоимпульсов, поступающих в 1-м и 2-м , сравнивает цифровой компаратор 18. При их равенстве коррекция фокусировки происходит так же, как было описано выше. Если же число видеоимпульсов разное, то сигнал компаратора 18 запирает элемент И 19, зап- решая коррекцию. Таким образом, устройство по п. 3, исключает ложное срабатывание при смене сюжета передачи.

Предлагаемое устройство пригодно как для фокусировки электронного луча передающей телевизионной трубки, так и для фокусировки объектива телекамеры. В последнем случае блок 12 коррекции может быть выполнен на основе электродвигателя постоянного тока (фиг.6), сочлёнрнного с механизмом перемещения объектива. В цепь пи тания двигателя последовательно вклю чены ключ 29 реверса и нормально- разомкнутый ключ 30. Ключ 29 реверса управляется сигналами с первого и второго выходов распределителя 7 и с знакового выхода блока 11 деления. Нормально-разомкнутый ключ 30 управлется сигналом с выхода преобразователя 31 двоичного кода в длительность импульса. Вход преобразователя 31 соединен с выходом цифрового коммутатора 32, на информационные входы которого подается сигнал с выхода

5

0

s 0 5 о

5

5

0

0

блока 11 и записанные потенциалами коды пробных расфокусировок. Цифровой коммутатор 3 и преобразователь 31 управляются сигналами с трех выходов распределителя 7 импульсов.

Формула. изобретения

1. Устройство для автоматической фокусировки телевизионной камеры, содержащее селектор видеоимпульсов, вход которого является входом видеосигнала, три элемента И, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, распределитель импульсов, первый и второй входы которого являются входами соответственно сигнала сдвига и сигнала начальной установки, блок коррекции расфокусировки, выход которого является выходом устройства, и генератор тактовых импульсов, вькод которого через первый элемент И соединен с объединенными первыми входами второго и.третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами распределителя, а выходы - соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, выход селектора соединен с вторым входом первого элемента И, первый, второй и третий выходы распределителя импульсов соединен. с соответствукнци- ми входами блока коррекции расфокусировки, отличающееся тем, что, с целью расширения функцисгналь- ных возможностей за счет обеспечения фокусировки по видеосигналу передава-г емого изображения, в него введены элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторьм выходами .распределителя импульсов, четвертый элемент И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу элемента ИЛИ и выходу селектора видеоимпульсов, а вькод - к первому .входу /счетчика импульсов, и блок деления двоичных чисел, входы делимого и делителя которого подключены соответственно к выходам реверсивного счетчика и счетчика импульсов, а выход соединен с четвертым вх одом блока коррекции расфокусировки, при этом первый выход распределителя импульсов соединен с установочными входами реверсивного счетчика и счетчика импульсов.

7

2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что с целью повьппения точности фокусировки, в него введены формирователь строб-импульсов, вход которого является входом строчных синхроимпульсов, а вых соединен с третьими входами первого и четвертого элементов И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, -включенный между выходом селектора видеоимпульсов и вторым входом четвертого элемента И, и линия задержки, включенная меж вькодом селектора видеоимпульсов и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

Устройство по П.1, о т л и ч to щ ё е с я тем, что, с целью повыш лия надежности срабатывания, в него

0

5

8

введены формирователь коротких импульсов, выход которого соединен с установочным входом счетчика импульсов, пятый элемент И, включенный между третьим выходом распределителя импульсов и третьим входом блока коррекции расфокусировки, и последовательно соединенные регистр хранения и цифровой компаратор, включенные между выходом счетчика импульсов и вторым входом пятого .. элемента- И, при этом второй вход цифрового компаратора объединен с первым входом регисп а хранения, второй вход которого объединен с входом формирователя коротких импульсов и подключен к первому выходу распределителя импульсов.

ем. 2

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения фокусировки по видеосигналу передаваемого изображения, повысить точность фокусировки и надежность срабатывания устройства. В первом такте работы устр-ва на первом выходе триггера 7 устанавливается 1. Этот импульс открывает элементы И 3,9 и поступает на блок 12 коррекции, разрешая отрицат. проб кую расфокусировку. Видеосигнал, выделенный селектором 1 видеоимпульсов, проходит через элемент И 9 на счетчик 10 импульсов и через элемент И 2, преобразующий его С помощью генератора 5 тактовых импульсов в пакеты импульсов, и элемент. И 3 - на реверсивный счетчик (PC) 6. Во втором такте сигнал 1 устанавливается на втором выходе триггера 7. В результате прекращается отрицат. и разрешается положит, пробная расфокут сировка, закрывается элемент И 3 и открывается элемент И 4, через который пакеты импульсов проходят на вход вычитания PC 6. PC 6 фиксирует разность длительности видеоимпульсов, при отрицат. и положит, пробных расфокусировках.При неправильной фокусировке величина ошибки фокусировки компенсируется в следующем такте. Блок . 11 деления двоичных чисел, на который поступают числа со счетчика 10 и PC 6, вычисляет величину расфокусировки. В третьем такте по сигналу 1 триггера 7 в БК 12 осуществляется расфокусировка. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. i (Л -43 ю «к.;

ж

Вынод

ФигЛ

Редактор О.Головач

Составитель И.Грацианская

Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

Заказ 4025/58 .Тираж 624 . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Фт-З