Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал Советский патент 1987 года по МПК H04N5/30 

Изобретение относится к промыш ленности средств связи и может быть использовано при построении телевизионных камер, предназначенных для систем прикладного телевидения, а также при построении высокочувствительных телевизионных камер, предназначенных для астрофизических наблюдений и исследований, налример для обнаружения и определения положения й яркости слабосветящихся точечных объектов в условиях фоновой засветки.

Цель изобретения - расширение све- .тового динамического диапазона преобразования путем считывания одновременно с постоянной и переменной по растру составляющей потенциального рельефа от светового фона.

На чертеже изображена структурная схема устройства для осуществления способа.

Способ преобразования оптического из,ображения в видеосигнал заклю- чается в том, что оптическое изобра-; жение, содержащее изображение звезд и световой фон, преобразуют в потенциальный рельеф на мишени передающей трубки при поддерживаемом на номина- льном уровне максимуме распределения по растру накапливаемого за кадр рельефа от фона. В первых N-1 кадрах каждого цикла накопления считывают потенциальный рельеф от фона лучом при токе, эффективная часть которого пропорциональна значению накапливаемого за кадр потенциального рельефа от фона в каждой точке растра, и при потенциале катода, пониженном относительно потенциала приведения до уровня, при котором считьшаемый потенциальный рельеф находится на возрастающем (в общем случае на неспадающем) участке вторично-эмисси- онной характеристики мишени, В последнем N-OM кад ре каждого цикла накопления потенциальный рельеф считывают номинальным, достаточным для считывания рельефа от фона и от звезд «ГОКОМ луча и при потенциале катода, равном потенциалу приведения мишени,, Устройство для осуществления предлагаемого способа (телевизионная ка мера) содержит передающую трубку 1 с фотокатодом.2, ускоряющим электродом 3, мишенью 4, термокатодом 5, модулятором 6, анодом 7 и фокусирующим электродом 8.

0

f 0

5 Q 0 Q 5

Яа секцию считывания передающей трубки 1 установлена фокусирующе-от- клоняющая система (ФОС) 9, к которой подключены выходы генератора 10 разверток. К мишени 4 подключен видеоусилитель 11, выход ВС которого является сигнальным выходом камеры. К видеоусилителю 11 подключен блок 12 вьщеления фоновой составляющей видеосигнала (ФСВС). К выходу блока 12 подключен высоковольтный преобразователь 13 напряжения, минусовой выход которого подключен к фотокатоду 2, а плюсовой - к ускорякмцему электроду 3. К выходу блока 12 подключен корректор 14 с цепями ручной регулировки степени коррекции. К выходу корректора 14 подключен сигнальный вход блока 15 вычисления и управления. К вькоду-входу блока 15 подключен вход-выход оперативно-запоминающего устройства 16 (ОЗУ). К выходу блока 15 подключен вход фильтра 17 нижних частот. К выводам модулятора 6, термокатода 5 и электрода 8 подключены выходы соответствующих формирователей 18-20 с цепями раздельной регулировки формируемых уровней..

Каждьш из формирователей 18 и |9 содержит также сумматор. Первые вхо- ды формирователей 18 и 19 и вход формирователя 20 подключены к первому выходу генератора 21 импульсов. Второй вход формирователя 18 подключен к фильтру 17, а на второй .и тре- тий входы формирователя 19 подают соответственно КСИ и ССИ. На пе ррый вход генератора 2,1 поступают КСИ, на второй - код установки числа N. Третий вход генератора 21 подключен к выходу блока 12 через блок 22 сравнения. Выход сигналов управления генератора.21 подключен к соответствующему входу блока 15, При стыковке телевизионной камеры с телескопом 23 оптический вход супер- кремникона располагается в фокальной плоскости телескопа 23.

Устройство фотоэлектрического преобразования работает следующим образом,

При проецировании оптического изображения участка звездного неба телескопом 23 на оптический вход передающей трубки 1 световой поток непрерывно преобразуется в потенци- .альный рельеф, накапливаемый на мишени 4. Интенсивность накопления определяется уровнем светового потока и величиной докоммутационного усиления, определяемой разностью напряжений на фотокатоде 2 и электроде 3. При изменении напряжения на выходе высоковольтного преобразователя, например, от 12 до 4 кВ доком- мутационное усиление уменьшается пр имерно в 80 раз. Накопление потенциального (зарядного) рельефа на ми шени 4 разделяют на циклы (интервалы накопления) длительностью в N кадров (число N изменяется, например, от 1 до 30). Длительность цикла в N кадров задается периодически повторяющимися прямоугольными импульсами длительностью в N-1 кадр с интервалом между ними в один кадр (формируются генератором 21 на первом выходе под воздействием внешнего сигнала Установка N). Электронный луч, эмиттируемый термокатодом и формируемый модулятором 6, анодом 7 и электродом 8 совместно с ФОС 9, в N-M кадре каждого цикла построчно (например, при 575 активных строках) коммутирует элементы мишени 4, доводя потенциалы элементов мишени до потенциала катода, например, равного нулю, при номинальном, например, в 3 мкА токе луча и при номинальном, например, в 400 В напряжении на электроде 8 (соответствует оптимальной фокусировке луча) Номинальный ток луча определяется напряжением, например, 30 В на модуляторе 6 относительно термокатода 5, задаваемым формирователями 18 и 19. Отклонение луча, непрерывное по строкам, непрерывное или дискретное по кадру, обеспечивается ФОС 9 и генератором 10, синхронизируемым КСИ и ССИ с частотой следования, например, 25 Гц и 15625 Гц соответственно. Считывание на обратном ходу по кадру (при любом числе N) и по строке (пр«- 1) прерывается повышением потенциала термокатода 5-,например, до 20 В на время действия КСИ и ССИ на входах формирователя 19, в котором эти импульсы усиливаются, например, в 6 раз.

Б подготовительном режиме работы камеры (при ), задаваемым гене-- ратором 21 при воздействии внешней команды - Установка или запрещающего сигнала (например, логической 1) с блока 22, считывание всего

потенциального рельефа, накапливаемого за кадр, осуществляется в каждом кадре. При этом во входной цепи видеусилителя 11 протекает ток сиг

нала размахом, например, в 1000 нА, состоящий из видеоимпульсов от изображений звезд размахом, например, до 750 нА и фоновой составляющей размахом, например, в 250 нА (при

постоянной составляющей, например, в 100 нА и переменной по кадру, на пример, в 150 нА).

В видеоусилителе 11 сигнал усиливается, например, до 2 В (0,5 В от

фоновой составлякщей). В блоке 12 фиксируется нулевой уровень сигнала во время ССИ, затем сигнал ограни- чивают сверху до уровня, например, 0,6 В и фильтруют в полосе, например, до 50 кГц (обеспечивается повышенная точность выделения фоновой составляющей). В высоковольтном преобразователе 13 выделенная фоновая составляющая сравнивается с выстав-

ленным при настройке камеры уровнем, например, в 0,5 В. При отклонении размаха фоновой составляющей от 0,5 В образуется напряжение рассог ласования, которое изменяет напряжение на выходе высоковольного преобразователя 13 до тех пор, пока изменение докоммутационного усиления не скомпенсирует изменение уровня фоновой засветки. При этом на выходе

блока 22 сравнения будет разрешающий сигнал (логический О) и камера готова к переходу в основной режим работы (N 1)..

При поступлении на генератор 21

сигнала Установка N (N 1) в генераторе 21 формируется импульс запи-; си, пocтyпaюш й в блок 15. Под его воздействием в ОЗУ 16 записывается матрица чисел, например, состоящая

из 26 отсчетов по строке и 57 отсчетов по кадру, равномерно распределенных по строке и по кадру. Величина чисел определяется значением фоновой составляющей видеосигнала в момент его аналого-цифрового преобразования. Перед этим преобразованием в корректоре 14 фоновую составляющую изменяют по амплитуде с учетом коэффициента передачи всего контура

управления током луча и корректируют по установленной при настройке камеры нелинейной зависимости выходного напряжения от входного (подбирается при настройке камеры по отсутствию считывания потенциального рельефа в N-1 кадрах от имитируемых изображений звезд во всем диапазоне значений переменной по растру состаляющей видеосигнала от фоновой засветки) .

В основном режиме работы камеры (N 1) под действием импульсов с первого выхода генератора 21 ССИ и КСИ в N-1 кадрах потенциал на катоде во время прямого хода по строкам и во время обратного хода по кадру устанавливается равным 20 В (прерывется считывание), а во время обратного хода по строкам - пониженным, например, равным -15 В. Этот потенциал определяется при настройке камеры по отсутствию в N-1 кадрах сигналов от изображений звезд различной яркости, что соответствует невозрастающему характеру зависимости эффективности считывания от величины потенциального рельефа.

В каждом из N-1 кадров в блоке 15 записанную в устройстве 16 матрицу значений скорректированной фоновой составляющей преобразуют в поле мгновенных значений напряжения, уп- равлякяцего током луча. При этом преобразовании изменяют порядок следования отсчетов по срокам на обратный (соответствует изменению направления развертки по строке при считывании на обратном ходу), уменьшают временной масштаб по строке, например, в 4 раза (при 20%-ном обратном ходе по строке), интерполируют зна-, чения матрицы чисел линейно в двух направлениях (по строке и по кадру) и преобразуют интерполированное поле значений в аналоговый сигнал (сигнал управления током луча). В фильтре 17 этот сигнал ограничивают по спектру в полосе 50 кГц, сглаживая скачки напряжения вдоль строки. В формирователе 18 во время обратного хода по строке в N-1 кадрах формируются постоянные уровни, например, -50 В,

дуляторе 6, изменяющегося в соответ ствии с изменениями потенциального рельефа от светового фона, в N-1 кадрах осуществляется считывание как постоянной, так и переменной по рас ру составляющих потенциального рель фа от фона. Тем самым обеспечивается расширение светового динамическо го диапазона фотоэлектрического пре образования. В N-1 кадрах на прямом ходу по строке потенциал на выходе формирователя 19 (термо катода 5) повышается до 20 В и считывание потенциального рельефа отсутствует. В N кадрах во время прямого хода по строке и по кадру напряжение на выходе формирователя 19 устанавливает ся равным потенциалу приведения мишени (нулевым), а напряжение на мо- дуля7 оре 6 - номинальным (-30 В). .В N-M кадре считывается потенциальный рельеф обычным образом и на выходе камеры ВС формируется видеосигнал. При изменении уровня фоновой засвет ки или темнового тока мишени 4 в N-M кадре размах фоновой составляющей видеосигнала выйдет за верхний (при увеличении фона) или за нижний (при уменьшении фона) пороги сраба25

30

тывания, установленные в блоке 22,

и на ее выходе сформируется сигнал Запрещение (логическая 1), и в камере с помощью генератора 21 внов установится подготовительный режим 35 работы. При этом под действием соот ветствующего сигнала с генератора 2 в ОЗУ 16 записанные ранее значения матриць чисел стираются..

О Формула изобретен.и

Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал, при 45 котором оптическое изображение в N кадрах каждого цикла накопления пре образуют в потенциальный рельеф, считывая этот рельеф в первые N-1 кадры лучом при потенциале катода.

соответствующие току луча (например, 50 пониженном относительно потенциала В 2,5 мкА), необходимому для считывания максимального уровня потенциального рельефа. С этими постоянными уровнями суммируется сигнал, поступающий с выхода фильтра 17, так, 55 что меньшему значению по полю потенциального рельефа от фона соответствует и меньший ток луча. Под действием управляющего напряжения на моприведения мишени до уровня, при ко тором считываемый потенциальный рельеф находится на неспадающем участ ке вторично-эмиссионной характерис- тики.и считывая в последнем N-M кад ре цикла потенциальный рельеф номинальным током луча и при потенциале катода, равном потенциалу приведени мишени, отличающийся

10

5622 6

дуляторе 6, изменяющегося в соответствии с изменениями потенциального рельефа от светового фона, в N-1 кадрах осуществляется считывание как постоянной, так и переменной по растру составляющих потенциального рельефа от фона. Тем самым обеспечивается расширение светового динамического диапазона фотоэлектрического преобразования. В N-1 кадрах на прямом ходу по строке потенциал на выходе формирователя 19 (термо катода 5) повышается до 20 В и считывание потенциального рельефа отсутствует. В N кадрах во время прямого хода по строке и по кадру напряжение на выходе формирователя 19 устанавливается равным потенциалу приведения мишени (нулевым), а напряжение на мо- дуля7 оре 6 - номинальным (-30 В). .В N-M кадре считывается потенциальный рельеф обычным образом и на выходе камеры ВС формируется видеосигнал. При изменении уровня фоновой засветки или темнового тока мишени 4 в N-M кадре размах фоновой составляющей видеосигнала выйдет за верхний (при увеличении фона) или за нижний (при уменьшении фона) пороги сраба20

25

30

тывания, установленные в блоке 22,

и на ее выходе сформируется сигнал Запрещение (логическая 1), и в камере с помощью генератора 21 вновь установится подготовительный режим 35 работы. При этом под действием соответствующего сигнала с генератора 21 в ОЗУ 16 записанные ранее значения матриць чисел стираются..

О Формула изобретен.и я

Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал, при котором оптическое изображение в N кадрах каждого цикла накопления преобразуют в потенциальный рельеф, считывая этот рельеф в первые N-1 кадры лучом при потенциале катода.

пониженном относительно потенциала

приведения мишени до уровня, при котором считываемый потенциальный рельеф находится на неспадающем участке вторично-эмиссионной характерис- тики.и считывая в последнем N-M кадре цикла потенциальный рельеф номинальным током луча и при потенциале катода, равном потенциалу приведения мишени, отличающийся

712856228

тем, что, с целью расширения сватово-вляют током луча, эффиктивная часть

го динамического диапазона преобразо-которого пропорциональна значениям

вания, в первых N-1 кадрах считыва-накапливаемого на кадр потенциально

кие потенциального рельефа осущест-го рельефа от фона.

сен

кси

сси

Изобретение относится к телеви дению. Цель изобретения - расшире.ние светового динамического диапазона. Сущность способа заключается в том, что в первых N-1 кадрах оптическое изображение, содержащее точечные объекты и световой фон, преобразуют в потенциальный рельеф СПР) мишени. ПР накапливают, одновременно считывая этот ПР N-1 раз током луча, пропорциональным значению ПР от светового фона. При этом ток луча является таким, что считывается ПР только от светового фона, но не от точечных объектов, т.е. при потенциале катода, находящемся на возрастакицем участке вторично-эмиссионной х-ки . мишени. В N-OM кадре считывают ПР изображения объектов при номинальном токе луча, т.е. при потенциале катода, равном потенциалу приведения мишени. Цель достигается путем считывания одновременно с постоянной и переменной по растру составляющей ПР от светового фона. Дан пример устр-ва для осуществления способа. 1 ил. (Л to сх ел а IND ю

Редактор Л.Гратилло

Составитель А.Иванов

Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Колб

Заказ 7511/58Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

j г, , - -| -|- - |-- - -- -- ..--..

производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,А