Телевизионная камера на приборах с зарядовой связью Советский патент 1988 года по МПК H04N5/335 H04N3/14 

со со й

N

сОО

Puf1

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в передаилцих камерах с датчи ками изображения на матрице приборов с зарядовой связьн}.

Цель изобретения - повышение чувствительности камеры путем увеличения времени накопления фотозарядов в матрице при сохранении режима разло- жения выходного телевизионного сигнала,

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема телевизионной камеры на приборах с зарядовой связью (lI3C)°j на фиг о 2 - 5 временные диаграммы, поясняющие формирование импульсных сигналовS требуемых для работы трехфазной матрицы с зарядовой связью; на фнг„ 6 - временная диа- Грамма, поясняняцая формирование управляющего сигнала остановки для секции памяти матрицы ЙЗС; на фиг. 7 - общая временная диаграмма, поясняющая работу камеры,

Телевизионная камера на ПЗС содержит трехфазную матрицу I ПЗС, содержащую секции накопления 2 и памяти 3, выходной 4 и средний 5 регистры, а также преобразователь 6 уровней (ПУ) секции накопления, формирователь 7 фаз (ФФ) секции памяти, преобразова тель 8 уровней (ПП) секции памяти, ФФ ;9 и ПУ 10 выходного регистра, усилитель-формирователь 11 у задающий ге- нератор 12, первьй делитель 13 частоты, счетчик 14 времени прямого хода кадра, первый элемент 1115, второй делитель 16 частоты, счетчик 17 времени обратного.хода кадра, компара- тор 18, третий делитель 19 частоты, D-триггер 20, второй элемент И 21, инвертор 22, третий элемент И 23, первый 24 и второй 25 элементы ИЛИ, первый элемент НЕТ 26, третий элемент ИЛИ 27, ПУ 28 среднего регистра, четвертый элемент И 29, четвертый 30 пятый 3 и шестой 32 элементы ИЛИ, второй 33 и третий 34 элементы НЕТ . и ФФ 35 секции накопления,

Телевизионная камера работает следующим образом.

Задакяций генератор 12, стабилизированный кварцем, работает на частоте fJ 1/Т 3 поэлементного переноса зарядов в регистрах матрицу 1 ПЗС (фиг. 4). Этот сигнал подается на первый (тактовый) вход ФФ 9 выходного регистра. Необз одимая вапичина

взаимно1 О перекрытия трехфазных импульсов устанавливается варьированием постоянной времени фазосдвигающих цепочек,

К выходу задающего генератора 12 подключен также первый делитель 13 частоты, который формирует на выходе сигнал с частотой f ,, покадрового переноса зарядов из секции 2 накопления через средний регистр 5 в секцию памяти (фиг. 2а). Выходной сигнал первого делителя 13 частоты соединен с первыми (тактовыми) входами первого элемента И 15, ФФ 35 секции накопления и ФФ 7 секции памяти, первыми входами счетчика 14 времени прямого хода кадра и с входом второго делителя 16 частоты. Последний формирует сигнал, соответствующий периоду строчной развертки телевизионного стандарта (fj).

Во время прямого хода строчной развертки с прямого выхода второго делителя 16 частоты (фиг. 4д) осуществляется подача разрашакщего сигнала на второй (стробирующий) вход ФФ 9 выходного регистра, а имеющиеся в ячейках выходного регистра 4 заряды вьюодятся через преобразователь заряд - напряжение матрицы на вход усилителя-формирователя 11 и далее - на выход телевизионной камеры.

Во время обратного хода строчной развертки сигнал с инверсного выхода второго делителя 16 частоты (фиг. За подается на второй (стробирующий) вход ФФ 7 секции памяти и первый уп- равляклций вход усилителя-формирователя 11, При этом в матрице 1 ПЗС осуществляется перенос одной строки зарядов из секции 3 в выходно регистр 4, а усилитель-формирователь 1 1 формирует строчньй гасящий и син-г хронизирующий импульсы для замеса в полньй телевизионный сигнал на выходе.

Счетчик 14 времени прямого хода кадра подсчитывает число периодов выходного сигнала первого делителя 13 частоты, соответствующее длительности tnp. X,к прямого хода кадровой развертки телевизионного стандарта. В течение этого времени выходной сигнал счетчика 14 подается на так- товьй вход компаратора 18, который сравнивает напряжение .видеосигнала и опорное напряжение Uon. При заполнении счетчика 14 сигнал с его инверсного BjjKOfla подается на второй вход первого элемента И 15, разрешая прохождение импульсов с первого делителя 13 частоты на выход первого элемента И 15. Импульсы с выхода первого элемента И 15 поступают на вход счетчика 17 времени обратного хода кадра, который подсчитывает число периов течение времени действия логической 1 данного сигнала на выходе первой фазы ПУ 6 () формируемся уро- вень смещения Цц (фиг, 2ж), а на двух других фазных выходах (Ф2Н (у и ФЗН е,х - уровень UOB (фиг. 2з,и), и матрица i ПЗС находится в режиме накопления фотозарядов по первым фаз

Изобретение относится к телевизионной технике и м.б. использовано в передающих камерах с датчиками изображения на матрице приборов с зарядовой смесью. Цель изобретения - повышение чувствительности камеры путем увеличения времени накопления фотозарядов в матрице при сохранении режима разложения выходного телевизи- онно.го сигнала. Устр-во содержит трехфазную матрицу 1 приборов с зарядовой связью, содержащую секцию 2 накопления, секцию 3 памяти, выходной регистр 4, а также преобразователь уровней (ГО ) 6 секции накопления, формирователь фаз (ФФ) 7 секции памяти, ПУ В секции памяти, ФФ 9 выходного регистра, ПУ 10 выходного регистра, усилитель-формирователь 11, задающий генератор 12, два делителя 13 и 16 частоты, счетчик 14 времени прямого хода кадра, элемент И 15, счетчик 17 времени обратного хода кадра, инвертор 22, ФФ 35 секции накопления. Цель достигается тем, что в устр-во введены компаратор 18, делитель 19 частоты, D-триггер 20, три элемента И 21, 23 и 29, шесть . элементов 1-1ПИ 24, 25, 27, 30-32, три элемента НЕТ 26,, 33 и 34 н в трехфазную матрицу 1 введен средний регистр 5. 7 ил. с

дов выходного сигнала первого, делите-IQ ным электродам. Когда сигнал на выхо- ля 13 частоты, соответствующее дли- де инвертора 22 приобретает значение

тельности обратного хода кадровой развертки телевизионного стандарта. По заполнении счетчика 17 сигнал с его инверсного выхода подается на второй вход счетчика 14 и устанавливает его в состояние О. Далее процесс повторяется.

Одновременно сигнал с прямого выхода счетчика 17 (фиг. 6а) подается на вход третьего делителя 19 часто- ,ты, второй управляющий вход усилителя-формирователя 11 и на первые входы второго 21 и третьего 23 элементов И,

При этом в-.усилителе-формирователе 11 вырабатывается кадровый гасящий и синхронизирующий импульсы для замеса в полный телевизионный сигнал на выходе,

Третий делитель 19 частоты осуществляет деление частоты входного сиг- нала с коэффициентом деления Кде/,, формируя на выходе сигнал с периодом Т„ ТцХ КдЕд (фиг, 66), Сигнал с выхода третьего делителя 19 частоты подается на второй вход второго элемента И 21,на D-вход D-триггера 20, на С-вход которого подаются импульсы

кадровой частоты с инверсного выхода о ра Тц, Поэтому для получения на выхо;счетчика 17 (фиг, 6в)1 На выходе Q . - D-триггера 20 вырабатываются одни импульсы Л фиг, 6г), а на инверсном выходе 0. - другие импульсы (фиг, 6д)J которые подаются на вход второго элемента И 21,-При этом на выходах второго элемента И 21 ,инвер- тора 22 и третьего элемента И 23 формируются различные сигналы . (фиг, бе,я из), Эпюры сигналов, изображенные на , бе,ж и 3, полностью аналогичны эпюрам, показанным на фиг, и 36 соответственно, и отличаются от последних только масштабом. Импульс на выходе инвертора 22

.является сигналом управления (Упр.) для ПУ 6 секции накопления. Поэтому

де телевизионной камеры непрерьшного сигнала изображения видеосигнал считываемого кадра переписывается m раз за время Т ц через средний регис тр 5

45 в секцию 3 памяти (фиг. 4 , для упрощения m 2jt На фиг, 7а,б,в и г изображено по одной циклограмме сигналов управления (вместо требуемых трех для трехфазовой системы управления матрицей) секции 2 накопления, среднего регистра 5, секции 3 памяти и выходного регистра 4 соответственно ,

Сигнал записи в средний регистр 5 ,

с„ вырабатывается компаратором 18, который формирует на выходе сигнал от тех элементов матрицы, амплитуда выходного сигнала которых превьшает величину опорного напряжения Uor.

50

логического О , матрица 1 ПЗС переводится в режим покадрового переноса фотозарядов, В это время на первых, вторых и третьих фазовых электродах секции 2 накопления (фиг, 2ж-и), секции 3 памяти (фиг,4а,б,в), и среднего регистра 5 (фиг, 5ж,з,и) манипу- лируются с частотой f - l/Tp уровни смещений U и Upg,

В предлагаемой телевизионной камере период кадрового накопления Тн в целое число раз превьшает период кадра Т телевизионного стандарта

Т „ m

к - Кд X Т,

где m - коэффициент кратности, целое

число, равное коэффициенту 30 деления Кдедтретьего делителя

частоты.

Частота кадрового накопления f, является субгармоникой частоты кадров fк телевизионного стандарта:

35 f н 1/т X f.

Считывание фотозарядов, накопленных в секции 2 матрицы 1 ПЗС, осуществляется за время стандартного кадде телевизионной камеры непрерьшного сигнала изображения видеосигнал считываемого кадра переписывается m раз за время Т ц через средний регис тр 5

5 в секцию 3 памяти (фиг. 4 , для упрощения m 2jt На фиг, 7а,б,в и г изображено по одной циклограмме сигналов управления (вместо требуемых трех для трехфазовой системы управления матрицей) секции 2 накопления, среднего регистра 5, секции 3 памяти и выходного регистра 4 соответственно ,

Сигнал записи в средний регистр 5 ,

„ вырабатывается компаратором 18, который формирует на выходе сигнал от тех элементов матрицы, амплитуда выходного сигнала которых превьшает величину опорного напряжения Uor.

0

c.Bxj Ф2Рср.вх и ФЗРср.вх5 изобракартина

и е соответственн tt

Амплитуда выходного сигнала компаратора 18, соответствующая уровню белого, подбирается из условия обеспечивания вводимого в средний регистр 5 заряда в пределах О,9 от максимальной амплитуды выходного напряжения сигнала матрицы 1 ПЗС, что не растекались избыточные заряды на другие элементы.

Запись видеосигнала в средний регистр- 5 производится последовательно строка за строкой в течение времени действия логической 1 импульса с выхода инвертора 22 одновременно с последующим циклом накопления фотозарядов в матрице I ПЗС.

Четырехуровневые фазные сигналы управления средним регистром 5 с уровнями смещения UHHS UB,B U pep и UPS (фиг. 5ж - и) вырабатываются Г1У 28. На управляющий вход (У(,р ) ПУ 28 подается импульс с выхода инвертора 22 (фиг. 2в), Входные цифро вые сигналы для ПУ 28 (Ф1Рьр.в1Г э Ф2Рс.р. ву ФЗРрр g) формируются условно в два этапа. Вначале из выходных сигналов первойJ второй и третьей фаз ФФ 9 выходного регистра (фиг, 4е,ж из), подаваемых на первые входы шестого элемента ИЛИ 32, второго 33 и третьего 34 элементов НЕТ соответственно, а вторые входы которых подключены к выходу -второго элемента И 21 (фиг. 2б), формируются сигналы (фиг. 5а,б и в). Затем эти три сигнала подаются на первые входы четвертого элемента И 29, четвертого 30 и пятого 31 элементов ИЛИ соответственно, на вторые входы которых подключены вьгходные сигналы первой, второй и третьей фаз ФФ 35 секции накопления (фиг. 2г,д и е). Выходные сигналы элементов И 29 и ИЛИ 30 и 31, являющиеся сигналами Ф1Р жены на фиг, 5г,д

Зарядовая перезаписи в

кадра после

секцию 3 памяти хранися в ней промежуток времени, равны

длительности t

0. к.к

обратного хода

кадра, перед каждым последукщим циклом построчного переноса, -Поэтому на время to.X.к на первые и вторые фазовые электроды секция 3 памяти подает- ся уровень хранения U хр. (фиг. 4а и б), а на третьи фазовые электроды - уровень Или (фиг, 4в).

5

0

5

Для осуществления этой процедур} 1 входные цифровые сигналы первой, второй и третьей фаз (ФШц, Ф2П вх ФЗП 8х) и сигнал управления (Упр) для ПУ 8 секции памяти формируются при помощи первого 24 и второго 25 элементов ШШ, первого элемента НЕТ 26 и третьего элемента ИЛИ 27, На первые, входы элементов 24 - 27 подаются выходные фазные сигналы и выходной сигнал управления ФФ 7 секции памяти (фиг.Зг,д,е и в соответственно) , а на вторые входы - сигнал с выхода третьего элемента И 23 (фиг. Зб или фиг о 6з), Выходные сигналы элементов 24 - 27 показаны на фиг. Зз, и,к.- и ж соответственно.

Полный телевизионный сигнал на выходе телевизионной камеры (фиг. 7д) может быть подан на вход видеоконтрольного устройства стандартного режима разложения для воспроизведения телевизионного изображения.

формула изобретения.

Телевизионная камера на приборах с зарядовой связью (ПЗС), содержащая

трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой , связью секции накопления, управляющий которой соединен через преобразователь уровней (ПУ) секции накопления с выходами первой, второй и третьей фаз формирователей фаз (ФФ) секции накопления, секции памяти, управляющий вход которой соединен с выхо- ; дом ПУ секции памяти, и выходного ре-

гистра, управляющий вход которого соединен через ПУ выходного регистра с выходами первой, второй.и третьей фаз ФФ выходного регистра, а выход выходного регистра, являклцийся выходом матрицы ПЗС, соединен с сигнальным входом усилителя-формирователя, выход которого является выходом телевизионной камеры на ПЗС, к первому и второму управляющим входам которого подключены соответственно стро- бирующий вход ФФ секции памяти, инверсный выход делителя и прямой выход счетчика времени обратного хода кадра, инверсный выход которого соединен с входом установки в О счетчика еменн прямого хода кадра, к сигнальному входу которого подключены «актовые входы ФФ секции накопления и ФФ секции памяти, первьй вход пер

7139

вого элемента И, вход второго делителя частоты и выход первого делителя частоты, к входу которого подключен выход згщающего генератора и тактовьш вход ФФ выходного регистра, к строби- рующему входу которого подключен прямой выход второго делителя частоты, инверсный выход счетчика времени прямого хода кадра соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом счетчика времени обратного хода кадра, а также инвертор, отличающаяся тем, что, с целью повьшения чувствительности камеры путем увеличения времени накопления фотозарядов в матрице при сохранении режима разложения выходного сигнала, введены последовательно соединенные третий делитель частоты и второй элемент И, выход Которого соединен с входом инвертора и управляющим входом ФФ секции памяти и ФФ секции накопления, D-триггер, к D- и С-входам которого подключены соответственно выход третьего делителя частоты и инверсный выход счетчика времени обратного хода кадра, а инверсньш выход соединен с вторым входом второго элемента И, к третьему входу которого подключен вход третьего делителя частоты .и прямой выход счетчика времени обратного хода кадра, третий и четвертый элементы И, шесть элементов ИЛИ, три элемента НЕТ, компаратор и ПУ среднего регистра, а в трехфазную матрицу приборов с зарядовой связью введен средний регистр, находящийся в зарядовйй связи с секцией накопления и секцией

8

0

5

0 5

0

5

0

паьтятн, к управляющему входу которого - подключен выход ПУ среднего регистра, а к информационному входу - выход- компаратора, к тактовому и информационному входам которог О подключены соответственно прямой выход счетчика времени прямого хода кадра и усилителя-формирователя, при этом к первому, второму, третьему и четвертому входам ПУ секции памяти подключены соответственно через первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, первьй элемент НЕТ и третий элемент ИЛИ выходы первой, второй и третьей фаз и выход управления ФФ секции памяти, к вторым объединенным входам первого, второго и третьего элементов ИЛИ и первого элемента НЕТ подключен выход третьего элемента И, к первому входу которого подключен прямой выход счетчика времени обратного хода кадра, а к второму входу - выход инвертора и управляющие входы ПУ секции накопления и ПУ среднего регистра, к первому, второму и третьему информационным входам которого подключены соответственно через четвертьш элемент И, четвертый и пятый элементы ИЛИ выходы первой, второй и третьей фаз ФФ секции накопления, к вторым входам четвертого элемента И, четвертого и пятого элементов ИЛИ подключены соответственно через шестой элемент ИДИ, второй и третий элементы НЕТ выходы первой, второй и третьей фаз ФФ выходного регистра, а вторые объединенные входы шестого элемента ИЛИ и второго и третьего элементов НЕТ соединены с выходом второго элемента И.

Фаг.з