УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБРАБОТКИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 2014 года по МПК H04N7/18 

Предлагаемое устройство предназначено для электронной обработки видеосигналов и может бить использовано в радиотехнических устройствах различного назначения, например, в тепловизионных системах, оптических локаторах, космическом телевидении, где ставится задача отображения электронного изображения, содержащего равномерный непериодический фон, динамический диапазон которого превышает динамический диапазон регистрирующего прибора.

В последнее время большое распространение получили тепловизионные, оптические и телевизионные обзорные системы сканирующего типа.

Актуальной задачей в настоящее время является создание систем, обладающих высокими обнаружительными характеристиками, широким динамическим диапазоном.

Увеличение чувствительности системы приводит к сужению ее динамического диапазона, что, в свою очередь, приводит к потере деталей изображения, расположенных на уровне "белого".

Известными методами, например, использованием автоматической регулировки усиления (АРУ), мгновенной автоматической регулировки усиления (МАРУ) можно расширить динамический диапазон, улучшив воспроизведение деталей изображения, расположенных на уровне "белого". Например, известна схема регулировки усиления в телевизионной камере с компрессией амплитудной характеристики, в которой потеря деталей на ярких участках изображения, имеющего яркие и темные участки, исключается путем компрессии сигнала, превышающего определенный пороговый уровень. Видеосигнал ограничивается по пороговому уровню "черного" и весь видеосигнал, превышающий этот пороговый уровень, сжимается в пределах определенного амплитудного диапазона с помощью управляемой ослабляющей схемы в те моменты времени, когда сигнал превышает этот амплитудный диапазон. Сжатая таким образом часть сигнала складывается с сигналом, расположенным ниже определенного порогового уровня ограничения, в результате чего получается ограниченный по амплитуде выходной сигнал, в котором остаются неизменными детали на темных участках изображения и более отчетливо проявляются детали на ярких участках изображения.

Недостатком описанного устройства является то, что малоконтрастные детали, лежащие на уровне "белого", подвергаются компрессии, что ухудшает или делает невозможным их регистрацию.

Повышение чувствительности и расширение динамического диапазона обзорных систем связано с определенными трудностями, обусловленными наличием на приемнике не только сигналов от объектов, но и сигналов, вызванных излучением окружающего их фона, особенно если излучение фона значительно превосходит превышение уровня сигнала от объекта над фоном. Фоновое излучение приводит к появлению постоянной составляющей в видеосигнале, несущем информацию о наблюдаемых объектах. Наличие значительной постоянной составляющей не позволяет использовать для сжатия динамического диапазона видеосигналов устройства АРУ и МАРУ, так как степень сжатия динамического диапазона видеосигналов будет определяться уровнем фона.

Для сохранения высоких обнаружительных характеристик обзорных систем при сжатии динамического диапазона необходимо сигнал от объектов, значительно отличающийся от уровня фона, подвергнуть сжатию, а сигнал, незначительно отличающийся от уровня фона, т.е. соответствующий малоконтрастным объектам, передать линейно. Осуществить эту операцию с помощью известных устройств сжатия динамического диапазона можно, лишь устранив постоянную составляющую, вызванную фоновым засветом.

Известны различные способы борьбы с фоновым засветом, в основе которых лежит отличие искомых объектов и фона, проявляющееся в интенсивности, спектральном составе и поляризации испускаемого излучения, подвижности, размерах, конфигурации, ориентации в пространстве, взаимном расположении и т.д.

Различие по спектральному составу излучений объекта и фона используется в спектральной фильтрации. Метод спектральной фильтрации основан на соответствующем выборе спектральных характеристик оптического тракта и приемника излучения (см. Л.З. Криксунов, И.Ф. Усольцев "Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов", изд. "Советское радио", 1968 г., стр.94-97). Недостатком этого метода является то, что метод может быть использован для узкого класса объектов с определенными спектральными характеристиками, кроме того, он малоэффективен в случае незначительного различия спектральных характеристик объектов и фона.

Различие в геометрических размерах, форме и интенсивности излучения искомых объектов и фонов используется для борьбы с фоном в пространственной фильтрации.

В оптическом методе пространственной фильтрации для устранения сигнала от фона производится модуляция лучистого потока, падающего на приемник лучистой энергии, с помощью модулирующего диска, имеющего растр специальной конфигурации, например, в виде шахматной доски (см. Л.З. Криксунов, И.Ф. Усольцев "Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов", изд. "Советское радио", 1968 г., стр.53-55, см. также Fisher Leftwich, Yates "Survey of infrared trackers," Applied Optics, v.5, №4, April 1966, p.507-515 (Перевод №2841, 1967 г.)

Прозрачные квадраты растра располагаются в шахматном порядке и выбираются по размерам равными изображению в плоскости анализа теплоизлучающего объекта, который нужно выделить из фона. Лучистый поток от объекта модулируется и сигнал, вызванный этим потоком, пропускается электронной схемой, в то время как лучистый поток от протяженного фона не модулируется и не вызывает сигнала на выходе схемы. Оптическому способу подавления фона свойственны недостатки: использование растра, содержащего прозрачные и непрозрачные элементы для модуляции лучистого потока, уменьшает на 50% величину потока, падающего на приемник. С помощью растра эффективно выделяются из фона лишь те объекты, изображение которых в плоскости анализа теплового поля соответствует размерам квадратов растра. Чем больше изображение объекта отличается от размеров квадратов растра, тем меньше глубина модуляции сигнала, соответствующего этому объекту, тем меньше сигнал на выходе схемы. Кроме того, оптический способ не обеспечивает устранение малоразмерного фона, т.е. фона, соизмеримого с размерами квадратов растра. В современных обзорных системах, содержащих в качестве приемника лучистой энергии многоэлементный приемник, оптический способ борьбы с фоном не используется.

Широкое распространение получила электронная обработка изображения с целью подавления фона.

В анализаторе изображения, описанном в патенте США №3.813.486, используется различие в интенсивности излучения объектов и фона. Анализатор изображения содержит источник видеосигнала и пороговый детектор для формирования двоичных сигналов. Величина двоичного сигнала зависит от выполнения или невыполнения критерия детектирования. Сформированное в устройстве накопления низкочастотных составляющих видеосигнала корректирующее напряжение подается на детектор для уменьшения изменений между максимальным уровнем видеосигнала, соответствующего фоновому напряжению, и пороговым уровнем детектирования.

Подобное же устройство описано в акцептованной заявке Великобритании №1.277.015. Оно содержит схему задержки видеосигнала и схему сравнения. Схема сравнения сравнивает мгновенное значение амплитуды задержанного видеосигнала с опорным напряжением. В качестве опорного напряжения используется мгновенное значение амплитуды незадержанного видеосигнала. Недостатком описанных устройств является: потеря полутонов в изображении протяженных объектов; в случае, если поле зрения содержит два или три фона, на границе двух фонов устройства формируют выходной сигнал такой же, как и в случае наличия в этом месте объекта; кроме того, если объект расположен на границе двух фонов, происходит его потеря.

Различие в подвижности объектов и фона позволяет выделять подвижные объекты из неподвижного фона.

Один из способов выделения подвижных объектов из переменного фона (см. В.В. Арбузов, Н.И. Берлин, И.И. Цуккерман, Межкадровые разностные изображения в телевидении, "Техника кино и телевидения", 1959 г. №4) состоит в запоминании значения сигналов, полученных со всех элементов просматриваемого пространства. Затем, через некоторое время, производится просмотр этих же элементов, и новые сигналы сравниваются с ранее запомненными. Изменение сигнала в соответствующих элементах, превышающее определенный порог, указывает на наличие подвижного объекта. Подобным образом можно выделять из фона лишь движущиеся объекты при условии, что носитель обзорной системы неподвижен, кроме того, используемые в настоящее время устройства запоминания, выполненные на базе потенциалоскопов или литаконов, имеют малый динамический диапазон, что сужает динамический диапазон системы. Динамический диапазон можно расширить, используя специализированные цифровые вычислительные машины (ЦВМ) для запоминания и обработки информации, однако это при большом числе элементов разложения и высокой скорости сканирования требует большого объема памяти и высокого быстродействия. Создание ЦВМ, имеющих большой объем памяти, высокое быстродействие и малые габариты является в настоящее время проблемным вопросом.

В патенте США №3.274.388 описан электронный метод подавления протяженного фона. Прибор для детектирования и передачи излучения содержит многоэлементный приемник излучения. Последовательно каждому элементу и источнику потенциала подсоединено отдельное нагрузочное сопротивление и выходное устройство, состоящее из цепочки емкость-сопротивление и накопительного конденсатора. Цепочка емкость-сопротивление блокирует относительно установившееся напряжение, вызванное фоновым излучением, и пропускает переменное напряжение, вызванное переходным излучением. Недостатком этого метода является одномерность селекции, т.е. протяженный фон, имеющий малые размеры вдоль линии сканирования, не подавляется.

Описанное устройство не позволяет также устранить малоразмерный фон. Кроме того, устройство производит дифференцирование сигнала от протяженных объектов (длительность сигналов от которых превышает постоянную времени цепочка емкость-сопротивление). При этом изображение протяженного объекта наблюдается на экране индикатора в виде контура, причем, контур, соответствующий переходу объект-фон, имеет полярность обратную полярности контура, соответствующего переходу фон-объект. Сигнал от объектов, не имеющих четко выраженных контрастов, также как и фон, блокируется и не поступает на индикатор.

В патенте США №2.953.688 описан многоэлементный приемник лучистой энергии, содержащий множество последовательно соединенных чувствительных к излучению элементов, причем, рядом расположенные элементы соединены между собой так, что полярность сигнала в каждом из них обратна полярности сигналов в рядом расположенных элементах. Если на подобный многоэлементный приемник проектируется изображение протяженного объекта, например, фона, то излучение воспринимается сразу несколькими рядом расположенными элементами, при этом напряжения, снимаемые с соседних элементов, компенсируют друг друга, в результате сигнал протяженного объекта подавляется. Сигнал от точечных источников, т.е. источников, изображение которых соизмеримо с размерами элементов приемника, передается на выход приемника. Недостатком описанного метода подавления фона является невозможность выделения протяженных объектов и низкая разрешающая способность в направлении, перпендикулярном линии сканирования.

В патенте США №3.444.380 описан способ электронного подавления фона и устройство для обнаружения точечного источника излучения в некоторой области, содержащей протяженные объекты. Способ состоит в разделении области наблюдения на матричные элементы, в которых участки области сравниваются для определения, является ли наблюдаемый источник точечным. Устройство для осуществления этого способа содержит линию задержки в сочетании со схемой сравнения. Это устройство пропускает сигнал от искомых точечных источников и подавляет сигнал от протяженных объектов. Устройство не может использоваться для выделения из фона протяженных объектов.

На том же принципе основано выделение из фона точечных источников излучения в патенте США №3.890.499, где описана дифференциальная сканирующая система. Система содержит два канала. Первый детектор системы реагирует на излучение каждого просмотренного элемента объема. Второй детектор чувствителен к энергии излучения окружающего элемент фона. Предусмотрена схема для получения разностного сигнала: из электрического сигнала, снимаемого с первого детектора, вычитается сигнал, снимаемый со второго детектора. Недостатком устройства является отсутствие возможности устранения перепадов напряжения при наличии резких переходов фон 1 - фон 2 и потеря полутонов в изображении протяженных объектов.

Известен способ выделения неподвижных малоконтрастных объектов из равномерного фона за счет использования в качестве воспринимающего элемента дифференцирующей телевизионной передающей трубки, описанный в авторском свидетельстве СССР №186038. Передающая трубка содержит фотокатод и двухстороннюю мишень с изолирующим накопителем. Селекция объектов осуществляется путем преобразования стационарного оптического изображения в подвижное электронное с последующим его дифференцированием в процессе генерирования видеосигнала на мишени. В секции переноса передающей трубки производится принудительное качание фотоэлектронного потока с помощью магнитной отклоняющей системы, расположенной между фотокатодом и мишенью. Ориентацию магнитной системы и форму отклоняющих токов подбирают таким образом, чтобы качание осуществлялось перпендикулярно строкам, в такт с разверткой коммутирующего пучка и на величину размера изображения. При таком режиме переноса фотоэлектронного изображения условия формирования на мишени трубки сигнала от равномерного фона не изменяются, в то же время электрический сигнал от излучающих неподвижных объектов становится аналогичным сигналу от движущихся целей, различие в электрических сигналах от объектов и фона существенно возрастает, и искомые объекты могут быть легко выделены. Подобное устройство может быть использовано для выделения малоконтрастных объектов лишь в случае, когда изображение содержит только один равномерный фон.

Известны устройства, в которых для выделения малоконтрастных объектов из неравномерного фона производится подавление нижних пространственных частот и усиление высоких пространственных частот (подчеркивание контуров объектов). Так, в известном устройстве (см. В.Л. Ленцман, Л.А. Матвеева, И.И. Цуккерман, "Пространственная фильтрация электронных изображений при накоплении на мишени", Журнал технической физики, 1966, т.36, №8), ослабление нижних пространственных частот осуществляется сложением на мишени исходного положительного электронного изображения с несколько расфокусированным ("низкочастотным") отрицательным электронным изображением. Недостатком указанного устройства является: малый динамический диапазон накапливающего устройства (мишени), что не позволяет обрабатывать изображение, имеющее большой динамический диапазон видеосигналов; теряются полутона на изображении объектов; объекты, не имеющие резко выраженного контраста по отношению к фону, подавляются.

На том же принципе основано и устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР №155.825. В нем световой поток после объектива разделяется на две неравные части и одна, большая из этих частей, направляется на передающую телевизионную трубку с большей разрешающей способностью, а другая - на трубку, предназначенную для получения низкочастотных сигналов. Видеосигнал с трубки, имеющей большую разрешающую способность, подается на вход высокочастотного фильтра, а видеосигнал с трубки, имеющей малую разрешающую способность, подается на вход низкочастотного фильтра. Видеосигнал с выходов фильтров суммируется. Недостатки устройства состоят в потери полутонов в изображении объектов и потери объектов, не имеющих резко выраженных переходов фон-объект.

Пространственная фильтрация может быть также осуществлена посредством соответствующей обработки видеосигнала, например, путем подъема высоких пространственных частот добавлением к видеосигналу его инвертированной второй производной (см. С.Е. Здор, В.Б. Широков "Оптический поиск и распознавание", изд. "Наука", 1973 г., стр.64-68). Получение второй производной видеосигнала осуществляется двукратным дифференцированием входного видеосигнала. Указанный метод не позволяет устранить фоновую составляющую.

В патенте Японии №46-3888 описано устройство для повышения контрастности изображения, которое состоит из двух каналов - канала выделения контура, линейного канала и сумматора на выходе. Канал выделения контура содержит: ограничитель уровня сигнала снизу, дифференцирующий каскад и моностабильный мультивибратор. Выделение контура деталей изображения в данном устройстве достигается посредством наложения на основной сигнал импульсов обратной полярности, вырабатываемых мультивибратором во время задних фронтов деталей изображения, что дает частичное оконтуривание их. Недостатки устройства: несовпадение линий оконтуривания с истинной границей, подчеркивание только заднего фронта, невозможность оконтуривания слабых сигналов устранены в устройстве коррекции видеосигнала, описанном в заявке №2.063.470/09 с приоритетом от 27 сентября 1974 г., положительное решение от 4 июня 1975 г. Устройство содержит: канал выделения контура, линейный канал и сумматор на выходе этих каналов. Канал выделения контура включает в себя линию задержки, два аналоговых умножителя и разностный усилитель, причем входы первого аналогового умножителя подключены соответственно ко входу и выходу линии задержки, оба входа второго аналогового умножителя и вход линейного канала подключены к выходу линии задержки, а выходы аналоговых умножителей подключены ко входам разностного усилителя. Описанное устройство позволяет улучшить различимость объектов за счет оконтуривания их, но не позволяет устранить фоновые засветы и не может быть использовано для обработки изображения, содержащего фоны, динамический диапазон сигналов от которых превышает динамический диапазон регистрирующего устройства.

Наиболее близким по технической сущности является устройство автоматической компрессии сигналов, описанное в заявке №2.310.151/09 с приоритетом от 5 января 1976 г. которое выбрано за прототип. Устройство содержит: блок мгновенной автоматической регулировки усиления, например, логарифмический усилитель, и блок линейной компрессии сигнала, выполненный по схеме усилителя с автоматической регулировкой усиления, причем ко входу блока мгновенной автоматической регулировки усиления подключен выход вычитающего устройства, один выход которого соединен с выходом линии задержки, а второй вход и вход блока линейной компрессии сигнала подключены к выходу интегратора, при этом входы интегратора и линии задержки соединены вместе, а выходы блоков мгновенной автоматической регулировки усиления и линейной компрессии сигнала подключены к соответствующим входам схемы суммирования.

Недостатки устройства: в случае, если изображение содержит несколько фонов с резкими переходами на границе между ними, фронты перепадов пропускаются на выход устройства, при этом на изображении граница двух фонов наблюдается в виде освещенной (если контраст перехода фон 1 - фон 2 положителен) или затемненной (если контраст перехода фон 1 - фон 2 отрицателен) линии, ширина которой определяется постоянной времени τ интегратора, а яркость - величиной перепада фон 1 - фон 2. При этом, если объект находится в этой области или на границе двух фонов, происходит его потеря, в случае если контраст перехода фон 1 - фон 2 велик. Кроме того, описанное устройство пропускает на выход видеосигналы от малоразмерного (соизмеримого с угловыми размерами искомых объектов) фона.

Как следует из анализа вышеописанных устройств, актуальный вопрос выделения малоконтрастных объектов с сохранением их полутонов на изображении, содержащем основные фоны - небо, воду, сушу, интенсивность излучения которых изменяется в широком динамическом диапазоне, в настоящее время еще не решен.

Целью настоящего изобретения является создание устройства электронной обработки изображения для обзорных систем сканирующего типа, позволяющего выделять малоконтрастные объекты на любых фоновых уровнях с сохранением полутонов объектов и производить автоматическую компенсацию непериодического равномерного фона, имеющего три уровня - уровень "черного", уровень "белого" и уровень "серого", соответствующих, например, фону неба, воды и суши, и сжатие динамического диапазона видеосигналов.

Для осуществления поставленной цели в устройство автоматической компрессии сигналов, содержащее интегратор, блок мгновенной автоматической регулировки усиления, например, логарифмический усилитель, вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, введены два компаратора, два интегратора, три блока формирования опорного напряжения, четыре блока коммутации, при этом вход устройства соединен со входами первого и второго компараторов, первым входом блока вычитания и входом управляемого переключателя первого блока коммутации, первый выход управляемого переключателя первого блока коммутации соединен со входом первого управляемого переключателя второго блока коммутации, первый выход первого управляемого переключателя второго блока коммутации соединен со входом первого интегратора, выход которого через первый управляемый ключ третьего блока коммутации соединенное входом первого блока формирования напряжения компенсации, выход которого соединен с первым входом второго управляемого переключателя второго блока коммутации, выход второго управляемого переключателя второго блока коммутации через управляемый ключ первого блока коммутации соединен со вторым входом блока вычитания и вторым выходом управляемого переключателя первого блока коммутации, второй выход первого управляемого переключателя второго блока коммутации соединен со входом первого управляемого переключателя четвертого блока коммутации, первый выход первого управляемого переключателя четвертого блока коммутации соединен со входом второго интегратора, выход которого через второй управляемый ключ третьего блока коммутации соединен со входом второго блока формирования напряжения компенсации, выход которого соединен с первым входом второго управляемого переключателя четвертого блока коммутации и входом первого блока формирования опорного напряжения, выход второго управляемого переключателя четвертого блока коммутации соединен со вторым входом второго управляемого переключателя второго блока коммутации, второй выход первого управляемого переключателя четвертого блока коммутации соединен со входом третьего интегратора, выход которого через третий управляемый ключ третьего блока коммутации соединен со входом третьего блока формирования напряжения компенсации, выход которого соединен со входом второго блока формирования опорного напряжения и со вторым входом второго управляемого переключателя четвертого блока коммутации, выход первого блока формирования опорного напряжения соединен с опорным входом первого компаратора, выход которого соединен с управляющим входом второго блока коммутации, выход второго блока формировании опорного напряжения соединен с опорным входом второго компаратора, выход которого соединен с управляющим входом четвертого блока коммутации, выход блока мгновенной автоматической регулировки усиления соединен с выходом устройства, на первый управляющий вход первого блока коммутации поданы импульсы обратного хода строк, в на второй управляющий вход первого блока коммутации и на управляющий вход третьего блока коммутации поданы импульсы обратного хода кадров.

Сущность изобретения состоит в

- автоматическом определении уровня "белого", уровня "черного" и уровня "серого", соответствующих трем основным фонам - небу, воде и суше, на которых может наблюдаться объект;

- отслеживании среднего уровня каждого фона;

- формировании напряжения компенсации для каждого фона, равного среднему за некоторое время, например, за время 1 кадра, значению данного фона;

- автоматическом определении по величине видеосигнала, к какому фону относится данный наблюдаемый элемент изображения;

- вычитании из входного видеосигнала напряжения компенсации, равного среднему значению уровня фона, на котором наблюдается данный элемент изображения;

сжатии динамического диапазона полученного разностного сигнала, представляющего собой сигнал от объектов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства;

на фиг.2 показаны эпюры напряжения видеосигнала, снимаемого с приемника при сканировании поля зрения, содержащего три фона - небо, сушу и воду;

на фиг.3 представлены эпюры напряжения, характеризующие процесс автоматического отслеживания фоновых уровней, в случае, если поле зрения содержит три фона (небо, воду и сушу);

на фиг.4 представлены эпюры напряжения, характеризующие процесс автоматического отслеживания фоновых уровней в случае, если поле зрения содержит два фона, например, небо и воду;

на фиг.5 представлены эпюры напряжения, характеризующие процесс автоматического отслеживания фонового уровня, в случае, если поле зрения содержит один фон, например, сушу;

на фиг.6 представлены эпюры напряжения, характеризующие процесс автоматического отслеживания фоновых уровней, в случае, если в поле зрения устройства, содержащем два фона, например, небо и воду, появляется третий фон, например, суша;

на фиг.7 представлены эпюры напряжения, характеризующие процесс электронной обработки изображения.

На эпюрах на осях абсцисс откладывается напряжение, на осях ординат - время.

Индекс на оси напряжений указывает, к какому элементу блок-схемы относится данная эпюра напряжения. Верхний индекс на оси времени обозначает номер кадра; первая цифра нижнего индекса обозначает номер строки в кадре, который может принимать значение от 1 до n, где n - число строк в кадре (в современных обзорных системах число строк в кадре может достигать 2000); вторая цифра нижнего индекса обозначает характерные точки на эпюрах. Так, на эпюрах фиг.3 вторая цифра 1 обозначает начало прямого хода строки, 2 - момент пересечения линией сканирования границы фон I - фон II, 3 - момент пересечения линией сканирования границы фон II - фон III, 4 - конец прямого хода строки (на фиг.4, 5 и в интервале времени $$t_{11}^i÷t_{n3}^i$$ фиг.6 концу прямого хода строки соответствуют, соответственно, вторые цифры 3, 2 и 3 в нижнем индексе). Видеосигналы соседних отрок разделяются между собой интервалами, в течение которых осуществляется обратный ход строки (для фиг.3 интервалы времени $$t_{к4}^i-t_{(к+1)1}^i$$ , где i - номер кадра, К=1÷n). В течение обратного хода кадра (для фиг.3 интервалы времени $$t_{n4}^i-t_{11}^{i+1}$$ , где i - номер кадра, n - номер последней строки кадра) видеосигнал может содержать врезку опорного напряжения, например, сигнал уровня обтюратора (интервалы времени $$T_0^i-T_1^i$$ , где i - номер кадра).

Для удобства изложения на эпюрах показаны униполярные видеосигналы, однако, все изложенное справедливо и для биполярных видеосигналов.

Устройство электронной обработки изображения содержит: блок вычитания 1, вход 2 которого соединен со входом 3 компаратора 4, входом 5 компаратора 6, входом 7 управляемого переключателя 8 блока коммутации 9 и со входом устройства, выход 10 переключателя 8 соединен со входом 11 управляемого переключателя 12 блока коммутации 13, выход 14 переключателя 12 соединен со входом интегратора 15, выход которого соединен со входом 16 управляемого ключа 17 блока коммутации 18, выход 19 ключа 17 соединен со входом блока формирования напряжения компенсации 20, выход которого соединен со входом 21 управляемого переключателя 22 блока коммутации 13, выход 23 переключателя 22 соединен со входом 24 управляемого ключа 25 блока коммутации 9, выход 26 ключа 25 соединен с выходом 27 переключателя 8 блока коммутации 9 и входом 28 блока вычитания 1, выход которого подсоединен ко входу блока мгновенной автоматической регулировки усиления 29, выход которого соединен с выходом устройства, выход 30 переключателя 12 блока коммутации 13 соединен со входом 31 управляемого переключателя 32 блока коммутации 33, выход 34 переключателя 32 соединен со входом интегратора 35, выход которого соединен со входом 36 управляемого ключа 37 блока коммутации 18, выход 38 ключа 37 соединен со входом блока формирования напряжения компенсации 39, выход которого соединен со входом блока формирования опорного напряжения 40 и со входом 41 управляемого переключателя 42 блока коммутации 33, выход 43 переключателя 42 соединен со входом 44 переключателя 22 блока коммутации 13, выход 45 переключателя 32 блока коммутации 33 соединен со входом интегратора 46, выход которого соединен со входом 47 управляемого ключа 48 блока коммутации 18, выход 49 ключа 48 подключен ко входу блока формирования напряжения компенсации 50, выход которого соединен со входом блока формирования опорного напряжения 51 и входом 52 переключателя 42 блока коммутации 33, выход блока формирования опорного напряжения 40 соединен с опорным входом 53 компаратора 4, выход которого подключен к управляющему входу 54 блока коммутации 13, выход блока формирования опорного напряжения 51 соединен с опорным входом 55 компаратора 6, выход которого подключен к управляющему входу 56 блока коммутации 33, на управляющий вход 57 блока коммутации 9 поданы импульсы обратного хода строк, на управляющий вход 58 блока коммутации 9 и управляющий вход 59 блока коммутации 18 поданы импульсы обратного хода кадров.

При отсутствии управляющего напряжения на управляющих входах блоков коммутации вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 соединен с выходом 10, вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 соединен с выходом 14, ключи 17, 37 и 48 блока коммутации 18 разомкнуты, вход 21 переключателя 22 блока коммутации 13 соединен с выходом 23, ключ 25 блока коммутации 9 замкнут, вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 соединен с выходом 34, вход 41 переключателя 42 блока коммутации 33 соединен с выходом 43.

Рассмотрим работу устройства.

При сканировании поля зрения, содержащего три различных равномерных фона, например, небо 1, сушу 2 и воду 3 (см. фиг.2а) видеосигнал строки может содержать один фоновый уровень (см. строку c на фиг.2а и эпюру напряжения видеосигнала, соответствующего этой строке, на фиг.2г), два фоновых уровня (см. строку a на фиг.2а и эпюру напряжения видеосигнала, соответствующую этой строке, на фиг.2б) или три фоновых уровня (см. строку b на фиг.2а и эпюру напряжения видеосигнала, соответствующую этой строке, на фиг.2в). На границе двух фонов в видеосигнале будет иметь место скачок напряжения, величина и полярность которого зависит от температуры и излучательной способности фонов. В процессе длительной работы величина и взаимный контраст фоновых уровней может меняться в широких пределах.

Рассмотрим процесс автоматического отслеживания фоновых уровней в случае, если поле зрения содержит три фона: небо, сушу и воду. На Фиг.3 изображены эпюры напряжения, иллюстрирующие процесс автоматического отслеживания фоновых уровней для этого случая.

В каждом из строчных видеосигналов может содержаться (см. также Фиг.2) один, два или три фоновых уровня. На Фиг.3а показаны эпюры видеосигналов первой и последней строк кадров, содержащие три фоновых уровня I, II и III (однако, часть строк кадра может содержать аналогично строкам a и c Фиг.2 только два или один фоновый уровень), длительность которых может изменяться от строки к строке.

Рассмотрим работу устройства в течение первого кадра обзора $$t_{11}^{/}÷t_{11}^{//}$$ .

В исходном состоянии $$(t_{11}^{/})$$ напряжение на выходе интеграторов 15, 35 и 46 отсутствует, напряжение на выходе блоков формирования напряжения компенсации 20, 39 и 50, блоков формирования опорного напряжения 40 и 51, а соответственно, и напряжение на опорных входах 53 компаратора 4 и 55 компаратора 6 равно нулю. Видеосигнал, подаваемый на устройство (Фиг.3а), поступает на вход 2 блока вычитания 1, вход 3 компаратора 4, вход 5 компаратора 6 и вход 7 управляемого переключателя 8 блока коммутации 9. Так как видеосигнал имеет положительную полярность, а опорное напряжение на опорных входах компараторов 4 и 6 равно нулю, на выходах компараторов 4 и 6 в течение прямого хода строк вырабатывается управляющее напряжение (Фиг.3д, е), которое подается на управляющие входы 54 и 56 блоков коммутаций 13 и 33. При этом в течение времени прямого хода строк $$t_{к1}^{/}-t_{к4}^{/}$$ (где К=1÷n) вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 соединен с выходом 30, вход 44 переключателя 22 блока коммутации 13 соединен с выходом 23, вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 соединен с выходом 45, вход 52 переключателя 42 блока коммутации 33 соединен с выходом 43. Таким образом, в течение времени прямого хода строк первого кадра вход устройства соединен со входом интегратора 46 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключатели 32 - вход интегратора 46. Во время обратного хода строк, когда сигнал изображения отсутствует, вход интегратора 46 отключается от входа устройства с помощью переключателя 8 блока коммутации 9. К концу прямого хода кадра $$(t_{n4}^{/})$$ выходное напряжение интегратора 46 достигает величины

$$\raisebox{1ex}{$U_{46}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$t=t_{n4}^{/}$}\right.=\frac{{\displaystyle \underset{t_{n4-r-к\cdot t_{охс}}^{/}}{\overset{t_{n4}^{/}}{\int }}U(t)dt}}{r}\left(1\right)$$

где $$к=\epsilon (\frac{\tau }{t_{пхс}})$$ (ε - функция "целая часть") к≤n

U(t) - входной видеосигнал;

τ - постоянная времени интегратора;

t_охс - время обратного хода строки;

t_пхс - время прямого хода строки;

n - число строк в кадре.

При выборе постоянной времени интегратора τ равной, например, суммарному времени прямого хода строк кадра величина напряжения на выходе интегратора 46 к концу прямого хода кадра $${(t_{n4}^{/})}_{t_{n4}^{/}}$$ будет равна

$$\raisebox{1ex}{$U_{46}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$t=t_{n4}^{/}$}\right.={\displaystyle \underset{t_{11}^{/}}{\overset{t_{n4}^{/}}{\int }}\frac{U(t)dt}{\tau }}\left(2\right)$$

где $$\tau =n{t}_{пхс}$$ ,

т.е. усредненной за суммарное время прямого хода строк величине входного видеосигнала. (Во время обратного хода строк и кадров цепь заряда и разряда интегратора 46, а также интеграторов 15 и 35, разрывается переключателем 8 блока коммутации 9, в результате чего интервалы обратного хода строк $$t_{к4}^{/}-t_{(к+1)I}^{/}$$ , где К=1÷(n-1), и обратного хода кадров не принимают участия в процессе усреднения напряжения на интеграторе 46, а также интеграторах 15 и 35).

В течение времени обратного хода кадра $$t_{n4}^i-t_{11}^{i+1}$$ на управляющий вход 58 блока коммутации 9 подается управляющее напряжение, под действием которого переключатель 8 блока коммутации 9 отключает входы интеграторов от входа устройства, не давая напряжению, поступающему на вход устройства во время обратного хода кадра, например, сигналу уровня обтюратора, воздействовать на напряжение интеграторов. Одновременно управляющее напряжение подается на управляющий вход 59 блока коммутации 18, под его действием ключи 17, 37 и 48 замыкаются, соединяя выходы интеграторов 15, 35 и 46 со входами блоков формирования напряжения компенсации 20, 39 и 50 соответственно. Блоки формирования напряжения компенсации 20, 39 и 50 в течение времени прямого хода следующего кадра $$t_{11}^{//}-t_{n4}^{//}$$ формируют постоянное по величине напряжение, равное выходному напряжению интеграторов 15, 35 и 46 в момент времени $$t_{n4}^{/}$$ .

Так как выходное напряжение интеграторов 15 и 35 в момент времени $$t_{n4}^{/}$$ равно нулю (Фиг.3к, л), выходное напряжение блоков формирования напряжения компенсации 20 и 39 равно нулю, выходное напряжение блока 50 равно выходному напряжению блока 46. К выходу блоков формирования напряжения компенсации 39 и 50 подключены входы блоков формирования опорного напряжения 40 и 51, имеющих коэффициент передачи К<1. Так как в течение времени обратного хода первого кадра напряжение на выходе блока 35 отсутствует, напряжение на выходе блока 39, а, следовательно, и блока формирования опорного напряжения 40 в течение времени прямого хода второго кадра $$t_{11}^{//}-t_{n4}^{//}$$ равно нулю (Фиг.3в). При этом, так как в течение времени прямого хода строк видеосигнал положителен, компаратор 4 в течение времени прямого хода строк вырабатывает управляющее напряжение, которое подается на управляющий вход 54 блока коммутации 13 (Фиг.3д). Компаратор 6 вырабатывает управляющее напряжение лишь в те моменты времени, когда величина входного видеосигнала превышает опорное напряжение U51, вырабатываемое блоком формирования опорного напряжения 51 и равное К₂U_вых50, где К₂<1 - коэффициент передачи блока 51, т.е. в течение времени $$t_{к3}^{//}-t_{к4}^{//}$$ , где К=1÷n. В течение времени $$t_{к1}^{//}-t_{к2}^{//}$$ на управляющий вход 54 блока коммутации 13 с выхода компаратора 4 подано управляющее напряжение, управляющее напряжение на управляющем входе 56 блока коммутации 33 отсутствует, вход устройства соединен со входом интегратора 35 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 34 переключателя 32 - вход интегратора 35. В течение времени $$t_{к2}^{//}-t_{к3}^{//}$$ управляющее напряжение по-прежнему подано на управляющий вход 54 блока коммутации 13 и отсутствует на управляющем входе 56 блока коммутации 33, вход устройства остается подключенным ко входу интегратора 35 (Фиг.3з). В течение времени $$t_{к3}^{//}-t_{к4}^{//}$$ величина входного видеосигнала превышает величину опорного напряжения, действующего на опорном входе 55 компаратора 6, на выходе компаратора 6 вырабатывается управляющее напряжение (Фиг.3е), которое подается на управляющий вход 56 блока коммутации 33, при этом вход устройства подключается ко входу интегратора 46 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46 (Фиг.3и). К концу прямого хода второго кадра $$(t_{n4}^{//})$$ величина напряжения на выходе интегратора 46 равна усредненному значению фонового уровня III (Фиг.3м). (При постоянной времени τ интегратора равной, например, суммарному времени прямого хода строк кадра, процесс отслеживания фонового уровня, занимающего лишь часть строки, длится в течение такого времени, за которое суммарная длительность выборок видеосигнала, содержащих фоновый уровень III, достигнет величины постоянной интегратора τ, т.е. в течение нескольких кадров. Здесь и далее для упрощения изложения предполагается, что процессы отслеживания фоновых уровней интеграторами длятся в течение прямого хода одного кадра). Величина напряжения на выходе интегратора 35 равна усредненному значению выборок видеосигнала, содержащих фоновые уровни I и II (Фиг.3л). В течение времени $$t_{n4}^{//}-t_{11}^{///}$$ на управляющий вход, 59 блока коммутации 18 подается управляющее напряжение, под действием которого ключи 17, 37 и 48 замыкаются, соединяя выходы интеграторов 15, 35 и 46 со входами блоков формирования напряжения компенсации 20, 39 и 50, соответственно. В течение времени $$t_{11}^{///}-t_{n4}^{///}$$ блоки 20, 39 и 50 вырабатывают напряжения компенсации, величина которых равна величине выходных напряжений соответствующих интеграторов, а именно: на выходе блока 20 напряжение отсутствует (т.к. отсутствует напряжение на выходе интегратора 15), напряжение на выходе блока 39 равно усредненному значению выборок видеосигнала, содержащих фоновые уровни I и II (Фиг.3л).

Блок формирования опорного напряжения 40, подключенный к выходу блока 39, вырабатывает опорное напряжение U₅₃, равное КUвых₃₉ (где К₁<1 - коэффициент передачи блока 40, Uвых₃₉ - выходное напряжение блока 39), которое подается на опорный вход компаратора 4 (Фиг.3 б, в). В течение времени прямого хода последующих кадров компаратор 4 производит выборку видеосигналов, величина которых менее величины опорного напряжения, вырабатываемого блоком 40, направляя их на вход интегратора 15 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 14 переключателя 12 - вход интегратора 15, т.е. в течение времени $$t_{к1}^i-t_{к2}^i$$ (где К=1÷n - номер строки в кадре, i>3 - номер кадра) входной видеосигнал, содержащий фоновый уровень I подается на вход интегратора 15, выходное напряжение которого к концу прямого хода каждого кадра равно значению фонового уровня I (Фиг.3к). В то же время компаратор 6 производит выборку видеосигналов, величина которых более величины опорного напряжения U₅₃, но менее величины опорного напряжения U₅₅, вырабатываемого блоком формирования опорного напряжения 51, направляя их на вход интегратора 35 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 34 переключателя 32 - вход интегратора 35, т.е. в течение времени $$t_{к2}^i-t_{к3}^i$$ (где К=1÷n - номер строки, i>3 - номер кадра) входной видеосигнал, содержащий фоновый уровень II подается на вход интегратора 35, выходное напряжение которого к концу прямого хода каждого кадра равно значению фонового уровня II (Фиг.3л). Одновременно компаратор 6 производит выборку видеосигналов, величина которых превышает величину опорного напряжения U₅₅, направляя их на вход интегратора 46 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46, т.е. в течение времени $$t_{к3}^i-t_{к4}^i$$ (где К=1-n - номер строки, i>3 - номер кадра) входной видеосигнал, содержащий фоновый уровень III, подается на вход интегратора 46, выходное напряжение которого в конце прямого хода каждого кадра равно величине фонового уровня III (Фиг.3м).

Рассмотрим процесс автоматического отслеживания фоновых уровней в случае, если поле зрения устройства обзора содержит только два фона, например, небо и сушу или воду и сушу или небо и воду.

На Фиг.4 представлены эпюры напряжений, иллюстрирующие процесс автоматического отслеживания фоновых уровней для этого случая.

В исходном состоянии $$(t_{11}^{/})$$ напряжения на выходах интеграторов 15, 35 и 46, блоков формирования напряжения компенсации 20, 39 и 50, блоков формирования опорного напряжения 40 и 51 равны нулю. Так как напряжения на опорных входах 53 и 55 компараторов 4 и 6 равны нулю, а входной видеосигнал имеет положительную полярность, на выходе компараторов 4 и 6 в течение прямого хода строк первого кадра вырабатывается управляющее напряжение, которое подается на управляющие входы 54 и 56 блоков коммутации 13 и 33, при этом вход устройства в течение прямого хода строк $$t_{к1}^{/}-t_{к3}^{/}$$ , где К=1-n - номер строки, подключается ко входу интегратора 46 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутаций 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46. К концу первого кадра $$(t_{n3}^{/})$$ величина выходного напряжения интегратора 46 составляет (Фиг.4м)

$$\raisebox{1ex}{$U_{46}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$t=t_{n3}^{/}$}\right.=\frac{{\displaystyle \underset{t_{n-\tau -K{t}_{охс}}^{/}}{\overset{t_{n3}^{/}}{\int }}U(t)dt}}{\tau }\left(2\right)$$

где $$к=\epsilon (\frac{\tau }{t_{пхс}})к\le n$$

U(t) - входной видеосигнал

τ - постоянная времени интегратора

t_охс - время обратного хода строки;

t_пхс - время прямого хода строки;

n - число строк в кадре.

напряжение на выходе интеграторов 15 и 35 отсутствует (Фиг.4к, л). В течение времени обратного хода кадра $$t_{n3}^{//}-t_{11}^{//}$$ на управляющий вход 59 блока коммутации 18 подается управляющее напряжение, под действием которого ключи 17, 37 и 48 замыкаются, соединяя выходы интеграторов 15, 35 и 46 со входами блоков формирования напряжения компенсации 20, 39 в 50, которые в течение прямого хода второго кадра $$t_{11}^{//}-t_{n3}^{//}$$ вырабатывает постоянное по величине напряжение, равное напряжению на их входах в течение времени $$t_{n3}^{/}-t_{11}^{//}$$ . При этом выходное напряжение блоков 20 в 39 равно нулю (Фиг.4к, л), а величина выходного напряжения блока 50 равна выходному напряжению интегратора 46 в момент времени $$t_{n3}^{/}$$ (Фиг.4М). Опорное напряжение U₅₃, вырабатываемое блоком 40 в течение времени $$t_{11}^{//}-t_{n3}^{//}$$ равно нулю, т.к. выходное напряжение блока 39 равно нулю (Фиг.4в), Опорное напряжение U₅₅, вырабатываемое блоком 51, равно К₂·U_вых 50, где К₂<1 - коэффициент передачи блока 51, U_вых 50 - усредненная величина входного видеосигнала первого кадра (Фиг.4г), величина которого превышает фоновый уровень I. Так как в течение прямого хода строк второго кадра входной видеосигнал по величине превышает опорное напряжение U₅₃ (равное нулю) компаратор 4 в течение времени $$t_{к1}^{//}-t_{к3}^{//}$$ , где к=1÷n - номер строки в кадре, вырабатывает управляющее напряжение, которое подается на управлявший вход 54 блока коммутации 13. В то же время компаратор 6 вырабатывает управляющее напряжение лишь в течение времени $$t_{к2}^{//}-t_{к3}^{//}$$ , когда величина входного видеосигнала превышает величину опорного напряжения U₅₅. Компаратор 6 производит выборку видеосигналов, содержащих фоновый уровень I (Фиг.4з), подавая их на вход интегратора 35 по цепи; вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 34 переключателя 32 - вход интегратора 35. На выходе интегратора к концу прямого хода второго кадра $$(t_{n3}^{//})$$ устанавливается напряжение, величина которого равна величине фонового уровня I (Фиг.4л). Одновременно компаратор 6 производит выборку видеосигналов, содержащих фоновый уровень II. В течение времени $$t_{к2}^{//}-t_{к3}^{//}$$ , где к=1÷n - номер строки в кадре, когда величина входного видеосигнала превышает величину опорного напряжения U₅₅ (Фиг.4б) компаратор 6 вырабатывает управляющее напряжение (Фиг.4е), которое подается на управляющий вход 56 блока коммутации 33. При этом входной видеосигнал подается на вход интегратора 46 (Фиг.4и) по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46. На выходе интегратора 46 к концу прямого хода второго кадра $$(t_{n3}^{//})$$ устанавливается напряжение, величина которого равна величине фонового уровня II (Фиг.4м). В течение времени прямого хода третьего и последующих кадров опорное напряжение U₅₃ на опорном входе 53 компаратора 4, вырабатываемое блоком 40, имеет величину К₁U_{фона I}, где К₁<1 - коэффициент передачи блока 40, U_{фона I} - величина фонового уровня I, a опорное напряжение U₅₅ на опорном входе 55 компаратора 6, вырабатываемое блоком 51, имеет величину К₂·U_{фона II}, где К₂ - коэффициент передачи блока 51, U_{фона II} - величина фонового уровня II. Так как величина опорного напряжения U₅₃ компаратора 4 меньше величины фоновых уровней I и II (к₁<1) компаратор 4 вырабатывает управляющее напряжение в течение всего времени прямого хода строк, при этом подачи видеосигналов на вход интегратора 15 не производится (фиг.4б, ж).

В случае, если в поле зрения устройства обзора присутствует лишь один фон, например, земная поверхность, автоматическое отслеживание фонового уровня происходит следующим образом (см. эпюры напряжения, изображенные на фиг.5).

В исходном состоянии $$(t_{11}^{//})$$ напряжения на выходах интеграторов 15, 35 и 46, блоков формирования напряжения компенсации 20, 39 и 50, блоков формирования опорного напряжения 40 и 51 равны нулю. Так как входной видеосигнал превышает опорные напряжения U₅₃ и U₅₅ на опорных входах 53 и 55 компараторов 4 и 6 на их выходах в течение прямого хода строк первого кадра $$t_{к1}^{/}-t_{к2}^{/}$$ где К=1÷n номер строки в кадре, вырабатываются управляющие напряжения, которые подаются на управляющие входы 54 и 56 блоков коммутации 13 и 33 (фиг.5д, е), при этом вход устройства в течение прямого хода строк tк₁-tк₂ подключается ко входу интегратора 46 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12, вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46 (фиг.5и). К концу прямого хода первого кадра $$t_{n2}^{/}$$ величина выходного напряжения интегратора 46 равна величине фонового уровня I (Фиг.5м), напряжение на выходах интеграторов 15 и 35 отсутствует (Фиг.5к, л). В течение времени обратного хода первого кадра $$t_{n2}^{/}-t_{11}^{//}$$ на управляющий вход 59 блока коммутации 18 подается управляющее напряжение, ключи 17, 37 и 48 замыкаются, соединяя выходы интеграторов 15, 35 и 46 со входами блоков формирования блоков напряжения компенсации 20, 39 и 50, которые в течение времени прямого хода второго кадра $$t_{11}^{//}-t_{n2}^{//}$$ вырабатывают постоянные по величине напряжения, равные напряжениям на их входах в течение времени $$t_{n2}^{/}-t_{11}^{//}$$ . При этом выходные напряжения блоков 20 и 39 равны нулю (Фиг.5к, л), а величина выходного напряжения блока 50 равна величине фонового уровня I. Опорное напряжение U₅₃, вырабатываемое блоком 40 в течение времени $$t_{11}^{//}-t_{n2}^{//}$$ равно нулю (Фиг.5в). Опорное напряжение U₅₅, вырабатываемое блоком 51, равно К₂·U_{фона I}, где К₂ - коэффициент передачи блока 51, U_{фона I} - величина фонового уровня I (Фиг.5б, г). Так как величина напряжения U₅₃ (равная нулю) и U₅₅ меньше величины входного видеосигнала (К₂<1) (Фиг.5б) на выходах компараторов 4 и 6 в течение прямого хода третьего и последующих кадров $$t_{к1}^i-t_{к2}^i$$ , где к=1÷n - номер, строки в кадре, i>3 - номер кадра, вырабатываются управляющие напряжения, подавляемые на управляющие входы 54 и 56 блоков коммутация 13 и 33. При этом вход устройства в течение времени прямого хода строк подключен ко входу интегратора 46. Подачи входного видеосигнала на интеграторы 15 и 35 в случае наличия в поле зрения одного фона не происходит (Фиг.5ж, з).

В процессе работы, например, при круговом обзоре, число и характер фонов в поле зрения устройства обзора может меняться.

Рассмотрим процесс автоматического отслеживания фонового уровня, соответствующего третьему фону, при появлении его в поле зрения устройства обзора, которое до этого содержало два фона (см. эпюры напряжения, представленные на Фиг.6).

При обзоре поля зрения, содержащего два фона, как указывалось выше (см. Фиг.4), в установившемся режиме выходное напряжение интегратора 15 равно нулю, выходные напряжения интеграторов 35 и 46 равны величине фонового уровня I и II соответственно, величина опорных напряжений U₅₃=К₁U_{фона I}, U₅₅=К₂U_{фона II}, где К₁, К₂ <1 - коэффициенты передачи блоков 40 и 51, U_{фона I} и U_{фона II} величина фонового уровня I и фонового уровня II, (см. Фиг.6 интервал времени $$t_{11}^i-t_{n3}^i$$ ).

При появлении в поле зрения устройства обзора третьего фона, величина которого, например, меньше величины опорного напряжения U₅₅, но больше величины опорного напряжения U₅₃ (см. Фиг.6 интервал времени $$t_{11}^{i+1}-t_{n4}^{i+1}$$ ), компаратор 4 вырабатывает управляющее напряжение в течение времени прямого хода строк i+1 кадра, т.е. в течение времени $$t_{11}^{i+1}÷t_{n4}^{i+1}$$ , компаратор 6 вырабатывает управляющее напряжение при превышении видеосигналом величины опорного напряжения U₅₅ (Фиг.6б) т.е. в течение времени $$t_{к2}^{i+1}-t_{к3}^{i+1}$$ , где К=1÷n - номер строки. При этом, в течение времени $$t_{к1}^{i+1}-t_{к2}^{i+1}$$ входной видеосигнал подается на вход интегратора 35 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12, блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 34 переключателя 32 - вход интегратора 35, в течение времени $$t_{к2}^{i+1}-t_{к3}^{i+1}$$ входной видеосигнал подается на вход интегратора 46 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - вход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46, в течение времени $$t_{к3}^{i+1}-t_{к4}^{i+1}$$ входной видеосигнал подается на вход интегратора 35 по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 34 переключателя 32 - вход интегратора 35. К концу прямого хода (i+1)-го кадра $$(t_{n4}^{i+1})$$ выходное напряжение интегратора 35 равно усредненному значению выборок видеосигналов, содержащих фоновые уровни I и III, а величина выходного напряжения интегратора 46 равна величине фонового уровня II. В течение времени обратного хода кадра $$t_{n4}^{i+1}-t_{11}^{i+2}$$ происходит формирование опорных напряжений U₅₃ и U₅₅ (Фиг.6в, г). В течение времени $$t_{к1}^{i+2}-t_{к2}^{i+2}$$ следующего (i+2)-го кадра, входной видеосигнал содержит фоновый уровень I, величина которого меньше величины опорного напряжения U₅₃ (Фиг.6б). В течение этого времени управляющие напряжения на выходах интеграторов 4 и 6 отсутствуют (фиг.6д, е) входной видеосигнал подается на вход интегратора 15 (Фиг.6ж) по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 14 переключателя 12 - вход интегратора 15. В течение времени $$t_{к2}^{i+2}-t_{к3}^{i+2}$$ входной видеосигнал содержит фоновый уровень II, величина которого превышает опорные напряжения U₅₃ и U₅₅ (фиг.6б). В течение этого времени на выходах интеграторов 4 и 6 вырабатываются управляющие напряжения (фиг.6д, е), входной видеосигнал подается на вход интегратора 46 (фиг.6и) по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 45 переключателя 32 - вход интегратора 46. В течение времени $$t_{к3}^{i+2}-t_{к4}^{i+2}$$ входной видеосигнал содержит фоновый уровень III, величина которого превышает величину опорного напряжения U₅₃, но меньше величины опорного напряжения U₅₅ (Фиг.6б). В течение этого времени на выходе компаратора 4 вырабатывается управляющее напряжение, а на выходе компаратора 6 управляющее напряжение отсутствует (фиг.6 д, е), при этом, входной видеосигнал подается на вход интегратора 35 (фиг.6 з) по цепи: вход устройства - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 10 переключателя 8 - вход 11 переключателя 12 блока коммутации 13 - выход 30 переключателя 12 - вход 31 переключателя 32 блока коммутации 33 - выход 34 переключателя 32 - вход интегратора 35. К концу прямого хода (i+2)-го кадра $$(t_{n4}^{i+2})$$ величина выходного напряжения интегратора 15 равна величине фонового уровня I, величина выходного напряжения интегратора 35 равна величине фонового уровня III, величина выходного напряжения интегратора 46 равна величине фонового уровня II (фиг.6к, л, м). В течение (i+3)-го и последующих кадров устройство работает в установившемся режиме, при этом на опорных входах 53 и 55 компараторов 4 и 6 устанавливаются опорные напряжения, величина которых U₅₃ и U₅₅ составляет U₅₃=К₁·U_{фона III}, U₅₅=К₂U_{фона II}, где K₁, К₂ <1 - коэффициенты передачи блоков 40 и 51, U_{фона III}, U_{фона II} - величина фоновых уровней III и II.

Аналогично происходит процесс отслеживания фоновых уровней в случае, если поле зрения устройства обзора содержит меньшее число фонов.

Рассмотрим процесс электронной обработки изображения.

На эпюре a фиг.7 изображен видеосигнал строки, содержащий три фоновых уровня I, II и III, с расположенными на них сигналами объектов 1-6. Так как устройство работает в установившемся режиме, на выходах блоков формирования напряжения компенсации вырабатываются напряжения, величина которых равна величине фоновых уровней I, II, и III. В течение времени $$t_{11}^i-t_{12}^i$$ входной видеосигнал содержит фоновый уровень I, величина которого меньше величины опорных напряжений U₅₃ и U₅₅ (Фиг.7а). В течение этого времени управляющие напряжения на выходах интеграторов 4 и 6 отсутствует (Фиг.7г, д), при этом на вход 2 блока вычитания 1 подается входной видеосигнал, содержащий фоновый уровень I с расположенными на нем сигналами объектов 1 и 2, а на вход 28 блока вычитания 1 подается напряжение с выхода блока формирования напряжения компенсации 20, величина которого равна величине фонового уровня I (Фиг.7е), по цепи: выход блока 20 - вход 21 переключателя 22 блока коммутации 13 - выход 23 переключателя 22 - вход 24 ключа 25 блока коммутации 9 - выход 26 ключа 25 - вход 28 блока вычитания 1. Выходное напряжение блока вычитания 1 равно разности напряжений входного видеосигнала и фонового уровня I, т.е. содержит только сигнал от объектов 1 и 2 (Фиг.7ж). В течение времени $$t_{12}^i-t_{13}^i$$ входной видеосигнал содержит фоновый уровень III, величина которого превышает величину опорных напряжений U₅₃ и U₅₅ (Фиг.7а). В течение этого времени на выходах компараторов 4 и 6 вырабатываются управляющие напряжения (Фиг.7г, д). При этом из входного видеосигнала, подаваемого на вход 2 блока вычитания 1, вычитается напряжение фонового уровня III (Фиг.7е), подаваемого на вход 28 блока вычитания 1 с выхода блока формирования напряжения компенсации 39 по цепи: выход блока 39 - вход 41 переключателя 42 блока коммутации 33 - выход 43 переключателя 42 - вход 44 переключателя 22 блока коммутации 13 - выход 23 переключателя 22 - вход 24 ключа 25 блока коммутации 9 - выход 26 ключа 25 - вход 28 блока коммутации 1. Выходное напряжение блока 1 содержит только сигналы от расположенных на фоне III объектов 3, 4, 5 (Фиг.7ж). В течение времени $$t_{13}^i-t_{14}^i$$ входной видеосигнал содержит фоновый уровень II, величина которого меньше величины оперного напряжения U₅₅, но больше величины опорного напряжения U₅₃ (Фиг.7а). В течение этого времени на выходе интегратора 4 вырабатывается управляющее напряжение (Фиг.7д), а на выходе интегратора 6 управляющее напряжение отсутствует (Фиг.7е). При этом из входного видеосигнала, додаваемого на вход 2 блока вычитания 1, вычитается напряжение фонового уровня II, подаваемое на вход 28 блока вычитания 1 с выхода блока формирования напряжения компенсации 39 (Фиг.7е) по цепи: выход блока 39 - вход 41 переключателя 42 блока коммутации 33 - выход 43 переключателя 42 - вход 44 переключателя 22 блока коммутации 13 - выход 23 переключателя 22 - вход 24 ключа 25 блока коммутации 9 - выход 26 ключа 25 - вход 28 блока вычитания 1. Выходное напряжение блока вычитания содержат только сигнал от наблюдаемых на фоне II объектов (т.е. объекта 6 на фиг.7).

В течение времени обратного хода кадров $$t_{n4}^{i-1}-t_{11}^i$$ и строк $$t_{к4}^i-t_{(к+1)1}^i$$ входной видеосигнал может содержать различные напряжения, например, сигнал уровня обтюратора, наличие которых в выходном сигнале в ряде случаев может оказаться нежелательным, например, в случае, если после устройства обработки производится привязка к минимальному уровню видеосигнала, зарегистрированному в течение прямого хода кадра. Нежелательные напряжения, поступающие на вход устройства в течение времени обратного хода кадров и строк устраняются переключателем 8 и ключом 25 блока коммутации 9. В течение времени обратного хода кадров и строк на управляющие входы 57 и 58 блока коммутации 9 подаются импульсы обратного хода строк (Фиг.7в) или кадров (Фиг.7б) соответственно. Под действием управляющих импульсов ключ 25 блока коммутации 9 размыкается, отключая вход 28 блока вычитания 1 от выходов блоков формирования напряжения компенсации, а переключатель 8 блока коммутации 9 закорачивает входы 2 и 28 блока вычитания 1 по цепи: вход 2 блока 1 - вход 7 переключателя 8 блока коммутации 9 - выход 27 переключателя 8 - вход 28 блока вычитания 1. В течение времени обратного хода строк или кадров выходное напряжение блока вычитания 1 равно нулю (Фиг.7ж). Выходной сигнал блока вычитания 1, содержащий только сигналы от объектов, подается на вход блока МАРУ 29, в котором производится сжатие динамического диапазона сигналов от объектов (Фиг.7з).

Параллельно процессу электронной обработки изображения происходит процесс отслеживания фоновых уровней интеграторами, в результате чего отслеживаются любые изменения величины фоновых уровней, имеющие место в процессе длительной работы.

Устройство несложно в реализации. Блок коммутации может быть реализован на основе электронных ключей, выполненных на МОП-структурах, или оптронах, интегратор может быть выполнен, например, на основе интегрирующей цепочки, блок формирования напряжения компенсации - на основе емкости, блок формирования опорного напряжения - на основе усилителя постоянного тока, компаратор - на основе триггера Шмитта, блок вычитания - на основе дифференциального усилителя, блок МАРУ - на основе логарифмического усилителя.

Описанное устройство электронной обработки изображения для обзорных систем сканирующего типа позволяет:

- сжать динамический диапазон видеосигналов изображения до динамического диапазона регистрирующего прибора без потери малоконтрастных объектов;

- производить обнаружение малоконтрастных объектов на изображении, содержащем непериодический равномерный фон, любой интенсивности, имеющий до трех уровней - уровень "белого", уровень "черного" и уровень "серого";

- производить обнаружение малоконтрастных объектов, находящихся на границе двух фонов;

- воспроизводить на индикаторном устройстве изображение объектов с сохранением полутонов;

- устранить засветку экрана индикаторного устройства фоновым излучением, что позволяет улучшить различимость объектов, наблюдаемых на данном фоне, особенно, если интенсивность его излучения велика.

Все перечисленное выше, в целом, позволяет улучшить качество изображения на экране индикаторного устройства обзорной системы, поле зрения которой содержит до трех фонов, особенно если разность фоновых уровней значительно превышает контраст объект-фон.

Изобретение может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения. Достигаемый технический результат - улучшение выделения малоконтрастных объектов на фоновых уровнях с сохранением полутонов объектов. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит первый интегратор, блок вычитания, блок мгновенной автоматической регулировки усиления, первый компаратор, первый блок коммутации, второй блок коммутации, второй интегратор, третий блок коммутации, первый блок формирования напряжения компенсации, первый блок формирования опорного напряжения, второй блок формирования напряжения компенсации, второй блок формирования опорного напряжения, второй компаратор, третий интегратор, третий блок формирования напряжения компенсации, четвертый блок коммутации, соединенные между собой определенным образом. 7 ил.

Устройство для электронной обработки телевизионных сигналов, содержащее первый интегратор и последовательно соединенные блок вычитания и блок мгновенной автоматической регулировки усиления, отличающееся тем, что, с целью улучшения выделения малоконтрастных объектов на фоновых уровнях с сохранением полутонов объектов, введены последовательно соединенные первый компаратор, первый блок коммутации, второй блок коммутации, второй интегратор, третий блок коммутации, второй блок формирования напряжения компенсации и первый блок формирования опорного напряжения, третий блок формирования напряжения компенсации, второй блок формирования опорного напряжения и второй компаратор, а также третий интегратор, первый блок формирования напряжения компенсации и четвертый блок коммутации, при этом первый вход блока вычитания соединен со вторыми входами первого и второго компараторов и первым входом четвертого блока коммутации, а второй вход - с первым выходом четвертого блока коммутации, третий вход которого соединен с четвертым входом третьего блока коммутации, а вторые вход и выход - соответственно с вторыми выходом и входом первого блока коммутации, третий выход которого через первый интегратор соединен с вторым входом третьего блока коммутации, третий вход - с выходом первого блока формирования напряжения компенсации, а четвертый вход - с третьим выходом второго блока коммутации, второй выход которого через третий интегратор соединен с третьим входом третьего блока коммутации, второй вход - с выходом второго компаратора, третий вход - с выходом второго блока формирования напряжения компенсации, четвертый вход - с выходом третьего блока формирования напряжения компенсации, вход которого соединен с третьим выходом третьего блока коммутации, второй выход которого соединен с входом первого блока формирования напряжения компенсации, выход первого блока формирования опорного напряжения соединен с первым входом первого компаратора, а на третий и четвертый входы четвертого блока коммутации подаются соответственно импульсы обратного хода кадров и строк.