Brevet FR2010159A1 — publié le 19700213

La présente invention se rapporte au réglage automatique des niveaux de signaux vidéo. Les signaux qui représentent une information vidéo sont produits couramment par ion tube capteur vidéo utilisant un fais-5 ceau d'électrons de balayage. Dans de tels systèmes, l'image lumineuse à transmettre est focalisée, par exemple, sur une cible, qui est ensuite balayée par un faisceau d'électrons, de façon à produire un signal électrique qui représente l'intensité lumineuse en chaque point de la cible. Lorsqu'on utilise un tel dispositif 10 dans mi environnement où l'éclairement ambiant et où les réflexions de lumière sont réglés, par exemple dans un studio de télévision, on peut régler à la main l'intensité du signal vidéo pour l'adapter à des variations progressives d'éclairement. Cependant, lorsque le dispositif capteur doit fonctionner dans un environne-15 ment qui ne subit pas vin réglage approprié, par exemple lorsque le dispositif doit fonctionner à l'extérieur ou dans une maison privée, le^variations de lumière sont susceptibles d'être brusques et prononcées et il faut utiliser une forme quelconque de dispositif de réglage automatique du niveau du signal qui soit 20 sensible à l'intensité lumineuse. Lorsqu'un dispositif capteur doit fonctionner sans opérateur expérimenté, par exemple lors d'une transmission par une communication téléphonique vidéo et lorsque l'instrument capteur vidéo est installé directement dans la maison de l'abonné ou à un emplacement commercial,il est impé-25 ratif d'utiliser un dispositif de réglage fiable et automatique des signaux. Un tel système de réglage automatique du niveau d'un signal pouvant être utilisé dans un appareil téléphonique vidéo, doit non seulement s'adapter à une large diversité de conditions d'é-50 clairement, mais encore il doit être peu coûteux et facile à réparer. Des contraintes supplémentaires sont imposées par la sensibilité relativement l'imitée à la lumière des dispositifs capteurs du type vidicon utilisés couramment. Ceci oblige le dispositif de réglage du niveau du signal à être tel que tout accrois-55 sement d'éclairement soit utilisé au mieux pour améliorer la qualité de l'image. Deux types principaux de dispositifs de réglage de l'amplitude vidéo sont utilisés couramment dans la technique antérieure : des dispositifs de réglage; mécano-optiques et des dispositifs de réglage électroniques. 69 17837 2 2010159 Les dispositifs de réglage mécano-optiques sont semblables à ceux utilisés dans la photographie fixe ou dans la photographie de cinéma. Divers systèmes courants comprennent des filtres teintés ou polarisés qui sont disposés devant le système de lentilles 5 afin de réduire l'intensité de la lumière incidente sur le dispositif capteur. De tels filtres peuvent être commandés mécaniquement par un élément photosensible disposé au voisinage du tube capteur. D'autres systèmes utilisent un mécanisme de diaphragme à la place du filtre. Le diaphragme présente une ouverture de 10 dimension variable à travers laquelle la lumière doit passer pour atteindre le tube capteur. On fait en sorte que le diaphragme s'ouvre ou se ferme en réponse au niveau d'éclairement ambiant, et de même, le diaphragme peut être sous la commande d'un circuit de commande et de réglage photosensible. 15 Une autre caractéristique correspondante et supplémentaire des diaphragmes, qui est bien connue dans la technique de la photographie, réside dans les relations qui existent entre la dimension de l'ouverture et la profondeur du champ de mise au point. Un système de lentilles donné, en liaison avec une ouverture de 20 diaphragme, présente une distance focale déterminée à l'intérieur de laquelle les images sont mises au point d'une façon appropriée sur le plan d'utilisation. Les objets qui se trouvent à l'extérieur de cette distance apparaissent brouillés. Lorsque l'ouverture de diaphragme devient plus petite, la profondeur du champ 25 augmente, ce qui permet à un plus grand nombre d'objets d'être mis au point à la fois sur le plan d'utilisation. Un système de commande de gain efficace doit tirer profit de cette caractéristique du diaphragme. Les dispositifs de réglage électroniques de niveaux font 30 varier la tension de la cible du tube capteur, ils règlent le courant du faisceau de balayage ou le gain d'un amplificateur dans lequel le signal vidéo est traité. La réponse des dispositifs de réglage électroniques est en général plus rapide que celle des dispositifs de réglage mécaniques. 35 Dans les systèmes électroniques, on obtient couramment une réponse automatique aux variations de lumière à l'aide d'un élément photosensible, fréquemment une résistance photosensible, qui est exposée à la même scène éclairée que le tube capteur de la caméra. Cependant, de tels dispositifs photosensibles reçoivent 69 17837 3 2010159 souvent de la lumière qui ne rentre pas dans le champ de vision du dispositif capteur. Lorsque ceci arrive, il se produit un fonctionnement inutile du système de réglage avec une diminution correspondante de la qualité de l'image. Il est par suite sou-5 haitable que la mesure de l'intensité de la lumière qui sert au réglage soit effectuée de l'intérieur du tube capteur. Des systèmes antérieurs ont obtenu ce résultat, par exemple, en introduisant une toile métallique servant de cible supplémentaire ou un autre élément à l'intérieur du tube capteur. Cependant, ces 10 procédés connus sont excessivement coûteux. Un système efficace de réglage de niveau doit être commandé de l'intérieur du tube capteur tout en utilisant un équipement relativement peu coûteux. Divers systèmes connus de réglage du niveau des signaux vidéo combinent des filtres mécaniques ou des diaphragmes avec 15 des circuits électroniques de régulation d'une tension cathodique et des circuits de réglage de gain. Dans de tels systèmes, les dispositifs de réglage mécaniques qui sont plus lents compensent les variations lentes et importantes d'intensité lumineuse, tandis que les dispositifs de réglage électroniques, qui sont plus 20 sensibles réagissent aux variations d'importance moindre. Ces systèmes de réglage de niveau antérieurs ne conviennent pas pour être incorporés à un équipement téléphonique vidéo du fait qu'ils sont excessivement coûteux, que leur fiabilité est médiocre et que leur gamme de fonctionnement est limitée et également du fait 25 qu'ils n'utilisent pas d'une manière efficace la lumière disponible. En conséquence, la présente invention a pour but de régler le niveau d'un signal vidéo d'une manière pouvant être utilisée dans des communications téléphoniques vidéo. 30 Pour obtenir ce résultat, on dispose derrière un diaphrag me automatique un tube capteur vidéo utilisant une cible à tension constante. Le diaphragme est rendu sensible à des signaux d'intensité lumineuse produits par un secteur prédéterminé du tube capteur. La sortie du tube capteur est appliquée, par l'inter-35 médiaire d'un préamplificateur, à un amplificateur à gain variable comprenant un circuit de commande de gain automatique qui est sensible de la même manière aux signaux d'intensité lumineuse provenant du tube capteur. : La gamme d'éclairements auxquels le tube capteur peut être 69 17837 4 2010159 exposé est divisée en deux gammes secondaires d'éclairements continus, une gamme secondaire haute, et une gamme secondaire basse. Le diaphragme est réglé de façon à régler la lumière incidente agissant sur le tube capteur dans la gamme haute d'éclairements 5 et le circuit de commande de gain automatique est réglé de manière à régler le niveau du signal de sortie dans la gamme basse d'éclairements. La limite commune entre les gammes secondaires haute et basse d'éclairements, c'est-à-dire le point de croisement, est choisie de telle sorte que le circuit de commande de 10 gain automatique fonctionne aussi longtemps que l'accroissement d'éclairement et la diminution de gain qui en résulte améliore la qualité de l'image en améliorant le rapport du signal au bruit. Lorsque l'éclairément augmente au delà de cette limite, le niveau du signal est maintenu par le diaphragme automatique qui améliore 15 la profondeur du champ lorsque 1'éclairement s'améliore. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation confor-20 me à l'invention. . Sur ce dessin, la figure 1 est un schéma synoptique d'un système de réglage automatique du niveau d'un signal vidéo; la figure 2 est un graphique représentant la diminution 25 de gain lorsque 1'éclairement augmente et la diminution d'ouverture du diaphragme lorsque 1'éclairement augmente; et la figure 3 représente graphiquement l'accroissement du rapport du signal au bruit et l'accroissement de profondeur du champ qui résulte des réglages de gain et du diaphragme repré-30 sentés sur la figure 2. Le système de réglage automatique du niveau d'un signal représenté sur la figure 1 convient pour être incorporé à un système de communications téléphoniques vidéo. Un tel système est appelé à fonctionner sans opérateur expérimenté pour une grande 35 diversité de conditions d'éclairements non réglées, et du fait de sa sensibilité limitée à la lumière, il doit utiliser tout accroissement d'éclairement disponible pour améliorer la qualité de l'image. Pour répondre à ces exigences, le système représenté sur la figure 1 utilise un diaphragme automatique 13 et un ampli 69 17837 5 2010159 ficateur à gain variable 17- Le diaphragme 13 est disposé entre un sujet voulu, 10 et un tube capteur 11, et sert à régler 11éclairement suivant une gamme haute d'éclairement choisie. L'amplificateur 17 à gain variable sert à régler le signal de 5 sortie suivant une gamme basse d'éclairement. Le diaphragme et les circuits de réglage du gain sont réglés par des circuits de réglage de réaction qui échantillonnent le signal de sortie et qui règlent le diaphragme ou le circuit de gain d'une manière qui sera décrite plus loin. 10 Pour faire fonctionner le système représenté sur la fi gure 1, on choisit un système de lentilles 12 permettant de mettre au point des sujets tels qu'une flèche symbolique 10, à travers le diaphragme 13# sur la face d'un tube capteur 11. Des systèmes de lentilles appropriés sont bien connus dans la tech-15 nique de la photographie et dans celle de la télévision. Le mécanisme 13 dy diaphragme à travers lequel la lumière incidente doit passer pour tomber sur la face du tube 11, peut être l'un quelconque d'une diversité de diaphragmes.il peut utiliser des systèmes d'entraînement par manivelle ou par engre-20 nage, mais de préférence il utilise des lames de diaphragme actionnées par un dispositif de mesure à faible frottement. En restreignant l'ouverture du diaphragme 13* qui de préférence est centré sur l'axe optique du système de lentilles 12, l'intensité de la lumière incidente agissant sur le tube 11 et par suite le 25 niveau du signal de sortie peuvent être réglés. Le système de diaphragme ,quel que soit son modèle, est sous la commande d'un entraînement 25 qui peut être un moteur ou un dispositif de mesure produisant un mouvement approprié au diaphragme utilisé. L'entraînement 25 fonctionne de préférence 30 à faible puissance, telle que celle qui peut être fournie par des circuits intégrés, de façon à pouvoir recevoir directement son énergie des signaux de commande. Dans un autre mode de réalisation, une énergie extérieure peut être fournie par une source , non représentée. 35 Le tube capteur 11 transforme l'image mise au point sur sa face en signaux électriques. Ce tube peut être l'un quelconque d'un grand nombre de tubes de caméra. Ce tube utilise une tension de cible fixe de telle sorte que l'amplitude du signal de sortie est en rapport direct du niveau d'éclairement sur l'écran 69 17837 6 2010159 du tube. La sortie du tube 11 est appliquée à un préamplificateur 16, qui est un amplificateur à faible bruit et à gain fixe suffisant pour rendre insignifiant le bruit de l'amplificateur 17 à gain variable en comparaison du niveau du bruit produit par le 5 tube 11 et par les premiers étages du préamplificateur. Le signal provenant du préamplificateur 16 est appliqué à un amplificateur 17 à gain variable qui peut être d'un modèle •bien connu quelconque. Le gain de l'amplificateur 17 peut être réglé de façon à maintenir le signal de sortie à un niveau cons-10 tant. Du fait du couplage en courant alternatif à l'intérieur de l'amplificateur 17, un circuit^de blocage 19 peut être utilisé pour rétablir la composante/du signal vidéo avant d'introduire des impulsions de synchronisation. La fonction et le fonctionnement de ces circuits de blocage et l'utilisation des impulsions de 15 synchronisation sont bien connus dans la technique de la télévision. Le signal vidéo bloqué ou verrouillé est appliqué du circuit de blocage 19 à un point de sortie 24 d'où il est dirigé vers un appareil de traitement et de transmission supplémentaire, 20 non représenté. En même temps, le signal bloqué est appliqué au circuit de réaction de commande par l'intermédiaire d'un analyseur de signaux 20. La sortie de l'analyseur 20 est un signal de tension continue qui indique l'amplitude du signal vidéo et qui se trouve normalement entre la valeur moyenne et la valeur de 25 pointe de ce dernier. Comme exemple, la sortie de l'analyseur 20 peut être la valeur moyenne de l'amplitude du signal d'entrée. Dans une variante, l'analyseur de signaux 20 peut être mis hors circuit par un signal de commande provenant du point 22. Ce signal de commande est produit de préférence pendant les 25# 30 supérieur et inférieur de l'image balayée. Une telle mise hors circuit est nécessaire du fait qu'un système téléphonique vidéo fonctionne normalement dans des pièces qui sont éclairées de dessus, ce qui rend exceptionnellement brillante la partie supérieure de l'image. De plus, c'est la plupart du temps l'image du buste 35 d'une personne en train de parler qui est photographiée. Si, comme c'est souvent le cas, le sujet porte une chemise blanche, la lumière réfléchie rend de même la partie inférieure de la scène photographiée exceptionnellement brillante. De ce fait, les parties supérieures et inférieures de la scène sont susceptibles d'être 69 17837 7 2010159 plus brillantes que la région centrale, qui est plus importante. Le circuit automatique de réglage du gain ne produit pas de cette manière un éclairement suffisant dans la région centrale de l'image à moins que les parties supérieures et inférieures soient négli-5 gées par l'analyseur de signaux. On a trouvé que le fait de négliger les 25# supérieur et inférieur de la surface de l'image permettait de compenser d'une manière appropriée ce phénomène. La mise hors circuit elle-même est réalisée facilement du fait que les parties indésirables se présentent à des intervalles de 10 temps réguliers dans le signal vidéo. Le signal en courant continu provenant de l'analyseur 20, qui représente le niveau du signal de sortie, est comparé à un signal de référence dans un comparateur 21. Le signal de référence est xine tension continue constante obtenue d'une source de 15 tension stable (non représentée) qui est en rapport direct avec le niveau voulu du signal dans le canal de sortie 24. Le comparateur 21 détermine si le signal provenant de l'analyseur 20 se trouve au dessus, en dessous ou bien s'il est identique avec le signal standard voulu. Si le signal provenant de l'analyseur 20 20 ne coïncide pas avec le signal standard, le comparateur transmet des signaux de commande appropriés à un réseau de commande 18 qui règle le diaphragme ou le dispositif de réglage du gain. Le réseau 18 peut recevoir de l'énergie de l'extérieur ou de préférence il peut être conçu de manière à fonctionner directement à par-25 tir des signaux de commande qui lui sont fournis. Le réseau 18 peut actionner le diaphragme 13 et le circuit de réglage de gain de l'amplificateur 17 alternativement, ou bien il peut les actionner tous les deux ensemble. Dans un mode de réalisation préféré, le réseau 18 peut simplement diriger les signaux de com-30 mande provenant du comparateur 21 à la fois vers l'entraînement 25 du diaphragme et vers l'amplificateur 17. Ces dispositifs 25 et 17 peuvent être réglés de manière à répondre à des signaux suivant des gammes de tension mutuellement exclusives de telle sorte qu'un seul d'entre eux fonctionne pour une tension donnée 35 quelconque. Le choix du diaphragme ou du dispositif de réglage du gain peut être effectué à tout instant par le réseau de' commande et de réglage 18, suivant que le système est déterminé pour fonctionner dans des conditions d'éclairement élevées ou dans des 69 17837 8 2010159 conditions d'éclairement faibles. Pour faciliter cette détermination, la gamme possible d'éclairement au voisinage du sujet 10 est considérée comme étant divisée en deux gammes secondaires d'éclairement. Ces gammes secondaires peuvent être contiguës, 5 comme on le voit sur la figure 1 (gamme 1 et gamme 2) ou bien se recouvrir. Si on trouve que le système doit fonctionner dans la gamme secondaire de faible éclairement, le réseau de commande et de réglage 18 actionne le circuit de gain de l'amplificateur 17 de façon à réduire le gain lorsque 1'éclairement augmente de 10 manière à maintenir constant le niveau du signal de sortie. Si le système fonctionne dans la gamme secondaire d'éclairement élevé, le réseau de commande et de réglage 18 maintient constant le gain de l'amplificateur 17 et règle le diaphragme 13 afin de limiter le niveau du signal. 15 Si on utilise deux gammes secondaires d'éclairement conti guës, la limite entre elles peut être choisie suivant les considérations suivantes : Comme on le sait, un signal vidéo contient des bruits en plus de l'information vidéo voulue. De tels bruits sont produits 20 en partie par le tube de la caméra et par l.es circuits électroniques associés. Le rapport de l'amplitude du signal au niveau du bruit associé est appelé couramment le rapport du signal au bruit (s/B). Lorsque le rapport S/B est faible, le bruit apparaît dans l'image reproduite depuis le signal vidéo comme de la "neige" 25 ou bien l'image présente un "grain" excessif. Lorsque le rapport S/B augmente depuis ce poiçt bas, la qualité de l'image s'améliore. Cependant, le taux d'amélioration visible de la qualité de l'image par rapport à l'accroissement du rapport S/B" n'est pas linéaire et lorsque le rapport S/B est suffisamment élevé, tout autre •jq accroissement de ce rapport n'améliore pas d'une manière appréciable la qualité de l'image. Lorsqu'un faible éclairement ambiant entoure le sujet 10, » l'amplificateur 17 doit présenter un gain relativement élevé pour produire des signaux appropriés au point 24. Ceci produit à son 25 tour un faible, rapport S/B. Lorsque 1'éclairement augmente, le gain de l'amplificateur 17 peut être réduit, et le rapport S/B augmenté. En même temps, la qualité de l'image est améliorée , comme décrit plus haut. , , réalisation de La gamme secondaire d'éclairement faible dans ton mode de, 69 17837 9 2010159 l'invention, est alors définie comme s'étendant depuis 1'éclairement le plus faible prévu vers le haut jusqu'au point d'éclairement où la réduction de gain et l'accroissement correspondant du rapport S/B cesse d'améliorer d'une façon appréciable la qualité 5 de l'image. La gamme secondaire d'éclairement élevé s'étend alors vers le haut depuis ce point d'éclairement.Comme exemple, si on prévoit que la luminance pour un éclairement élevé est comprise entre 0,03 x 10"^ et 343 x 10~^ stilbs par suite des variations d'éclairement, la gamme secondaire d'éclairement faible peut s'é-10 tendre de 1,03 x 10~^ à 5*49 x 10~^ stilbs pour la luminance à grand éclairement et la gamme secondaire d'éclairement élevé peut s'étendre de 5*49 x 10~^ à 343 x 10~^ stilbs. La relation qui existe entre la gamme secondaire haute et la gamme secondaire basse est représentée sur la figure 2 qui 15 comprend deux courbes ; la première courbe (courbe 26) représente le gain de l'amplificateur 17 en fonction de la luminance pour éclairement élevé. La seconde (courbe 27) représente le rapport de la distance focale au diamètre du diaphragme (arrêt f) en fonction de la luminance à grand éclairement. On voit que la gamme 20 d'éclairement intéressante a été divisée en deux gammes secondai» res, numérotées 1 et 2 sur la figure 2. Dans la gamme 1, l'ouverture du diaphragme est maintenu constante, d'habitude à la position d'ouverture complète, et le gain de l'amplificateur 17 est diminué. Dans la gamme 2, le gain 25 de l'amplificateur 17 est maintenu constant et la dimension de l'ouverture 13 est diminuée (c'est-à-dire que le f est augmenté). Dans toute la gamme intéressante, le niveau du signal de sortie est maintenu constant, mais cependant le rapport du signal au bruit et la profondeur du champ varie comme on le voit sur la f i-2q gure 3« De cette manière, dans la gamme 1 on voit que le rapport du signal au bruit augmente (courbe 28) lorsque 1'éclairement augmente, tandis que dans la gamme 2 le rapport du signal au bruit est constant et la profondeur du champ de mise au point (courbe 29) augmente lorsque 1'éclairement augmente. Il va de soi que le choix des gammes secondaires haute et •3K basse, ainsi que le taux de variation du gain et de l'ouverture qu'on voit sur les figures 2 et 3 ne constituent que des exemples et qu'on peut utiliser de nombreuses autres valeurs, suivant la présente invention. Il est donc entendu que la présente invention n'a été représentée et décrite qu'à .titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est/feuseeptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 17837 10 2010159 REVENDICATIONS 1 - Commande du niveau d'un signal pour régler le niveau de signaux vidéo produits par une caméra 12, 11 dans une gamme étendue de conditions d'éclairement, caractérisée en ce que des moyens de commande 18, 19, 20, 21 sont utilisés pour commander un système à ouverture réglable 25, 13 afin de régler l'intensité des signaux vidéo produits par la caméra 12, 11 dans une gamme de fort éclairement, et pour actionner un amplificateur à gain variable 17 afin d'amplifier sélectivement les signaux vidéo dans une gamme de faible éclairement. 2 - Commande suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la gamme de faible éclairement va d'un éclairement faible choisi à un niveau d'éclairement pour lequel tout accroissement d'éclairement n'améliore pas d'une manière appréciable la qualité de l'image, et dans lequel la gamme de fort éclairement est voisine de la gamme de-faible éclairement. 3 - Commande suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la gamme de faible éclairement s'étend depuis une luminance à fort éclairement comprise entre 1,03 x 10~^ et 5,4-9 x 10"^ stilbs et en ce que la gamme de fort éclairement s'étend de 5,49 x 10~5 à 343 x 10~5 stilbs.