Brevet FR2511213A1 — publié le 19830211

Caméra de télévision à dispositif de prise de vues en technique état solide ". La présente invention concerne une caméra de télévision à dispositif de prise de vues en technique état solide tel qu'un composant à couplage de charge (encore appelé "composant CCD") et notamment un système de commande de diaphragme pour une telle caméra*- Récemment les dispositifs de prise de vues en technique état solide ont été développés dans de nom- breux laboratoires suivant le développement de la techni- que des semi-conducteurs Parmi différents types de dis- positifs de prise de vues en technique état solide, le dispositif de prise de vues CCD est particulièrement intéressant. On connaît deux types de dispositifs de prise de vues CCD suivant la répartition des composants CCD. L'un des types est appelé "à transfertd'image" et l'autre "à transfert interligne" Le premier type de dis- positifs CCD comporte un réseau de détection d'image avec un ensemble d'unités de détection d'image, distinctes, réparties suivant des lignes horizontales et des colonnes verticales, des dispositifs de stockage temporaire en même nombre que celui des unités de détection d'image pour stocker et transférer la charge accumulée dans les unités de détection d'image ainsi qu'un registre à déca- 11213 lage pour recevoir la charge séquentiellement des disposi- tifs de stockage et générer un signal représentant-l'ima- ge Dans ce type de dispositifs CCD, lorsque les unités photosensibles reçoivent la lumière de l'image au cours de la période de transfert de la charge du réseau de détection d'image vers la zone de stockage provisoire, une charge étrangère est mélangée à la charge transférée et qui correspond à l'image Etant donné cette charge étrangère, le signal de sortie du dispositif de prise de vues CCD contient un signal dit d'étalement qui peut être une cause de ce que la partie noire de l'image soit blanchâtre en particulier lorsque l'image présente un fort contraste comme pour les prises de vues en extérieur. Le dispositif de prise d'image CCD à transfert interligne génère également un signal d'étalement bien que l'origine de ce signal soit différente de celle du dispositif CCD à transfert d'image étant donné la diffé- rence de la répartition des composants CCD L'aspect de l'étalement est inévitable dans les dispositifs de prise de vues en technique état solide et cela provoque la dé- térioration du signal obtenu. De façon générale, une caméra de télévision comporte un diaphragme dans le système optique; ce diaphragme se trouve à l'avant du dispositif photosensible pour régler la quantité de lumière tombant sur ce dispo- sitif, pour avoir un signal de sortie ayant un niveau adé- quat Récemment, de nombreuses caméras de télévision ont utilisé le réglage dit automatique du diaphragme pour régler le fonctionnement du diaphragme à l'aide du niveau moyen du signal de sortie du dispositif photosensible. Suivant le système de réglage de diaphragme existant, lorsque l'image prise par la caméra de télévision présente un faible point clair sur un fond sombre, le niveau moyen du signal de sortie est considéré comme étant relativement bas, si bien que le diaphragme se règle pour laisser pas- ser plus de lumière sur le dispositif photosensible Cela rend le point brillant encore plus brillant et augmente le signal d'étalement ou de tâche, gênant du fait du point brillant; l'image reproduite par le signal ainsi détecté contient du bruit De plus, le circuit de moyenne présente une structure très complexe en particulier le signal de prise de vues est un signal numérique étant donné que la mémoire d'image ou de trame est nécessaire pour faire la moyenne de l'ensemble du signal pendant une trame ou une image Enfin dans le dispositif photosensible en technique état solide tel qu'un dispositif de prise de vues CCD, on a une limite à la capacité de traitement ou de transfert de charge, si bien que la charge qui dépasse le niveau - prédéterminé est éliminée par exemple par un drain de débordement réalisé dans le chip CCD En d'autres termes, le signal de sortie du dispositif de prise de vues CCD est écrêté à un niveau de débordement prédéterminé si la lumière de l'image devient très intense Ainsi, le signal de prise de vues ne représente pas toujours la quantité exacte de la lumière et le réglage du diaphragme par un signal moyen ne représente pas fidélement la quantité moyenne de lumière de l'image, lors du réglage Comme le signal d'étalement est formé proportionnellement à la quantité de lumière rayonnée, la commande de diaphragme ci-dessus ne réduit pas le niveau du signal d'étalement Y La présente invention a pour but de créer une caméra de télévision en technique état solide remédiant aux inconvénients des solutions connues, ayant un réglage perfectionné du diaphragme permettant -de réduire le signal d'étalement, et dont le circuit de réglage de l'iris soit de construction très simple et dont le fonctionnement soit très fidèle. A cet effet, l'invention concerne une caméra de télévision en technique état solide comportant un sys- tème de réglage du diaphragme qui génère de façon inévita- 4-. ble le signal d'étalement Ce signal est détecté dans le signal de sortie du dispositif de prise d'image en techni- que état solide et le niveau maximum du signal d'étalement ainsi détecté règle le fonctionnement du diaphragme pour que le niveau du signal d'étalement soit réduit Comme le signal d'étalement représente le signal intégré de l'image dans la direction verticale du dispositif de prise de vues, le réglage du diaphragme par le niveau moyen du signal d'étalement peut remplacer le réglage existant par le ni- veau moyen de l'ensemble du signal au cours d'une période de trame ou d'image. La présente invention sera décrite plus en détail â l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue de face d'un dispo- sitif de prise de vues CCD à transfert d'image selon l'in- vention. la figure 2 est un schéma des caractéristi- ques du signal vidéo de prise de vues et du signal d'éta-* lement répondant à la quantité de lumière d'entrée tom- bant sur le dispositif de priserde vues en technique état solide - la figure 3 est un schéma-bloc d'un mode de réalisation d'un système de réglage du diaphragme selon l'invention. la figure 4 -est un chronogramme du signal de sortie fourni par un dispositif de prise de vues en technique état solide. la figure 5 est un schéma-bloc d'un autre mode de réalisation d'un système de réglage de diaphragme selon l'invention. la figure 6 est un schéma-bloc d'un mode de réalisation d'un système de réglage de diaphragme utilisé dans une caméra de télévision en couleur en technique état solide avec trois plaquettes CCD. 1 1213 DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFEREN- TIELS La figure 1 montre un dispositif de prise de vues CCD à transfert d'image selon l'invention Le dispo- sitif CCD 5 de la figure 1 comporte un dispositif de détection d'image 1 avec un ensemble d'unités photosensi- bles, distinctes, réparties dans des lignes horizontales et des colonnes verticales, des dispositifs de stockage temporaire 2 et un registre à décalage horizontal 3 pour générer séquentiellement un signal vidéo De plus, un générateur de signal de synchronisation 6 génère un signal de synchronisation horizontale et un signal de synchronisa- tion verticale; un générateur de signal de cadence 7 (hor- loge) qui reçoit le signal de synchronisation horizontale et verticale génère différents types de signaux de caden- ce pour commander le fonctionnement du dispositif de détec- tion d'image 1, des dispositifs de stockage temporaire 2 et du registre à décalage horizontal 3 La charge du signal généré par le dispositif de détection d'image 1 est transférée verticalement aux dispositifs de stockage temporaire 2; la charge de signal des dispositifs de stockage temporaire 2 est lue ligne par ligne par le registre à décalage horizontal 3 Dans ce fonctionnement, au cours du transfert de la charge de signal du dispositif de détection d'image 1 aux dispositifs de-stockage tempo- raire 2, la lumière de l'image tombe toujours sur le dis- positif photosensible 1, si bien-qu'une charge gênante due à cette insolation par la lumière au cours de la période de transfert en résulte; cela se traduit par un signal d'étalement dans le signal vidéo de sortie Le dispositif de prise d'image CCD selon la figure 1 a une capacité limitée pour traiter ou transférer la charge, si bien que la charge dépassant le niveau prédéterminé est éliminée vers un drain de débordement (non représen- té) réalisé dans le chip CCD C'est pourquoi, le signal 11213 vidéo de sortie généré dans le dispositif de prise de vues CCD 5 est poussé jusqu'à un niveau de débordement même si la lumière de l'image augmente au-dessus de la quantité prédéterminée comme représenté en pointillé à la figure 2 Au contraire, le niveau du signal d'étale- ment augmente proportionnellement à la quantité de lumière tombant sur le dispositif de détection d'image 1 comme représenté en traits pleins à la figure 2 C'est pour- quoi, suivant le système de réglage de diaphragme, exis- tant, servant à régler le diaphragme par le niveau moyen du signal vidéo fourni par le dispositif de prise de vue CCD, cela ne réduit pas le signal d'étalement contenu dans le signal vidéo et ne permet pas d'assurer un réglage très fidèle du diaphragme. Selon le mode de réalisation de l'invention de la figure 3, le signal vidéo de sortie du dispositif de prise de vues CCD 11 est appliqué à la partie mobile du commutateur-sélecteur 13 par l'intermédiaire d'un ampli- ficateur-tampon 12 Une première borne fixe du commuta- teur 13 est reliée à un détecteur de moyenne 15 et une seconde borne fixe du commutateur 13 est reliée à un détecteur de maximum 16 Le commutateursélecteur 13 est commandé par un signal de commande fourni par le généra- teur de signal de synchronisation 6 de la figure 1; l'élément mobile du commutateur 13 est relié à la pre- mière prise fixe pendant la période de trace verticale TV (figure 4) et le signal vidéo pendant cette période est appliqué au détecteur de moyenne 15; l'élément mobile du commutateur 13 est relié à la seconde prise fixe pendant l'intervalle d'effacement vertical TB repré- senté à la figure 4 Le signal de sortie du dispositif de prise de vues CCD au cours de l'intervalle d'effacement vertical TB ne contient pas le signal qui représente l'image théorique, si bien que ce signal peut être con- sidéré comme signal d'étalement Pendant l'intervalle d'effacement vertical TB 1 ce signal d'étalement est appli- qué au détecteur de pic 16 par l'amplificateur 14; ce dernier est prévu, car le niveau du signal d'étalement est faible par comparaison avec celui du signal vidéo au cours de la période de trace verticale TV; il faut ainsi ampli- fier le signal d'étalement à un niveau comparable à celui du signal vidéo. Les signaux de sortie détectés fournis par les détecteurs 15 et 16 sont appliqués à un mélangeur 17 qui génère un signal de commande à un moyen d'entraine- ment de diaphragme 18 commandant le diaphragme 19 placé en avant du dispositif de prise de vues CCD 11 Le mélan- geur se compose d'un comparateur 17 a qui compare le signal de sortie du détecteur de maximum 16 avec un niveau de référence formant un niveau de seuil, un circuit de porte 17 b commandé par le signal de sortie du comparateur 17 a et laissant passer le signal de sortie du détecteur 16 lorsque le niveau du signal de sortie de pic détecté est supérieur au seuil ainsi qu'un additionneur 17 c pour addi- tionner le signal de sortie du détecteur de moyenne 15 et le circuit de porte 17 b avec un rapport approprié C'est pourquoi, le diaphragme 19 est réglé seulement par le niveau moyen du signal vidéo lorsque le niveau du signal d'étalement est relativement faible; ce signal d'étale- ment ne dérange pas le signal vidéo qui représente l'image de façon remarquable Mais lorsque le niveau du signal d'étalement est supérieur au niveau de seuil et que le signal d'étalement influence de façon gênant le signal vidéo, on règle le diaphragme 19 à l'aide des signaux de sortie de synthèse à la fois du détecteur de moyenne 15 et du détecteur de maximum 16. Ainsi, le signal d'étalement à une période horizontale dans l'intervalle d'effacement vertical TB est proportionnel au signal intégré du signal vidéo représentant toute l'image verticale dans le dispositif 1 1213 de prise de vues CCD et le signal de chaque période hori- zontale dans l'intervalle d'effacement vertical TB est très semblable à l'autre, si bien que l'on peut considé- rer que le signal d'étalement de n'importe quelle période horizontale contient toute l'information relative à la quantité de lumière au cours d'une trame Le détecteur de maximum 16 peut ainsi être conçu pour détecter le niveau maximum du signal de seulement une période hori- zontale dans l'intervalle d'effacement vertical TB' Selon le mode de réalisation de la figure 3, et comme cela a été indiqué ci-dessus, le réglage de diaphragme pour réduire le niveau du signal d'étalement lorsque celui-ci est très important peut se faire car à la fois le niveau moyen du signal vidéo et le niveau maximum du signal d'étalement sont utilisés comme signal de commande du diaphragme 19. La figure 5 montre un second mode de réalisa- tion de l'invention; dans ce mode de réalisation, seul le signal d'étalement est appliqué aux deux détecteurs de maximum et de moyenne, en parallèle; à partir du signal d'étalement, on forme le signal de commande du diaphragme 19 alors que dans le mode de réalisation de la figure 3, on utilise à la fois le signal d'étalement et le signal vidéo pour générer le signal de réglage du diaphrag- me A la figure 5, le signal de sortie de l'amplificateur- tampon 12 est appliqué à un commutateur de porte de signal d'étalement 23 qui est rendu conducteur pendant une période horizontale de l'intervalle d'effacement verti- cal TB et pendant cette durée, le signal d'étalement traverse la porte pour être appliqué à la fois au détec- teur de moyenne 15 et au détecteur de maximum 16 Les signaux de sortie de ces détecteurs sont mélangés par le mélangeur 17 qui peut être réalisé comme indiqué à la figure 3; le signal de sortie du mélangeur 17 commande le circuit d'entraînement 18 du diaphragme 19 Dans ce 1 1213 mode de réalisation, comme le signal d'étalement au cours d'une période horizontale de l'intervalle d'effacement vertical contient toutes les informations relatives à la lumière de l'image pendant une période de trame, comme cela a été indiqué, on obtient le même résultat que dans le mode de réalisation de la figure 3 selon lequel un signal vidéo d'une période de trame est détecté par le détecteur de moyenne En particulier lorsque le signal de sortie du dispositif de prise de vues CCD est un signal vidéo numérique, le détecteur de moyenne 15 peut présen- ter une structure très simple dans le cas de ce second mode de réalisation alors que dans le mode de réalisation de la figure 3 ou dans les dispositifs de réglage de diaphragme, existants, il faut une mémoire de trame pour enregistrer l'information vidéo numérique correspondant à une trame pour obtenir le niveau moyen du signal vidéo pendant une trame. Le troisième mode de réalisation de l'inven- tion concerne une caméra de télévision en couleur en technique état solide représentée à la figure 6 La caméra de télévision en couleur en technique état solide selon la figure 6 comporte trois plaquettes de détecteurs d'image en technique état solide 11 G pour le vert, 11 R pour le rouge et ll B pour le bleu Les trois signaux de couleurs primaires fournis par les capteurs d'image ll G, lîR, ll B sont appliqués aux bornes de sortie 20 G, 20 R, B et par les amplificateurs 12 G, 12 R, 12 B pour le régla- ge de l'équilibre du blanc Le diaphragme 19 commun aux trois détecteurs d'image en technique état solide 11 G, lîR, 1 l B pour régler la quantité de lumière tombant sur chaque détecteur d'image est réglé par le niveau du signal d'effacement d'une période horizontale dans l'in- tervalle d'effacement vertical TB Cela signifie que les signaux de sortie des amplificateurs 12 G, 12 R, et 12 B sont appliqués à un mélangeur non additionneur 30 1 1213 qui génère un signal de sortie égal au niveau le plus élevé des signaux d'entrée et fonctionne comme sélecteur de signal pour choisir le signal de niveau le plus élevé Le signal d'étalement d'une période horizontale dans l'intervalle d'effacement vertical TB contenu dans le signal de sortie du mélangeur non additionneur 30 est commandé par le commutateur de porte 23 et est appli- qué aux détecteurs 15 et 16 Le niveau moyen et le niveau maximum du signal d'étalement détecté par les détecteurs 15 et 16 sont appliqués au mélangeur 17; le signal de sortie du mélangeur 17 est appliqué au circuit d'entraî- nement 18 du diaphragme 19 comme signal de réglage Le mélangeur 17 peut être réalisé comme indiqué à la figure 3. Comme indiqué ci-dessus pour les différents modes de réalisation, l'invention permet de réduire la détérioration de la qualité de l'image et d'assurer un réglage du diaphragme de façon plus fidèle grâce à un montage de circuit, simple, puisque le diaphragme et le niveau du signal sont réglés à partir du signal d'étale- ment dans l'intervalle d'effacement vertical fourni par le détecteur d'image en technique état solide. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Caméra de télévision en technique état solide comportant un détecteur d'image en technique état solide avec un ensemble d'unités photosensibles réparties dans des lignes horizontales et dans des colonnes verti- cales pour générer séquentiellement un signal correspon- dant à une image, en transférant une charge générée par les unités photosensibles, cette camera de télévision en technique état solide comportant un générateur de signal de synchronisation ( 6) pour générer des signaux de syn- chronisation horizontale et verticale, un générateur d'impulsions de cadence ( 7) commandé par les signaux de synchronisation pour générer différents types d'impul- sions d'horloge réglant le transfert des charges générées dans les unités photosensibles, un diaphragme ( 19) pour régler la quantité de lumière de l'image tombant sur les unités photosensibles, un moyen d'entraînement ( 18) réglant le diaphragme ( 19), un moyen de détection de signal d'étalement ( 15, 16, 17) pour détecter le signal d'étalement contenu dans le signal de sortie du détec- teur d'image en technique état solide et un moyen pour fournir le signal de sortie du détecteur d'étalement au moyen d'entraînement ( 18) pour régler la quantité de lumière par le niveau du signal d'étalement. 2 ) Caméra de télévision selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le moyen de détection du signal d'étalement comporte un circuit de détection ( 15, 16) pour détecter un signal au cours d'une période hori- zontale dans l'intervalle d'effacement vertical, le signal détecté représentant le signal d'étalement. 3 ) Caméra de télévision selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le moyen pour fournir le signal se compose d'un détecteur de maximum ( 16) pour détecter le niveau maximum du signal d'étalement. 4 ) Caméra selon la revendication 3, carac- 11213 térisé en ce que le moyen pour fournir le signal comporte un détecteur de moyenne ( 15) pour détecter le niveau moyen du signal de sortie du détecteur d'image en techni- que état solide et un mélangeur ( 17) pour mélanger les signaux de sortie du détecteur de maximum ( 16) et du détecteur de moyenne ( 15). ) Caméra de télévision selon la revendica- t Ion 4, caractérisée en ce que le mélangeur ( 17) génère un signal de sortie correspondant seulement au signal de sottie du détecteur de moyenne ( 15) lorsque la sortie du détecteur de maximum ( 16) est inférieure à un niveau de seuil et le mélangeur génère un signal de sortie corres- pondant à la fois à la sortie du détecteur de moyenne ( 15) et du détecteur de maximum ( 16) lorsque la sortie du détecteur de maximum ( 16) dépasse le seuil. ) Caméra de télévision en technique état solide selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moyen pour fournir le signal comporte un détecteur de moyenne ( 15) pour détecter le niveau moyen du signal d'étalement et un mélangeur ( 17) pour mélanger les si- gnaux de sortie du détecteur de maximum ( 16) et du détecteur de moyenne ( 15). ) Caméra de télévision selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'elle comporte trois détec- teurs d'image en technique état solide (ll G, lîR, 11 B) pour les trois couleurs primaires, pour générer trois signaux de sortie représentant chaque composante de cou- leur de l'image, respective, le diaphragme ( 19) étant commun aux trois détecteurs d'image en technique état solide et le détecteur de signal d'étalement contient un mélangeur non additionneur ( 17) pour générer le signal de sortie égal au niveau maximum des trois signaux d'éta- lement contenus dans les trois signaux de sortie.