Brevet FR2533786A1 — publié le 19840330

Procédé pour augmenter la sensibilité d'une caméra de télévision et système de télévision pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention concerne la télévision et, plus particulièrement un procédé et un système pour augmenter la sensibilité à la lumière, d'une caméra de télévision. Les caméras de télévision nécessitent, en général, un niveau d'éclairage relativement élevé pour fonctionner convenablement Ceci ne constitue pas un problème en studio, par contre, hors du studio, par exemple lors d'un reportage électronique, le niveau de l'éclairage disponi- ble peut être inférieur au niveau nécessaire pour assurer une image de bonne qualité Si la lumière disponible, naturelle ou artificielle, est insuffisante, il est nécessaire d'utiliser une grande ouverture d'objectif afin de pouvoir capter une quantité de lumière suffisante pour obtenir un signal vidéo ayant un rapport signal à bruit raisonnable Mais il arrive que l'ouverture maximale de l'objectif s'avère insuffisante D'autre part, comme on le sait, l'emploi d'une ouverture excessive de l'objectif limite la profondeur de champ et peut donc causer certains inconvénients. Un des buts de l'invention est d'améliorer le rendement de la lumière captée par une caméra de télévision Un autre but est d'obtenir un signal vidéo ayant un rapport signal à bruit amélioré pour les très faibles niveaux d'éclairage, et même obtenir un signal d'image lorsque les conditions d'éclairage auraient normalement empêché l'obtention de tout signal d'image En outre, un but de l'invention est de permettre l'utilisa- tion d'une plus petite ouverture de l'objectif de la caméra, dans certaines situations o le niveau d'éclairage aurait été suffisant pour obtenir un signal d'image en utilisant les techniques existantes, afin de profiter des avantages d'une faible ouverture de l'objectif. L'invention prend en compte une caractéristique du fonctionne- ment des caméras vidéo actuelles, qui limite la sensibilité effective à la lumière, du tube de ces caméras Il a été constaté que l'accumulation des charges résultant de l'exposition à la lumière, sur la surface photosensible du tube de la caméra, est affectée par le balayage d'analyse L'accumula- tion des charges sur les emplacements correspondant aux lignes d'une 25337-86 trame donnée est affectée par le balayage d'analyse des lignes correspon- dant à l'autre trame qui est entrelacée avec la précédente. Par exemple, supposons qu'un élément d'image situé sur une ligne de rang pair 2 N vienne juste d'être lu (déchargé) par le faisceau de balayage du tube Dans le cas idéal, la lumière venant frapper cet élément pendant la durée d'analyse de toute une image provoquerait J'accumulation de charges électriques qui constitueraient le signal vidéo en ce point lors du prochain passage du faisceau d'analyse en ce point En réalité, on constate que le balayage des lignes adjacentes appartenant à la trame entrelacée, c'est-à-dire les lignes de rangs 2 n-l et 2 n+ 1, provoque une certaine décharge aux emplacements des éléments d'image de la ligne de rang 2 n Ceci signifie que l'accumulation des charges par la lumière sur les emplacements des éléments d'image de la ligne de rang 2 N ne correspond pas à la durée d'une image, mais à une durée inférieure, correspondant approximativement-à une trame ( 1/2 image) Il en résulte que le signal vidéo obtenu est plus faible que dans le cas idéal o ce phénomène est absent, et par conséquent le rapport signal à bruit du signal vidéo est dégradé Cet effet, bien entendu, est le même pour les trames paires et impaires. L'objet de la présente invention est un procédé remédiant à cet inconvénient, et une caméra de télévision mettant en oeuvre ce procédé. Selon l'invention un procédé pour augmenter la sensibilité d'une caméra de télévision comportant au moins un tube réalisant l'analyse de chaque image en deux trames par un faisceau d'électrons, est caractérisé en ce qu'il consiste: à supprimer périodiquement le faisceau d'électrons, du ou des tubes de la caméra, pendant une durée équivalente à un nombre entier fixé de trames, et avec une période équivalente à un nombre entier fixé de trames; à reconstituer un signal vidéo pour les trames non analysées à cause de la suppression du faisceau, en déterminant les valeurs de ce signal à partir des valeurs du signal vidéo des trames analysées lorsque le faisceau n'est pas supprimé. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront à la lecture de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant: la figure 1 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation d'une première partie du système selon l'invention; la figure 2 représente un chronogramme d'un signal vidéo utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. la figure 3 représente un schéma synoptique d'un exemple de réalisation d'une seconde partie du système selon l'invention; Le procédé selon l'invention consiste à inhiber périodiquement le faisceau d'analyse du tube, ou des tubes, de la caméra d'un système de télévision pendant une durée correspondant par exemple à deux trames, avec une période correspondant à trois trames, de telle façon qu'après l'analyse d'une trame, l'analyse est inhibée pendant une durée correspon- dant à deux trames, afin de supprimer l'effet de décharge provoqué par le balayage d'analyse des trames entrelacées En outre, le procédé consiste à générer un signal vidéo normal en remplaçant le signal vidéo correspon- dant aux trames non analysées, par un signal vidéo reconstitué à partir de celui correspondant aux trames effectivement analysées. Sur la figure 1, une première partie d'un exemple de réalisation du système selon l'invention comporte: une caméra vidéo 10; un générateur de synchronisation, de suppression, et de balayage; un générateur auxi- liaire 30 de suppression de trames; un oscillateur 50; une porte analogi- que 55;-un compteur de lignes 56-; un monostable 57; un additionneur analogique 60; un dispositif 70 amplificateur et codeur; et une borne de sortie 40 Cette première partie du système est reliée par la borne de sortie 40 à une entrée d'un magnétoscope 100 La caméra vidéo 10 comporte un tube de prises de vues réalisant une analyse d'une image par un faisceau électronique Elle possède une première entrée de commande reliée à une sortie multiple du générateur 20 pour recevoir des signaux de synchronisation verticale et horizontale, -un signal de suppression de faisceau d'analyse pendant le retour de ce faisceau, et des signaux commandant le déviation du faisceau pour assurer le balayage d'analyse. Elle possède une seconde entrée de commande reliée à une sortie du générateur 30, et possède une sortie fournissant un signal vidéo à une première entrée de l'additionneur 60 L'additionneur 60, possède une seconde entrée reliée à une sortie de la porte 55 transmettant un signal oscillatoire de fréquence i M Hz, fourni par l'oscillateur 50, sous la commande de deux signaux respectivement appliqués à deux entrées de commande Une première entrée de commande de la porte 55 est reliée à Il L la sortie du générateur 30, et une seconde entrée de commande est reliée à une sortie du monostable 57 Le monostable 57 possède une entrée de commande reliée à une sortie du compteur de lignes 56 Le compteur de lignes 56 reçoit le signal de synchronisation verticale V et le signal de synchronisation horizontale H fournis par la sortie multiple du générateur L'amplificateur et codeur 70 possède une entrée reliée à la sortie de l'additionneur 60, une entrée multiple de synchronisation reliée à la sortie multiple du générateur 20, et une sortie reliée à la borne de sortie 40 Le générateur 30 possède une entrée de synchronisation recevant le signal de synchronisation verticale V fourni par la sortie multiple du générateur 20. Le générateur auxiliaire 30 de suppression de trames génère un signal qui, d'une part, supprime le faisceau électronique d'analyse pendant la durée de deux trames sur trois et qui, d'autre part, commande la porte Le compteur de lignes 56 fournit sur sa sortie un signal déclenchant le monostable 57 au début du balayage de la 9 ème ligne de chaque trame dont l'analyse est inhibée par le générateur auxiliaire 30 Le compteur 56 compte les impulsions du signal de synchronisation verticale V, et compte les impulsions du signal de synchronisation horizontale H Le monostable 57 génère une impulsion dont la durée est, par exemple, égale à la durée d'une ligne, pour commander la porte 55 La porte 55 transmet le signal fourni par l'oscillateur 50 lorsqu'elle reçoit simultanément le signal de commande fourni par le monostable 57 et le signal de commande fourni par le générateur auxiliaire 30 Le signal oscillatoire de fréquence 1 M Hz est alors additionné par l'additionneur 60 au signal vidéo fourni par la caméra 10 Aux instants o la porte 55 est passante, ce signal vidéo est composé d'un niveau constant car l'analyse est supprimée Ce signal oscillatoire constitue un signal d'identification placé au début de la période de chaque trame qui n'est pas analysée à cause de la suppression du faisceau électronique Le dispositif 70 amplificateur et codeur trans- met le signal fourni par l'additionneur 60 en y rajoutant les signaux de synchronisation classiques Dans cet exemple, la borne de sortie 40 de cette première partie du système selon l'invention est reliée à l'entrée d'un magnétoscope 100 pour enregistrer le signal vidéo obtenu Dans un autre exemple d'application, ce signal pourrait être transmis sur une voie classique de transmission de télévision, avant d'être traité pour reconstituer un signal vidéo classique, pour faire fonctionner un récepteur classique. La figure 2 représente un chronogramme du signal vidéo fourni par la borne de sortie 40, sans représenter les impulsions de synchronisa- tion de lignes Ce signal correspond à trois trames consécutives: t 19 t 2, et t 3 La première trame, tl, est effectivement analysée, le signal vidéo comporte donc une impulsion de synchronisation de trame 111 et un signal vidéo d'amplitude variable 114 La deuxième et la troisième trames, t 2 et t 3, ne sont pas analysées car le faisceau électronique est supprimé Le signal correspondant à t 1 et t 2 comporte respectivement les impulsions de synchronisation de trame, 112 et 113, et des salves, 115 et 116, d'oscilla- tions de fréquence de 1 M Hz, pendant une durée équivalente à une ligne. Pendant la durée des autres lignes des trames non analysées t 2 et t 3, le signal vidéo a une amplitude constante correspondant au niveau du noir. Ce signal est enregistré et restitué par le magnétoscope 100 La figure 3 représente la deuxième partie de cet exemple de réalisation du système selon l'invention, permettant de générer un signal vidéo de type classique, visualisable sur un récepteur de télévision classique Cette deuxième partie comporte une borne d'entrée 80, un convertisseur analo- gique numérique 110, une mémoire de trame 120, trois portes numériques , 140 et 150, un additionneur numérique à trois entrées, 170, un convertisseur numérique-analogique 175, un dispositif d'interpolation 145, un oscillateur 106, un détecteur 105, un compteur de lignes 107, une mémoire morte 125, et une borne de sortie 90 Le dispositif d'interpola- tion 145 est constitué d'un dispositif numérique 146 à retard d'une ligne et d'un moyenneur numérique 147 Le signal fourni par la sortie du magné- toscope 100 est transmis par la borne d'entrée 80, d'un part à une entrée du convertisseur analogique numérique 110 et, d'autre part, à une entrée du détecteur 105 qui a pour fonction de détecter le signal d'identification des trames non analysées Le détecteur 105 reçoit un signal de référence fourni par l'oscillateur 106 qui délivre un signal oscillatoire de fréquence 1 M Hz Le détecteur 105 est validé par un signal fourni par une sortie du compteur de lignes 107 Le compteur de lignes 107 reçoit un signal de synchronisation verticale V et un signal de synchronisation horizontale H fournis par le magnétoscope 100 dans cet exemple Le détecteur 105 fournit sur une sortie un signal logique lorsque le signal vidéo qu'il reçoit contient une salve d'oscillations à la fréquence 1 M Hz pendant un inter- valle de temps correspondant à la 9 è ligne d'une trame Le signal fourni par la sortie du détecteur 105 est appliqué à une première entrée de la mémoire morte 125 Une seconde entrée reçoit le signal de synchronisa- tion verticale V Ces deux premières entrées sont des entrées de valida- tion de la mémoire 125 Trois autres entrées, constituant des entrées d'adresse sont reliées respectivement à trois sorties de la mémoire morte 125 Ces trois sorties fournissent successivement un signal logique de durée égale à la durée d'une trame Par exemple une première sortie fournit un signal logique pendant à la durée de la trame t 1, une seconde - sortie fournit un signal pendant la durée de la trame t 2, et la troisième sortie fournit un signal logique pendant la durée de la trame t 3, ces deux dernières trames étant des trames non analysées, qui sont reconnues grâce au signal d'identification La première sortie de la mémoire morte 125 est reliée à une entrée de commande d'écriture de la mémoire de trame 120 et à une entrée de commande de la porte 130 La seconde sortie de la mémoire morte 125 est reliée à une première entrée de commande de lecture de la mémoire de trame 120 et à une entrée de commande de la porte 140 La troisième sortie de la mémoire morte 125 est reliée à une seconde entrée de commande de lecture de la mémoire de trame 120 et à une entrée de commande de la porte 150 La mémoire de trame 120 est, par exemple, une mémoire numérique à accès aléatoire et possède une entrée d'adresse recevant une adresse correspondant à chaque point d'une trame, cette adresse étant fournie par un dispositif de comptage des impulsions de synchronisation, non représenté sur la figure La sortie du convertisseur analogique numérique 110 est reliée à une entrée de données de la mémoire de trame 120 et à une entrée de la porte 130 La sortie de la mémoire de trame 120 est reliée à une entrée du dispositif 145 d'interpolation et à une entrée de la porte 150 La sortie du dispositif d'interpolation 145 est reliée à une entrée de la porte 140 Les sorties des portes 130, 140, et 150, sont reliées respectivement à trois entrées de l'additionneur 170 La sortie de ce dernier est reliée à l'entrée du convertisseur numérique-analogique 175, ce dernier restituant un signal vidéo analogique à la borne de sortie 90. Le fonctionnement du système est périodique, avec une période correspondant à la durée de trois trames Pendant la durée d'une première trame, tl, la mémoire de trame 120 est commandée pour stocker les valeurs numériques du signal vidéo fournies par le magnétoscope 100, et la porte 130 est commandée pour transmettre ces valeurs numériques vers l'additionneur 170 Les portes 140 et 150 sont alors bloquées, elles fournissent donc une valeur nulle, et l'additionneur 170 transmet sans modification les valeurs numériques du signal-vidéo de la trame analysée. Chaque valeur numérique est reconvertie en valeur analogique par le convertisseur 175 Pendant la durée de la trame suivante, t 2, la mémoire de trame 120 est commandée pour lire les valeurs mémorisées du signal vidéo de la trame précédente et la porte 140 est commandée pour transmettre les valeurs numériques fournies par le dispositif d'interpola- tion 145 Les portes 130 et 150 sont bloquées - Le dispositif d'interpolation 145 réalise une interpolation entre les valeurs numériques du signal vidéo de deux lignes analysées pour détermi- ner les valeurs du signal vidéo d'une ligne non analysée située entre les deux lignes analysées, Le moyenneur numérique 147 possède deux entrées recevant respectivement les valeurs numériques appliquées à l'entrée du dispositif 145 et les valeurs numériques retardées par le dispositif 146 à retard d'une ligne La sortie du moyenneur 147 constitue la sortie du dispositif d'interpolation 145. Pendant la durée d'une troisième trame, t 3, la mémoire de trame est commandée pour lire les valeurs numériques mémorisées et -la porte 150 est commandée pour être passante Les portes 130 et 140 sont bloquées La troisième trame étant de même parité que la première trame il n'est pas nécessaire de réaliser une interpolation, les valeurs numériques du signal vidéo de la première trame sont transmises directement par la porte 150 et par l'additionneur 170 sans modification Pour les trames suivantes le processus est réitéré cycliquement. Il est à noter que, dans cet exemple, les trames analysées sont alternativement paires et impaires On ne supprime qu'une trame sur deux parmi les trames paires et qu'une trame sur deux parmi les trames impaires. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit ci- dessus, de nombreuses variantes sont à la portée de l'homme de l'art Il est notamment possible d'utiliser différents types de signaux d'identification, de forme et de durée diverses Un signal oscillatoire de fréquence très supérieure à la fréquence de lignes, par exemple 1 M Hz, présente l'avantage d'être facile à détecter dans un signal vidéo. Il est possible aussi d'inhiber l'analyse pendant un temps différent de la durée de deux trames sur trois, cependant une augmentation du nombre des trames pendant lesquelles l'analyse est inhibée provoque une dégradation de la qualité de représentation des mouvements rapides, car l'information est renouvelée à un rythme plus lent Le type de la mémoire de trame 120 peut être numérique ou peut être analogique, par exemple une mémoire à transfert de charge peut être utilisée Le système peut être facilement adapté à la télévision en couleurs en réalisant une inhibition de l'analyse simultanément dans tous les tubes d'analyse de la caméra Il peut être prévu de générer une tension vidéo constante et différente du niveau du noir pendant les trames non analysées afin de stabiliser le contrôle automatique de gain du magnétoscope. REVENDICATIONS 1 Procédé pour augmenter la sensibilité d'une caméra de télévi- sion comportant au moins un tube réalisant l'analyse de chaque image en deux trames par un faisceau d'électrons, caractérisé en ce qu'il consiste à supprimer périodiquement le faisceau d'électrons, du ou des tubes de la caméra, pendant une durée équivalente à un -nombre entier. fixé de trames, et avec une période équivalente à un nombre entier fixé de trames; à reconstituer un signal vidéo pour les trames non analysées à cause de la suppression du faisceau, en déterminant les valeurs de ce signal à partir des valeurs du signal vidéo des trames analysées lorsque le faisceau n'est pas supprimé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à ajouter un signal d'identification au signal vidéo fourni par la caméra pendant chaque période de trame o le faisceau d'électrons d'analyse est supprimé. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour reconstituer un signal vidéo pour les trames non analysées il consiste - à mémoriser les valeurs du signal vidéo de chaque trame analysée pendant la durée des trames non analysées qui suivent; à détecter, dans le signal vidéo fourni par la caméra, le signal d'identification de chaque trame non analysée; à lire les valeurs mémorisées, pour reconstituer à partir de celles-ci les valeurs du signal vidéo d'une trame non analysée, chaque fois qu'un signal d'identification est détecté; à constituer un signal vidéo en combinant séquentiellement les valeurs du signal vidéo des trames analysées et les valeurs du signal vidéo reconstitué des trames non analysées. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le faisceau d'électrons d'analyse est supprimé pendant deux trames sur trois. Système de télévision pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une caméra vidéo ( 10) comportant au moins un tube analysant chaque image en deux trames par un faisceau d'électrons; et comporte une entrée de commande permettant de supprimer le faisceau d'électrons de chaque tube; des moyens ( 30), reliés à l'entrée de commande de la caméra, pour commander la suppression du faisceau pendant une durée égale à un nombre entier fixé de trames avec une période égale à un nombre entier fixé de trames. 6 Système selon la revendication 5, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 50, 55, 56, 57, 60) pour ajouter un signal d'identification au signal vidéo fourni par la caméra, commandés par les moyens ( 30) pour supprimer le faisceau. 7 Système selon la revendication 6, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour générer, pendant les trames non analysées, un signal vidéo reconstitué, ces moyens comportant: une mémoire de trame ( 120) pour stocker les valeurs du signal vidéo de chaque trame analysée; des moyens ( 105, 106, 107, 125) pour détecter le signal d'identi- fication dans le signal vidéo fourni par la caméra ( 10), et commander des lectures dans la mémoire ( 120); des moyens ( 145) pour combiner des valeurs de signal vidéo des trames analysées, afin de reconstituer les valeurs d'un signal vidéo pour les trames non analysées. des moyens ( 125, 130, 140, 150, 170) pour combiner séquentiel- lement les valeurs du signal vidéo reconstitué pour les trames non analysées et les valeurs du signal vidéo de chaque trame analysée. 8 Système selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens ( 30) pour commander la suppression du faisceau agissent pendant la durée de deux trames sur trois. 9 Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour ajouter un signal d'identification comportent des moyens ( 50) pour générer un signal périodique de fréquence très supé- rieure à la fréquence de lignes; des moyens ( 55) pour commander la génération de ce signal au début de chaque période de trame correspon- dant à une trame non analysée; et des moyens ( 60) pour additionner ce signal au signai vidéo fourni par la caméra ( 10).