Brevet FR2606242A1 — publié le 19880506

CIRCUIT MELANGEUR VIDEO, UTILISABLE POUR L'IMAGERIE HAUTE RESOLUTION AVEC DES CAMERAS A CAPTEURS MATRICIELS SOLIDES La présente invention concerne un circuit mélangeur vidéo dont l'application est plus particulièrement envisagée pour l'obten- tion d'images haute résolution avec des caméras de télévision comportant des capteurs matriciels en circuits solides dits DTC (Dispositif à Transfert de Charges). Les capteurs DTC incorporent sur la même surface de silicium une matrice de points sensibles et le dispositif de lecture en série de tous ces points sensibles qui permet de constituer un signal vidéo. On rencontre principalement deux types d'architecture: les disposi- tifs à transfert de trame et les dispositifs à transfert interligne. Les capteurs solides présentent, par nature et par construc- tion, bon nombre d'avantages par rapport aux tubes au silicium, ces avantages résultant essentiellement de leur faible encombrement et des tensions peu élevées de mise en oeuvre. A noter également leur résistance élevée aux chocs et aux vibrations, la possibilité de refroidissement simplifié, la durée de vie plus élevée, la mainte- nance facilitée etc... Il est connu d'augmenter la résolution des caméras DTC en les équipant de deux capteurs du type transfert interligne qui présen- tent un grand nombre de cellules par ligne (jusqu'à 500 points par ligne), ces cellules n'étant pas jointives. En effet, la zone sensible et la zone mémoire sont imbriquées l'une dans l'autre et non placées l'une au- dessus de l'autre comme dans l'organisation dite à transfert de trame. La zone mémoire de ces matrices est organisée en une série de registres verticaux intercalés entre les colonnes de cellules sensi- bles. Ces registres verticaux constituent des zones aveugles de largeur comparable à celle des colonnes de points sensibles. Il est donc possible d'associer optiquement deux capteurs de ce type en les décalant d'un demipas le long de la ligne dans le sens horizontal et en les superposant dans le sens vertical pour doubler la résolution horizontale. Le montage optique est effectué sur une prisme séparateur placé entre l'objectif et les capteurs DTC. Le prisme comporte une surface place semi-transparente qui partage le faisceau en deux en sorte que le capteur voie la même image. Les deux capteurs DTC sont positionnés avec précision l'un par rapport à l'autre et décalés d'un demi-pas comme il a été dit. Pour la lecture des capteurs, on peut utiliser deux signaux d'horloge à la fréquence point, l'un de ces signaux étant décalé d'une demi-période par rapport à l'autre pour correspondre au décalage spacial entre les matrices selon les lignes horizontales. Après traitement par alignement au noir et contr8le de gain automatique les signaux vidéo des deux capteurs peuvent être multiplexés à la cadence point pour sélectionner les points alternés de chaque capteur. Cette technique simple présente divers inconvénients qui résultent essentiellement de la non-homogénéité des deux capteurs. En effet, lors de la fabrication le dopage du silicium n'est pas homogène, aussi bien à l'intérieur du barreau que sur chaque galette découpée dans le barreau o il montre une variation qui va du centre au bord et qui varie d'une galette à une autre. En conséquence, les diodes formées sur la matrice présentent des sensibilités de détec- tion différentes et des petites variations entre elles. Les deux capteurs présentent donc des niveaux de détection différents pour les mêmes conditions d'éclairement. En outre, l'évolution avec la température se traduit par un courant de fuite de décharge du noir qui va être différent. L'aspect architecture présente peu d'influence du point de vue des variations sauf si l'on a affaire à des composants provenant de fabricants différents. Il est donc nécessalre de compenser les différences entre les capteurs mais les écarts de sensibilité ne peuvent être compensés aisément selon des techniques électroniques. Pour obtenir une image de bonne qualité il faudrait asservir le niveau de signal vidéo délivré par les deux capteurs avec une précision de l'ordre du pour cent, avoir des niveaux de noir identiques lorsque la température varie, et sélectionner des capteurs qui ont des sensibilités sensiblement identiques et homogènes sur leur surface. Toutes ces contraintes n'ont pas de solution immédiate au niveau de l'utilisation et ne sont pas résolues au niveau du fabricant. Un but de l'invention est de proposer un mélangeur vidéo qui permet de remédier à ces inconvénients en utilisant des capteurs standards. On sait, suivant notamment des techniques de correction de contour ou dans le domaine des images télévision à haute définition, que l'on peut séparer linformation vidéo en deux parties, une première partie correspondant à un spectre basse fréquence qui se situe entre zéro et environ 500 Khz (cette dernière valeur est donnée à titre indicatif et l'on peut choisir une limite assez éloignée de cette valeur) et un spectre haute fréquence qui se situe au-dessus de la limite basse fréquence choisie. L'information basse fréquence constitue la partie sensible au défaut de non-homogénéité. Elle se traduit sur l'image par des grandes zones de teintes sombres ou claires. Elle ne concerne pas les détails, la finesse, et donc exclut les variations brutales, notamment les contours. Avec ce spectre le point le plus petit est représenté par une zone qui correspond environ à trois à quatre pour cent de la largeur de l'écran. L'information haute fréquence, au contraire, correspond au bon piqué de l'image aux fronts raides et donc aux contours et aux transitions brutales. Cette valeur haute fréquence est limitée aux alentours de 7 à 8 MgH-z pour les capteurs actuels. Suivant l'invention, il est proposé de réaliser un circuit mélan- geur vidéo recevant un premier signal vidéo et un deuxième signal vidéo, ce dernier correspondant sensiblement au premier signal décalé d'un demi point selon le sens du balayage ligne, le mélangeur comportant un commutateur-échantillonneur pour multiplexer ces signaux vidéo en prélevant successivement l'un puis l'autre à la cadence point du balayage, et étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux voies connectées respectivement aux deux entrées d'un circuit sommateur, une première voie comportant, connectés en série, un circuit soustracteur qui reçoit le premier et le deuxième signal, un circuit filtre haute fréquence pour éliminer le spectre basse fréquence compris entre 0 et une fréquence prédéterminée de la différence des signaux vidéo et ledit échantillonneur connecté par sa sortie à une première entrée dudit circuit sommateur, la deu- xième voie transmettant au moins l'un des signaux à la deuxième entrée dudit sommateur, en sorte que le signal mélangé délivré en sortie est constitué d'une partie HF correspondant au premier signal au cours de chaque moitié de période point et au deuxième signal au cours de chaque deuxième moitié de cette période et d'une partie BF inchangée. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple à l'aide des figures annexées qui représentent: - Fig. l, un schéma d'un premier mode de réalisation d'un circuit mélangeur vidéo conforme à l'invention considéré dans le cadre d'une application à l'imagerie haute résolution avec une caméra à capteurs DTC; - Fig.2, des formes d'ondes relatives aux signaux de synchronisation pour la lecture des capteurs; - Fig.3, un tableau représentant les signaux vidéo basse fréquence et haute fréquence prélevés au cours de chaque demi-période; - Fig.4, un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'un circuit mélangeur selon l'invention; - Fig.5, un tableau correspondant aux signaux vidéo basse fréquence et haute fréquence prélevée dans la solution Fig.4 au cours de chaque demi- période; - Fig.6, un schéma d'une troisième variante de réalisation d'un circuit mélangeur conforme à l'invention; - Fig.7 et 8, deux réalisations possibles du filtrage HF utilisé, respectivement avec un filtre passe-haut ou passe-bande. Le circuit mélangeur 10 est utilisé dans le concept Fig. l pour traiter les signaux vidéo VI et V2 élaborés par une caméra de télévision à deux capteurs DTC agencés pour produire une image à haute résolution. Les éléments principaux indiqués comportent l'objectif I d'axe optique Z, suivi d'un spérateur optique 2 qui divise le flux lumineux en deux voies optiques destinées respectivement aux deux capteurs matriciels solides 3 et 4. Ces capteurs sont de préférence du type à interligne et positionnés relativement l'un par rapport à l'autre comme il a été indiqué précédemment. Les signaux détectés sont appliqués à des circuits d'amplification et de trai- tement 5 et 6. Le circuit 7 représente la commande de lecture et de synchronisation à la cadence point. On désigne par HP les signaux d'horloge point. Ces signaux sont détaillés sur la figure 2 en appelant HP1 le signal d'horloge appliqué à l'un des capteurs 3 et HP2 le signal décalé d'une demi-période appliqué à l'autre capteur 4. L'un quelconque de ces signaux est utilisable pour commander le mélan- geur 10. Le mélangeur 10 comporte deux voies. Une première voie groupe, connectés en série, un circuit amplificateur différentiel ou soustracteur 11, un filtre haute fréquence 12, un amplificateur d'équilibrage 13 et un échantillonneur-bloqueur 14. La sortie de l'échantillonneur constitue la sortie de cette première voie et est appliquée à une première entrée d'un circuit sommateur 15, lequel reçoit par sa deuxième entrée la deuxième voie constituée par l'un des signaux vidéo, V2 dans le montage représenté. La sortie du sommateur VM représente la vidéo mélangée. Le circuit soustracteur 11 est connecté aux deux entrées El et E2 du mélangeur 10 d'o lui parviennent respectivement les signaux VI et V2. Il délivre la différence VI-V2 de ces signaux. Le circuit filtre haute fréquence 12 a pour action d'éliminer les compo- santes basse fréquence de la différence VI-V2 dans une bande spectrale qui se situe entre zéro et une fréquence prédéterminée, par exemple de l'ordre de 00KHz. Le signal sortant du filtre 12 comporte donc les composantes hautes fréquences au-dessus de cette valeur limite et est appelé (V2-V1) HF. L'amplificateur 13 peut être à gain ajustable pour équilibrer les deux voies. Le circuit commutateur-échantillonneur 14 est commandé à la cadence point par un signal d'horloge HP provenant du circuit 7. Il a pour fonction de déconnecter la première voie pendant la première moitié de chaque période point T et de brancher cette voie vers le sommateur au cours de chaque deuxième moitié de période point c'est-à- dire de T/2 à T. La première voie étant déconnectée de 0 à T/2 ce circuit pourra comporter en sortie un condensateur de maintien 16 qui est remis à zéro au cours de chaque première moitié de période de 0 à T/2 par connexion à la masse du commutateur 14. La deuxième voie comporte la connexion entre la deuxième entrée E2 et la deuxième entrée du sommateur 15 à laquelle elle transmet continuellement le signal vidéo V2. Ce signal vidéo V2 est transmis pleine bande c'est-àdire aussi bien son spectre basse fréquence V2BF que son spectre haute fréquence V2HF en considé- rant les spectres BF et HF définis par le filtrage 12. Le tableau Fig.3 montre les signaux transmis par Pintermédiaire du sommateur 15 et constituant la vidéo mélangée VM. On se rend compte durant la première demi-période, 0 à T/2, que la sortie VM consiste en la somme (V2BF + V2HF) c'est-à-dire à la totalité du signal V2. Durant la deuxième période, T/2 à T, le signal VM est formé de la partie V2BF et de la partie VIHF issu de la première voie. Ce signal correspond sensiblement au signal VI étant donné le décalage très faible entre les matrices égal à la moitié du pas des pixels dans le sens horizontal, compte tenu que l'image ne varie pratiquement pas en basse fréquence sur une telle étendue. Par contre, le signal basse fréquence étant le même durant chaque demi-période et issu du même capteur, le capteur 4 en l'occurence, ce signal n'est pas soumis aux différences d'homogénéité qui peuvent exister entre les capteurs 3 et 4 et les défauts et inconvénients résultant de cette absence d'homogénéité sont éliminés. La figure 4 se rapporte à un autre mode de réalisation du mélangeur suivant lequel la première voie se subdivise en deux voies parallèles jusqu'au niveau du commutateur-échantillonneur 14. Chacune de ces voies comporte les mêmes éléments que précédem- ment en série, un circuit soustracteur respectivement Il1A et liB, un filtre haute fréquence respectivement 12A et 12B et un circuit d'équilibrage de gain 13A et 13B. Les soustracteurs llA et lIB reçoivent les signaux VI et V2 de manière à fournir pour l'une de ces voies la différence (V1-V2) et pour l'autre la différence (V2-VI). Le commutateur rapide 14 branche alternativement l'une ou l'autre des sorties de ces voies, par exemple du côté 13A de 0 à T/2 de chaque période point et du côté 13B de T/2 à T. Ainsi le sommateur 15 reçoit sur sa première entrée durant la première moitié de la période point le signal (V1-V2) HF et durant la deuxième moitié de cette période le signal (V2-V1) HF. La voie vidéo qui aboutit à la deuxième entrée du sommateur 15 comporte un circuit- sommateur 17 alimenté également par les deux signaux VI et V2 pour obtenir la somme (V1+V2) sans restriction spectrale. En conse- quence, la sortie du sommateur 15 comporte comme il est résumé dans le tableau de la figure 5, durant la première demi-période 0 à T/2 de chaque période point, l'ensemble des signaux V1 et V2 en basse fréquence et le signal VI haute fréquence avec un coefficient de gain égal à 2 soit: (VI+ V2) BF + 2V1HF. Le signal VM comporte durant la deuxième moitié de chaque période point, de T/2 à T, la même composante basse fréquence et la partie haute fréquence relative à V2 soit (VI+V2) BF +2V2HF. On voit ici encore que le signal VM en basse fréquence est inchangé, il correspond cette fois à la somme des signaux VI et V2 des deux capteurs au cours des deux demi-périodes de chaque période point. Il en résulte que les défauts de non-homogénéité des capteurs sont également éliminés. En outre, la partie haute fréquence est obtenue avec un gain égal à 2 par ce montage. Les éléments 13 de la figure 1 et 13A, 13B de la figure 4 peuvent être constitués par des amplificateurs à gain réglable pour équilibrer les gains des différentes voies. De manière équivalente, on peut utiliser comment représenté sur le montage figure 6, un atténuateur 20 sur la voie du bas alimentant la deuxième entrée du sommateur 15 à la place d'un amplificateur 13 sur la voie (ou les voies) supérieure. Le montage figure 6 est équivalent à celui de la figure 4 mais nécessite moins de circuits. Il comporte deux voies, la voie infé- rieure avec le sommateur 17 et un atténuateur 20; et les deux voies supérieures sont remplacées par une seule voie avec les éléments 11,12 déjà cités et le commutateur rapide 14 s'y trouve remplacé par un circuit échantillonneur-bloqueur 21 suivi d'un circuit multipli- cateur 22. Le circuit 22 produit une multiplication par +1 ou -1, il est réglé pour multiplier par -1 au cours de chaque première moitié de période point, c'est-à-dire entre les instants nT et (n+1/2)T et par le coefficient +1 durant chaque deuxième moitié de période point c'est-àdire entre les instants (n+l/2)T et (n+l)T la valeur n étant égale à 0, ou un entier supérieur à 0. Les circuits 21 et 22 sont commandés par des signaux de synchronisation correspondants indi- qués HP3 et HP4 et issus du générateur 7. Le circuit délivre comme précédemment, au cours de la première moitié de période point le signal (VI+V2)BF +2V1HF et au cours de la deuxième moitié de période (Vl+V2) BF + 2V2HF. Le circuit filtre haute fréquence 12 peut être un filtre passe- haut réalisé simplement avec une cellule RC du type représenté à la figure 7. Avec une cellule RLC du type représenté à la figure 8 la fonction assurée est un filtrage passe-bande limitant le filtrage supérieurement à une fréquence HF déterminée choisie en relation avec la fréquence de Nyquist présentée par le système. Cette fréquence limite peut se situer autour de lOMgHz avec des capteurs à transfert interligne présentant 500 points par ligne pour visualiser une image haute résolution à 625 lignes de 1000 points. Les circuits mélangeurs décrits conformes à l'invention autori- sent un multiplexage de signaux vidéo synchrones et peuvent égale- ment être utilisés pour réalisés des correcteurs de contour, le dosage s'obtenant à l'aide d'une commande de gain. Dans cette utilisation une voie vidéo initiale sera dédoublée en deux voies synchrones en utilisant un circuit électrique de retard permettant de décaler temporellement le signal d'une valeur correspondant à un demi pixel. RE VENDICATIONS 1. Circuit mélangeur vidéo recevant un premier signal vidéo et un deuxième signal vidéo, ce dernier correspondant sensiblement au premier signal décalé d'un demi point selon le sens du balayage ligne, le mélangeur comportant un commutateur-échantillonneur pour multiplexer ces signaux vidéo en prélevant successivement l'un puis l'autre à la cadence point du balayage, et étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux voies connectées respectivement aux deux entrées d'un circuit sommateur (15), une première voie comportant, connectés en série, un circuit soustracteur (11) qui reçoit le premier (V1) et le deuxième signal (V2), un circuit filtre haute fréquence (12) pour éliminer le spectre basse fréquence com- pris entre 0 et une fréquence prédéterminée de la différence (V2-VI) des signaux vidéo et ledit échantillonneur (14) connecté par sa sortie à une première entrée dudit circuit sommateur, la deuxième voie transmettant au moins l'un des signaux à la deuxième entrée dudit sommateur, en sorte que le signal mélangé (VM) délivré en sortie est constitué d'une partie HF correspondant au premier signal au cours de chaque moitié de période point et au deuxième signal au cours de chaque deuxième moitié de cette période et d'une partie BF inchangée. 2. Circuit mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit commutateur-échantillonneur (14) connecte ladite première voie à la première entrée dudit sommateur (15) durant une moitié de chaque période point et connecte cette entrée à la masse durant l'autre moitié, la sortie dudit commutateur comportant un condensateur (16) de maintien connecté en dérivation à la masse. 3. Circuit mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première voie se subdivise en deux voies en parallèle jusqu'au niveau du commutateur échantillonneur, chacune de ces voies parallèles comportant, connectés en série un circuit sous- tracteur (lIA, liB) suivi d'un circuit filtre haute fréquence (12A, 12B), ledit commutateur branchant alternativement la sortie de chacune de ces voies parallèles à la première entrée du sommateur (15), ladite deuxième voie comportant également un circuit som- mateur (17) alimenté par les deux signaux pour produire la somme (VI1 + V2) correspondante. 4. Circuit mélangeur selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'un circuit amplificateur (13,13A,13B) est interposé entre la sortie filtre et ledit commutateur pour équilibrer le gain des voies. 5. Circuit mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première voie comporte un circuit commutateur échantil- lonneur constitué par un circuit échantillonneur-bloqueur (21) suivi d'un circuit multiplicateur (22), le circuit multiplicateur produisant une multiplication par +1 au cours d'une demi période de chaque période point et par -1 au cours de la demi période suivante, ladite deuxième voie comportant également un circuit sommateur (17) alimenté par les deux signaux pour produire la somme (V1+ V2) correspondante. 6. Circuit mélangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit filtre est un filtre passe-haut du type cellule RC. 7. Circuit mélangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit filtre (12) est du type passe-bande pour sélectionner un spectre HF et il est constitué par une cellule RLC.