СПОСОБ КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ И ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR COMPUTER DETECTION OF FRINGE PATTERN IMAGE SIGNAL AND TELEVISION SYSTEM FOR REALISING SAID METHOD

Предполагаемое изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах анализа интерферограмм, в телекамерах которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм [1], заключающийся в том, что в телекамере световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют на мишень матрицы ПЗС, принудительно реализуют в фотоприемнике «длинное» и «короткое» накопление информационных зарядов в смежных кадрах в режиме прогрессивной развертки видеосигнала или в смежных полукадрах в режиме чересстрочной развертки, формируют на выходе фотоприемника мультиплексный видеосигнал, а на выходе датчика телевизионного сигнала - мультиплексный телевизионный сигнал, осуществляют демультиплексирование телевизионного сигнала путем суммирования прямого и задержанного видеосигналов и транслируют демультиплексированный телевизионный сигнал с выхода «Видео» телекамеры на вход «Видео» компьютера, записывают видеосигнал в память компьютера, воспроизводят видеосигнал записи на экране монитора компьютера, а в телекамере по наблюдаемому на экране компьютера изображению выполняют регулировку степени рекурсивной фильтрации видеосигнала.
Недостатком прототипа [1] является невысокое качество записи сигнала изображения из-за неучтенного воздействия собственных шумов фотоприемника телекамеры в процессе преобразования «свет-сигнал», а также отсутствие необходимых технологических возможностей при выполнении регулировочных работ по рекурсивной фильтрации.
Задача изобретения - повышение качества записи сигнала изображения путем повышение отношения сигнал/шум телекамеры и выполнения регулировочных работ по рекурсивной фильтрации видеосигнала непосредственно с компьютера.
Прототип устройства предполагаемого изобретения - телевизионная система для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм [1] имеет в своем составе на передающей стороне телекамеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив и датчик телевизионного сигнала, сенсором которого является матрица ПЗС, состоящая из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции, горизонтального регистра и блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), в состав датчика телевизионного сигнала входит также генератор управляющих импульсов (ГУИ), состоящий из последовательно соединенных временного контроллера и преобразователя уровней (ПУ), и сигнальный процессор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН матрицы ПЗС, а выход является выходом «Видео» телекамеры, а в состав телекамеры - также RS-триггер, счетчик-делитель и коммутатор, при этом управляющие входы фотоприемной секции матрицы ПЗС подключены к первому выходу ПУ, второй выход которого подключен к управляющим входам горизонтального регистра матрицы ПЗС, второй выход временного контроллера подключен к тактовому входу сигнального процессора, третий выход временного контроллера - к тактовому входу RS-триггера, объединенному с входом счетчика-делителя, прямой выход RS-триггера подключен соответственно к первому управляющему входу коммутатора и к первому управляющему входу временного контроллера, второй управляющий вход которого подключен к выходу коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к выходу счетчика-делителя, причем S-вход RS-триггера является входом «Пуск» телекамеры, а R-вход RS-триггера - входом «Стоп» телекамеры, а между блоками передающей и приемной стороны системы - линию связи, обеспечивающую по жилам кабеля трансляцию управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» с компьютера на телекамеру и сигнала «Видео» с телекамеры на компьютер.
к
к
к
к
к
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм заключающемся в том, что в телекамере световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют на фотоприемную секцию матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), принудительно реализуют в фотоприемной секции матрицы ПЗС «длинное» и «короткое» накопление информационных зарядов в смежных кадрах (полукадрах) с периодом Т где Т - период кадра (полукадра), транслируют композитный видеосигнал телекамеры по линии связи на вход «видео» компьютера, записывают видеосигнал в память компьютера, воспроизводят видеосигнал записи на экране монитора компьютера, согласно предлагаемому способу зарядовые пакеты «длинного» и «короткого» смежных кадров (полукадров) переносят из фотоприемной секции с частотой кадров (полукадров) в секцию памяти матрицы ПЗС и суммируют их в ней, считывают из фотоприемника накопленный в зарядовой форме полезный сигнал изображения с периодом 2Т, формируют на выходе телекамеры полезный композитный видеосигнал, поступающий на вход «видео» компьютера с периодом 2Т, считывают из памяти компьютера полезный видеосигнал с периодом Т, а по наблюдаемому на экране монитора изображению выполняют оптимизацию рекурсивной фильтрации записываемого сигнала изображения путем дистанционного выбора с компьютера длительности «короткой» экспозиции в телекамере.
к
к
Поставленная задача в заявляемой телевизионной системе, предназначенной для осуществления заявленного способа, решается тем, что в устройство прототипа, имеющее в своем составе на передающей стороне телекамеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив и матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции, горизонтального регистра и блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов (ГУИ), состоящий из последовательно соединенных временного контроллера и первого преобразователя уровней (ПУ), сигнальный процессор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН матрицы ПЗС, а выход является выходом «видео» телекамеры, RS-триггер, счетчик-делитель и коммутатор, при этом управляющие входы фотоприемной секции матрицы ПЗС подключены к первому выходу первого ПУ, второй выход которого подключен к управляющим входам горизонтального регистра матрицы ПЗС, второй выход временного контроллера подключен к тактовому входу сигнального процессора, третий выход временного контроллера - к тактовому входу RS-триггера, объединенному с входом счетчика-делителя, прямой выход RS-триггера подключен соответственно к первому управляющему входу коммутатора и к первому управляющему входу временного контроллера, второй управляющий вход которого подключен к выходу коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к выходу счетчика-делителя, причем S-вход RS-триггера является входом «Пуск» телекамеры, а R-вход RS-триггера - входом «Стоп» телекамеры, а между блоками передающей и приемной стороны системы - линию связи, обеспечивающую по жилам кабеля трансляцию управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» с компьютера на телекамеру и сигнала «Видео» с телекамеры на компьютер, при этом на кристалл матрицы ПЗС телекамеры прототипа между фотоприемной секцией и горизонтальным регистром введена секция памяти, связанная с ними зарядовой связью, а в состав ГУИ телекамеры прототипа введены последовательно включенные формирователь импульсов (ФИ) и второй ПУ, выход которого подключен к управляющим входам секции памяти матрицы ПЗС, первый управляющий вход ФИ подключен к третьему выходу временного контроллера, второй управляющий вход ФИ - к выходу счетчика-делителя, третий управляющий вход ФИ - к прямому выходу RS-триггера, а тактовый вход к четвертому выходу временного контроллера, в разъем расширения на материнской плате компьютера дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования входного аналогового видеосигнала в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала в оперативную память с периодом 2Т, и вывода из нее с периодом Т, причем в компьютере обеспечивается и формирование управляющего сигнала «Код экспозиции», а в линию связи введены дополнительные жилы кабеля для выполнения соединения сигнала «Код экспозиции» на компьютере с входом этого сигнала в телекамере, при этом выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемый способ отличается, во-первых, наличием нового признака (действия), заключающемся в суммировании в матрице ПЗС информационных зарядовых пакетов смежных кадров (полукадров).
к
к
При этом информационный (полезный) видеосигнал считывается из фотоприемника не с периодом Т, (как в прототипе), а с периодом 2Т, благодаря чему шумовая составляющая уменьшается в
раза. Соответственно, по отношению к прототипу, в
раз увеличивается отношение сигнал/шум (ψ) на выходе телекамеры, а, следовательно, и ψ для регистрируемого в компьютере видеосигнала.
Второе отличие заявляемого способа определяется условием осуществления одного из признаков (действий), а именно: выбором оператором оптимальной длительности «короткой» экспозиции фотоприемника, т.е. не в телекамере, по месту расположения элемента регулировки, а при помощи дистанционного управления с компьютера.
В результате реализации такого условия осуществления действий обеспечивается крайне желательное удобство выполнения регулировочных работ по оптимизации видеосигнала записи для регистрации интерферограмм.
Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемый способ отвечает требованию новизны.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемая телевизионная система отличается наличием новых блоков, в числе которых: секция памяти на общем на кристалле матрицы ПЗС, ФИ и второй ПУ - в составе ГУИ, плата видео в компьютере; наличием новых связей между новыми и остальными блоками соответственно в составе телекамеры и компьютера, а также дополнительными жилами кабеля в линии связи.
Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.
В заявляемом решении необходимое для рекурсивной фильтрации суммирование прямого и задержанного видеосигналов производится с выигрышем в отношении сигнал/шум за счет снижения шумовой составляющей.
По техническому результату и методу его достижения предлагаемое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства телевизионной системы, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 приведена функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС; на фиг.3 - пример выполнения электрической схемы коммутатора в составе телекамеры; на фиг.4 - пример реализации электрической схемы ФИ в составе телекамеры; на фиг.5 представлена временная диаграмма, поясняющая работу ФИ и телекамеры; на фиг.6 схематически представлено взаимное расположение интервалов накопления матрицей ПЗС в смежных кадрах (полукадрах); на фиг.7 приведена иллюстрация процесса антиблюмингового стока в матрице ПЗС.
Телевизионная система для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм, см. фиг.1, имеет в своем составе на передающей стороне телекамеру в позиции 1, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1-1 и матрицу 1-2 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции 1-2-1, секции памяти 1-2-2, горизонтального регистра 1-2-3 и БПЗН 1-2-4, а также ГУИ 1-3, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера 1-3-1 и первого ПУ 1-3-2, последовательно включенных ФИ 1-3-4 и второго ПУ 1-3-3; сигнальный процессор 1-4, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН 1-2-4 матрицы ПЗС, а выход является выходом «Видео» телекамеры, RS-триггер 1-5, причем S-вход RS-триггера 1-5 является входом «Пуск» телекамеры, а R-вход RS-триггера 1-5 - входом «Стоп» телекамеры; счетчик-делитель 1-6 и коммутатор 1-7; на приемной стороне - компьютер в позиции 2, причем на материнской плате компьютера в разъем расширения установлена плата видео, а между приемной и передающей сторонами проложена линия связи в позиции 3, обеспечивающая по жилам кабеля трансляцию управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» с компьютера 2 на телекамеру 1 и сигнала «Видео» с телекамеры 1 на компьютер 2; при этом в телекамере 1 управляющие входы фотоприемной секции 1-2-1 матрицы ПЗС подключены к первому выходу ПУ 1-3-2, второй выход которого подключен к управляющим входам горизонтального регистра 1-2-3 матрицы ПЗС, а выход ПУ 1-3-3 - к управляющим входам секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС; второй выход временного контроллера 1-3-1 подключен к тактовому входу сигнального процессора 1-4, третий выход временного контроллера - соответственно к тактовому входу RS-триггера 1-5, входу счетчика-делителя 1-6 и к первому управляющему входу ФИ 1-3-4, а четвертый выход временного контроллера 1-3-1 - к тактовому входу ФИ 1-3-4; выход счетчика-делителя 1-6 подключен ко второму управляющему входу ФИ 1-3-4, третий управляющий вход которого подключен к прямому выходу RS-триггера 1-5 и соответственно к первому управляющему входу коммутатора 1-7 и к первому управляющему входу временного контроллера 1-3-1, второй управляющий вход которого подключен к выходу коммутатора 1-7, второй управляющий вход которого подключен к выходу счетчика-делителя 1-6; при этом выход видеосигнала платы видео в компьютере 2 является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.
Матрица 1-2 ПЗС является сенсором видеосигнала в телекамере 1, а по схемотехническому исполнению (см. фиг.2) имеет организацию «строчно-кадровый перенос» [2, с.42]. В зарубежной литературе, например [3, с.13 5-137] такую организацию ПЗС называют «кадрово-строчный перенос».
Сама система управления переносом в матрице ПЗС может быть двухфазной, трехфазной или четырехфазной в зависимости технологических особенностей производства фотоприемника.
Реализация строчно-кадрового переноса в сенсоре означает, что на кристалл матрицы ПЗС прототипа, имеющей организацию «строчный перенос», добавлена секция памяти 1-2-2, которая располагается между фотоприемной секцией 1-2-1 и горизонтальным регистром 1-2-3.
Фотоприемная секция 1-2-1 новой матрицы ПЗС имеет типовую конструкцию для матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Она обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в столбцы. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр, отделенный от фотодиодов фотозатвором. Во время накопления зарядовых пакетов в фотодиодах на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах.
Фотоприемная секция 1-2-1, как и у прототипа, снабжена электронным затвором, выполняющим электронную регулировку чувствительности путем управления временем накопления зарядовых носителей в течение кадрового периода. По сути, электронный затвор является затвором антиблюминговой (стоковой) области GA, технологически выполненной в фотоприемной секции матрицы ПЗС, как показано на фиг.7.
Если на затвор GA подается высокий уровень импульсного смещения, потенциальный барьер снимается, затвор открывается, а на фомишени исключается процесс накопления фотоэлектронов. Носители зарядов, не задерживаясь в потенциальных ямах под фазными электродами, например под шинами Ф2Н при трехфазной организации переноса, устремляются в более глубокие ямы, создаваемые потенциалом DA стоковой области, а далее рекомбинируют в подложку фотоприемника (см. фиг.7б). Когда на затвор GA матрицы ПЗС подается нижний уровень импульсного смещения, закрывая его, реализуется режим накопления с сокращенным внутри кадра временем сбора носителей (см. фиг.7а).
Зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 1-2-1 в промежутке интервала обратного хода кадровой развертки переносятся в секцию 1-2-2, а оттуда в последующем интервале прямого хода по кадру построчно переносятся в горизонтальный регистр 1-2-3. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через БПЗН 1-2-4, образуя на выходе «Видео» фотоприемника электрический видеосигнал.
Генератор управляющих импульсов (ГУИ) 1-3 предназначен для осуществления развертки в матрице 1-2 ПЗС и формирования служебных импульсов для сигнального процессора 1-4. Как и в прототипе, в состав ГУИ 1-3 входят видеоконтроллер 1-3-1 и преобразователь уровней (ПУ) 1-3-2, которые могут быть выполнены в виде комплекта из двух больших интегральных схем (БИС).
Если, например, видеоконтроллер 1-3-1 выполнен в виде микросхемы CXD2463R фирмы Sony [4], то его первым управляющим входом является вывод 20 этой микросхемы. Поэтому, чтобы включить автоматическую регулировку времени накопления (АРВН) в телекамере, нужно подать на этот вывод логический «0», а для перехода в режим ручного управления экспозицией - логическую «1» в уровнях ТТЛ.
Второй управляющий вход временного контроллера 1-3-1, как и в прототипе, образуют выводы 11, 12, 13 микросхемы CXD2463R. Для работы телекамеры в режиме АРВН эти выводы должны «висеть в воздухе», т.к. на них с помощью высокоомных резистивных делителей поданы соответствующие потенциалы в диапазоне 1,3-3,5 Вольт. Когда необходимо переключение восьми значений фиксированных экспозиций в диапазоне от 10 мкс. до 10 мс, то на них должны быть поданы кодовые комбинации из нулей («0») и единиц («1»), указанные в приведенной ниже табл.1.
Отметим, что комбинация «000» определяет самую короткую длительность накопления, а комбинация «111» - самую длинную. Установка всех этих кодовых комбинаций выполняется в коммутаторе 1-7.
Возможная электрическая схема блока 1-7 (см. фиг.3) содержит первый элемент «И» 1-7-1, второй элемент «И» 1-7-2, третий элемент «И» 1-7-3, первый элемент «ИЛИ» 1-7-4, второй элемент «ИЛИ» 1-7-5, третий элемент «ИЛИ» 1-7-6, первый коммутатор 1-7-7, второй коммутатор 1-7-8 и третий коммутатор 1-7-9. Необходимая кодовая комбинация - код экспозиции, определяющая длительность экспозиции фотоприемника телекамеры 1, устанавливается на компьютере 2 и транслируется в ТТЛ-уровнях по линии связи 3 на вторые входы элементов «ИЛИ» 1-7-4, 1-7-5 и 1-7-6. Этот же двоичный код на выходе коммутаторов 1-7-7, 1-7-8 и 1-7-9 является выходом для блока 1-7.
Отметим, что в исходном (начальном) состоянии блока 1 -7 на его входе кода присутствует логическая комбинация «000».
При подаче высокого логического уровня от блока 1-5 на входы разрешения коммутаторов 1-7-7, 1-7-8, 1-7-9 и высокого логического уровня сигнала от блока 1-6 на выходе коммутатора 1-7 формируется логическая комбинация «111».
Если же при наличии на входах разрешения коммутаторов 1-7-7, 1-7-8, 1-7-9 логической «1», от блока 1-6 будет подан сигнал логического «0», на выходе блока 1-7 установится комбинация «000».
Если на входы разрешения коммутаторов 1-7-7, 1-7-8 и 1-7-9 будет подан низкий логический уровень, тогда, независимо от состояния на входах элементов «И» 1-7-1, 1-7-2, 1-7-3 и кодовой комбинации на входе, выходы коммутаторов будут изолированы от входов.
Вводимый в состав ГУ И 1-3 формирователь импульсов (ФИ) 1-3-4 предназначен для осуществления логического управления работой секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС. Применительно к трехфазной системе управления фотоприемником электрическая схема ФИ 1-3-4 (см. фиг.4) может быть выполнена на цифровых микросхемах DD1 (три элемента «И»), DD2 (один D-триггер), DD3 (три элемента «НЕ») и DD4 (один элемент «ИЛИ»). Очевидно, что устройство ФИ 1-3-4 может быть выполнено в составе БИС временного контроллера 1-3-1.
На первый управляющий вход ФИ 1-3-4 подаются с третьего выхода временного контроллера 1-3-1 кадровые импульсы (см. фиг.5а), на второй управляющий вход ФИ 1-3-4 поступают импульсы с выхода счетчика-делителя 1-6 (см. фиг.5б), а на третьем управляющем входе ФИ 1-3-4 присутствует низкий или высокий логический уровень с прямого выхода RS-триггера 1-5 (см. фиг.5в).
ПУ 1-3-3 обеспечивает преобразование логических уровней сигналов с выходов ФИ 1-3-4 в управляющие импульсы для секции 1-2-2. Устройство второго ПУ 1-3-3 может быть реализовано в составе БИС первого ПУ 1-3-2.
Объектив 1-1, сигнальный процессор 1-4, RS-триггер 1-5 и счетчик-делитель 1-6 по схемотехническому выполнению не отличаются от аналогичных блоков прототипа.
Добавим, что RS-триггер 1-5 является тактируемым триггерным устройством RS-типа с высоким активным уровнем на входах управления. Счетчик-делитель 1-6 предназначен для выполнения деления частоты кадровых импульсов на два, т.е. с 50 Гц до 25 Гц применительно к телевизионному стандарту - ГОСТ 7845-92.
к
к
В качестве блока 2 предлагаемой телевизионной системы может быть использован персональный компьютер, на материнской плате которого в разъем расширения дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования входного аналогового видеосигнала в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала в оперативную память с периодом 2Т, и вывода из нее с периодом Т, при этом выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.
Операции ввода цифрового видеосигнала в оперативную память и вывода из нее выполняются на плате видео при условии, когда с компьютера на телекамеру подана команда «Пуск». В исходном состоянии или при возврате телекамеры в исходное состояние командой «Стоп» с компьютера эти операции блокируются, а выходным сигналом системы становится видеосигнал телекамеры, получивший лишь аналого-цифровое преобразование.
Формирование управляющего сигнала «Код экспозиции» может быть выполнено также на плате видео или на ранее установленной в компьютере плате управления, обеспечивающей для прототипа подачу в телекамеру управляющих сигналов «Пуск» и «Стоп». Целесообразно осуществить подачу всех команд управления через унифицированный интерфейс, например, RS-232. Отметим, что выбор всех команд управления в предлагаемом решении телевизионной системы осуществляется с клавиатуры компьютера и/или при помощи компьютерной мыши.
Способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм осуществляется следующим образом. При изложении воспользуемся структурной схемой телевизионной системы, изображенной на фиг.1, а также электрической схемой ФИ 1-3-4 в составе телекамеры, представленной на фиг.4 и временными диаграммами, показанными на фиг.5.
Предположим, что расположенная в поле зрения телекамеры 1 интерфенционная картина объекта находится в идеально статическом положении, не испытывая случайных колебаний за счет вибрации и других регулярных механических воздействий низкой частоты. При этом допустим, что внешнее управление для телекамеры отсутствует, т.е. на всех входах управления («Пуск», «Стоп», «Код экспозиции») только логические «0».
На прямом выходе RS-триггер 1-5 присутствует сигнал логического «0». Поэтому уровень логического «0» устанавливается на первом управляющем входе временного контроллера 1-3-1 и на третьем управляющем входе ФИ 1-3-4. Поэтому поступающие на тактовый вход ФИ 1-3-4 с четвертого выхода временного контроллера 1-3-1 фазные импульсы Ф1П, Ф2П и Ф3П (см. эпюры на фиг.5д, 5е, 5ж) беспрепятственно проходят на выход. В результате обеспечивается известный режим работы фотоприемника 1-2 и самой телекамеры 1.
Пусть при этом телекамера работает в режиме прогрессивной развертки, а освещенность объекта контроля позволяет установить время накопления матрицы ПЗС, обеспечивающее получение видеосигнала с максимальным отношением сигнал/шум.
к
∂
к
Тогда реализованная в сигнальном процессоре 1-4 автоматическая регулировка времени накопления (АРВН) фотоприемника установит максимальную величину текущей экспозиции, т.е. длительность накопления зарядов составит 10000 мкс. При этом временной контроллер 1-3-1 формирует на третьем выходе кадровые импульсы с периодом Т, а счетчик-делитель 1-6 - выполняет деление входной частоты на два, формируя на выходе меандр с периодом T=2Т.
Пусть на объекте контроля возникает низкочастотное механическое воздействие. Тогда в формируемом видеосигнале неизбежно появляется смаз, а в наблюдаемом с экрана монитора компьютера 2 изображении заметно ухудшается его качество за счет снижения отношения сигнал/шум.
Для выполнения задачи изобретения на S-вход RS-триггера 1-5 телекамеры с компьютера подается импульс положительной полярности. В момент совпадения высокого уровня этого импульса с высоким уровнем кадровых синхроимпульсов на его тактовом входе состояние триггера изменяется. На прямом выходе триггера 1-5 устанавливается сигнал логической «1».
Последний подается на первый управляющий вход временного контроллера 1-3-1 и на третий управляющий вход ФИ 1-3-4. Поэтому схема АРВН отключается, а второй управляющий вход временного контроллера 1-3-1 оказывается подключенным к выходу коммутатора 1-7.
Одновременно на выходе элемента DD1 ФИ 1-3-4 (см. фиг.4) вместо низкого логического уровня устанавливается импульсный сигнал (см. фиг.5г). Во время действия высокого уровня этого импульса обеспечивается низкий уровень выходных сигналов Ф1П и ФЗП и высокий уровень выходного сигнала Ф2П (см. фиг.5з, 5и, 5к). Благодаря этому в секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС будут суммироваться зарядовые пакеты двух смежных кадров.
С другой стороны, при подключении второго управляющего входа временного контроллера 1-3-1 к выходу блока 1-7 на этом входе на время действия низкого уровня меандра импульсов с выхода блока 1-6 устанавливается логическая комбинация «000», обеспечивающая длительность кадрового накопления зарядов в фотоприемнике, равной 10 мкс. -
(см. табл.1). Когда же с выхода блока 1-6 будет подан высокий уровень меандра импульсов, тогда на это время на втором управляющем входе временного контроллера 1-3-1 установится логическая комбинация «111», гарантирующая время накопления матрицы ПЗС 10000 мкс. - (см. табл.1).
Поэтому суммируемые в секции памяти 1-2-2 матрицы ПЗС зарядовые пакеты являются смежными кадрами соответственно для «длинного» и «короткого» накопления по времени.
к
В результате горизонтальный регистр 1-2-3 и БПЗН 1-2-4 матрицы ПЗС будет построчно и поэлементно считывать информационный (полезный) видеосигнал рекурсивной фильтрации с периодом 2Т, а в паузе между ними - только бесполезный уровень темнового тока в секции 1-2-2 фотоприемника. На выходе сигнального процессора 1-4 композитный видеосигнал, подаваемый на выход «Видео» телекамеры (см. фиг.5л), сохраняет эти особенности сигнала изображения на выходе матрицы ПЗС.
Аналоговый видеосигнал телекамеры по линии связи 3 поступает в компьютер на плату видео, где каждый информационный видеокадр сначала оцифровывается, а затем записывается (вводится) в оперативную память и хранится в ней в течение одного кадра. Считывание (вывод) из оперативной памяти сигнала изображения производится с периодом кадров, т.е. пропуски видеосигнала исключены.
По отношению к прототипу в заявляемом решении отношение сигнал/шум для регистрируемого видеосигнала в
раз выше, т.к. его шумовая составляющая
раз ниже.
Необходимо отметить, что в данном решении осуществляется взвешенное суммирование видеосигналов, которое фиксирует и различные состояния процесса накопления информационных зарядов во времени. Временные «центры тяжести» суммируемых видеосигналов (они помечены на фиг.6 кружками с заливкой) могут регулироваться относительно друг друга за счет управления длительностью накопления «короткого» сигнала.
Пунктирная линия со стрелкой на фиг.6б показывает возникающее изменение диаграммы экспонирования по времени. Поэтому следует считать возникающее управление дополнительным «вкладом» в регулировку рекурсивности фильтруемого изображения.
Временное смещение «центров тяжести» суммируемых видеосигналов, как и у прототипа, является управляемым. Но, выбирая с компьютера необходимый код посылки, в настоящем решении можно удобно и безошибочно регулировать искомую длительность накопления
(см. табл.1). В результате обеспечивается оптимизация видеосигнала записи, благодаря осуществляемому с компьютера точному регулированию степени рекурсивности фильтруемого сигнала изображения.
к
Предположим, что телекамера работает в режиме чересстрочной развертки. Тогда на третьем выходе временного контроллера 1-3-1 формируются импульсы с периодом полукадров Т, а в фотоприемной секции 1-2-1 матрицы ПЗС будет реализовано «длинное» и «короткое» накопление информационных зарядов в смежных полукадрах, которые затем с частотой полукадров будут перенесены в секцию памяти.
В остальном работа телекамеры и в целом телевизионной системы не отличается от изложенной выше работы в режиме прогрессивной развертки.
При необходимости возвращения телекамеры в исходный режим работы следует подать с компьютера импульс положительной полярности на вход R-вход RS-триггера 1-5. При совпадении высокого уровня этого импульса с высоким уровнем тактовых импульсов состояние триггера изменяется. На прямом выходе RS-триггера 1-5 установится сигнал логического «0», а в телекамере будет восстановлено функционирование схемы АРВН. Одновременно на плате видео компьютера для входного видеосигнала будет выполняться его аналого-цифровое преобразование, но будут блокироваться операции ввода/вывода сигнала изображения в оперативную память.
По сравнению с прототипом, предлагаемый способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм обеспечивает за счет роста отношения сигнал/шум телекамеры повышенное качество компьютерной записи видеосигнала, сопровождающееся улучшением труда оператора.
В настоящее время все блоки структурной схемы телевизионной системы, реализующей предлагаемый способ, освоены отечественной промышленностью. Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2011109767/07(014196) от 23.12.2011, МПК H04N 5/225, 7/18. Способ формирования сигнала изображения интерферограмм и устройство для его осуществления / В.М. Смелков; заявитель - В.М. Смелков.
2. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. - С.-Пб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.
3. Владо Дамьяновски. СТУ. Библия видеонаблюдения, Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.
4. Микросхема CXD2463R фирмы Sony. Timing Controller for CCD Camera. Инструкция для пользователя на английском языке, с.1-12.