Способ рекурсивной фильтрации видеосигнала на базе "кольцевого" фотоприёмника КМОП
METHOD FOR RECURSIVE FILTERING OF A VIDEO SIGNAL BASED ON A "RING" CMOS PHOTODETECTOR

Предлагаемое изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах анализа интерферограмм, в которых в качестве датчиков видеосигнала применены цифровые «кольцевые» фотоприемники, изготовленные по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП).
r
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ рекурсивной фильтрации видеосигнала [1], заключающийся в том, что в телевизионной камере датчиком видеосигнала является фотоприемник, имеющий форму кругового кольца, изготовленный по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), содержащий на общем «кольцевом» кристалле последовательно связанные между собой зарядовой связью «кольцевую» мишень, «кольцевой» регистр сдвиги и блок преобразования «заряд - напряжение «(БПЗН), при этом линейки светочувствительных элементов и линейки экранированных от света элементов для этой «кольцевой» мишени расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем площадь светочувствительных элементов и соответственно площадь экранированных элементов на «кольцевой» мишени сенсора от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сдвига, при этом период импульсов T на управляющем входе БПЗН сенсора, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала, определяется из соотношения:
р
где Т - период считывания элемента в фотоприемнике;
m
n - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в фотоприемнике, равна отношению:
1
где Δ - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в фотоприемнике;
m
Δ - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике;
принудительно реализуют в фотоприемнике «длинное» и «короткое» накопление информационных зарядов в смежных кадрах; формируют на выходе фотоприемника мультиплексный сигнал изображения, формируют на выходе «видео» телевизионной камеры мультиплексный телевизионный сигнал, который транслируют на вход «видео» компьютера, осуществляют в компьютере демультиплексирование видеосигнала путем выполнения в нем задержки входного мультиплексного телевизионного сигнала на кадр и реализации взвешенного суммирования прямого и задержанного видеосигналов за счет дистанционного выбора с компьютера для этой задержанной составляющей видеосигнала оптимальной длительности «короткой» экспозиции «кольцевого» фотоприемника ПЗС в телевизионной камере; выполняют в компьютере электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора.
В прототипе [1] непосредственно в «кольцевом» ПЗС-фотоприемнике, оперируя изображениями интерферограмм оптических изделий в зарядовой форме, полученных путем рекурсивной фильтрации видеосигнала, реализуют усреднение случайных колебаний «кольцевого» объекта контроля, имеющего форму кругового цилиндра или кругового кольца. Для прямой составляющей выходного сигнала изображения типовой интервал накопления фотоприемника максимален и соответствует реакции однозвенного рекурсивного фильтра видеосигнала на его выходе. Регулировка же степени его фильтрации достигается за счет управления временем накопления в сторону уменьшения применительно к задержанной составляющей видеосигнала фотоприемника.
Недостатком прототипа [1] является снижение точности реализации операции рекурсивной фильтрации сигнала изображения при пониженной освещенности объекта контроля из-за нехватки чувствительности телевизионной камеры, выполненной на базе фотоприемника ПЗС.
Посмотрим на проблему чувствительности телевизионной камеры системы со стороны последних достижений в технологической реализации самого фотоприемника.
Известно, [см. 2, с. 65], что емкость плавающей диффузионной области - выходного блока современных матричных ПЗС, в котором осуществляется считывание заряда, составляет величину порядка 0,01 пФ. Это соответствует коэффициенту преобразования в 15…25 мкВ напряжения видеосигнала на один электрон зарядового сигнала.
В фотоприемнике КМОП [см. там же 2, с. 65] емкость считывания обычно того же порядка, однако применение активного усилителя (докоммутационного усиления) позволяет добиться эквивалентного коэффициента преобразования на порядок больше, чем у ПЗС - до 250 мкВ/е.
Задачей изобретения является повышение точности реализации рекурсивной фильтрации путем повышения чувствительности телевизионной камеры за счет применения в ее составе «кольцевого» фотоприемника цифрового типа, выполненного по технологии КМОП, используя коэффициент усиления прибора в качестве параметра регулировки степени фильтрации.
При этом гарантируется повышенная степень интеграции самой телевизионной камеры, т.к. технология КМОП потенциально позволяет разместить на общем кристалле и необходимое электронное «обрамление» для фотоприемника.
m
т
т
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе рекурсивной фильтрации видеосигнала, заключающемся в том, что в телевизионной камере световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют на мишень «кольцевого» датчика видеосигнала - фотоприемника, принудительно реализуют в фотоприемнике накопление информационных зарядов и формирование в смежных кадрах различных по уровню сигналов изображения с величиной размаха видеосигнала соответственно «максимальный» и «уменьшенный», формируют на выходе фотоприемника мультиплексный сигнал изображения, формируют на выходе «видео» телевизионной камеры мультиплексный телевизионный сигнал, который транслируют на вход «видео» компьютера, осуществляют в компьютере демультиплексирование видеосигнала путем выполнения в нем задержки входного мультиплексного телевизионного сигнала на кадр и реализации взвешенного суммирования прямого и задержанного видеосигналов по методу рекурсивной фильтрации видеосигнала за счет дистанционного выбора с компьютера для этой задержанной составляющей видеосигнала оптимальной величины размаха в телевизионной камере; выполняют в компьютере электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр видеомонитора, но при этом, в отличие от прототипа [1], в качестве датчика видеосигнала в телевизионной камере используют реализованный согласно техническому решению [3] цифровой «кольцевой» фотоприемник, который выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, и содержит на мишени линейки светочувствительных пикселов, расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь (Δ) от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, а изменение коэффициента усиления К активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора обеспечивает одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, причем коэффициент усиления К активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» фотоприемника изменяется по соотношению:
t
m1
где Aj и A - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей строки считывания в «кольцевом» сенсоре, K - значение коэффициента усиления активного пиксела для первой строки считывания в «кольцевом» сенсоре,
при этом в качестве регулируемого параметра степени рекурсивной фильтрации в телевизионной камере используют не время накопления информационных зарядов в фотоприемнике, а коэффициент усиления в
1
i
где Δ и Δ - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей строки считывания в «кольцевом» сенсоре,
m
m
K - типовое значение коэффициента усиления активного пиксела, при этом в качестве регулируемого параметра степени рекурсивной фильтрации в телевизионной камере используют не время накопления информационных зарядов в фотоприемнике, а коэффициент усиления задержанном кадре К для его активного пиксела, величина которого изменяется в пределах:
где  - максимально допустимое значение коэффициента усиления.
Заявляемый способ отличается условием осуществления следующих признаков (действий), а именно:
• принудительной реализацией в «кольцевом» фотоприемнике (сенсоре) накопления информационных зарядов и формирования в смежных кадрах различных по уровню цифровых сигналов изображения за счет регулировки в цифровой форме коэффициента усиления видеосигнала фотоприемника КМОП;
• формированием на выходе фотоприемника КМОП цифрового мультиплексного видеосигнала, а на выходе телевизионной камеры - мультиплексного телевизионного сигнала в цифровой форме;
• выполнением в компьютере операции демультиплексирования цифрового видеосигнала, которая включает задержку входного мультиплексного путем его записи в оперативную память и взвешенное суммирование прямого и задержанного цифровых видеосигналов по методу рекурсивной фильтрации;
• применением в качестве регулируемого параметра степени рекурсивной фильтрации сигнала изображения коэффициента усиления пиксела фотоприемника КМОП в телевизионной камере путем дистанционного управления его показателем с компьютера пользователя;
• выполнением в компьютере электрического вписывания изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр видеомонитора.
Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемый способ отвечает требованию новизны.
По техническому результату и методу его достижения предлагаемое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ; на фиг. 2а приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника КМОП; на фиг. 2б - подробности этой организации применительно к отдельно взятому»радиальному» столбцу, на фиг. 3 - пример выполнения электрической схемы коммутатора в составе телевизионной камеры; на фиг. 4 показана функциональная схема устройства платы видео, устанавливаемой, например, в свободный PCI-слот на материнской плате стационарного компьютера; на фиг. 5 показан внешний вид тест-таблицы, которая, как и у прототипа [1], предназначена для оценивания эффекта рекурсивной фильтрации; на фиг. 6 - иллюстрация поставленной задачи по электрическому вписыванию «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора.
Устройство, реализующее предлагаемый способ компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм на базе матричного фотоприемника КМОП, см. фиг. 1, содержит на передающей стороне телевизионную камеру в позиции 1, состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных объектива 1-1 и датчика 1-2 цифрового телевизионного сигнала, а также RS-триггера 1-3, селектора 1-4 синхроимпульсов, счетчика-делителя 1-5, коммутатора 1-6 и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 1-7; на приемной стороне - компьютер в позиции 2, а между сторонами - линию связи в позиции 3, причем выход «Видео» датчика 1-2, являющийся выходом «Видео» телевизионной камеры, подключен к входу селектора 1-4 синхроимпульсов, выход которого подключен к тактовому входу RS-триггера 1-3 и соответственно к входу последовательно соединенных счетчика-делителя 1-5 и коммутатора 1-6, первый управляющий вход которого, соединенный с первым управляющим входом датчика 1-2, подключен к прямому (Q) выходу RS-триггера 1-3; второй управляющий вход датчика 1-2 подключен к выходу ЦАП 1-7, вход которого подключен к выходу коммутатора 1-6, второй управляющий вход которого, а также S-вход и R-вход RS-триггера 1-3 являются входами «Управление» телевизионной камеры, которые через жилы кабеля линии связи 3 подключены к соответствующим выходам сигналов управления на компьютере 2; а выход цифрового мультиплексного видеосигнала с выхода «Видео» телевизионной камеры транслируется по жилам кабеля линии связи 3 на вход «Видео» компьютера 2.
На фиг. 1 позицию 4 занимает тест-таблица, при помощи которой, как и в прототипе [1], может осуществляться проверка работоспособности и тестирование устройства.
«Кольцевой» фотоприемник 1-2 телевизионной камеры (см. фиг. 2а) выполнен согласно изобретению [3] и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 1-2-1, «кольцевой» регистр 1-2-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-4.
Как показано на фиг. 2а, активные пикселы на мишени фотоприемника объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.
m
Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 2б) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 с коэффициентом усиления K для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 1-2-1-3.
«Кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 1-2-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 1-2-3-2.
Отметим, что показанная на фиг. 3 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 4 - латинской буквы L - являются условными. На практике электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, могут быть выполнены совершенно иначе, например, с геометрической формой в виде части кругового кольца.
Управление АЦП 1-2-1-3 пиксела, как и всех остальных пикселов мишени, осуществляется с управляющего входа «кольцевого» мультиплексора 1-2-4. передающего сигнал управления с соответствующего выхода «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки.
Видеосигнал с выхода каждого АЦП 1-2-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 1-2-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 1-2-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 1-2-3-2, а затем транслируется по ней на выход «кольцевого» фотоприемника.
Отметим, что на фиг. 2а пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 1-2-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки. То, что здесь, как и на фиг. 2б, изображены лишь четыре строчные шины - является условностью чертежа. На самом деле число шин 1-2-1-4 соответствует показателю действительного числа «кольцевых» строк в этом сенсоре.
Поясним дополнительно на фиг. 2а и другое. Стрелки с непрерывными линиями отмечают передачу сигнала изображения в сенсоре по «радиальным» шинам видео 1-2-1-5 в направлении к «кольцевому» коммутатору 1-2-3 видеосигналов.
В результате в «кольцевом» растре последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой «кольцевой» строки и последовательно строка за строкой для мишени в целом формируется в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала фотоприемника.
Благодаря принятой для изготовления «кольцевого» сенсора видеосигнала технологии КМОП, обеспечивается возможность интегрировать на один общий кристалл не только фотоприемник с АЦП для каждого активного пиксела, но и блоки цифровой развертки телевизионной камеры.
Реализация такого решения обеспечивает существенное снижение общего энергопотребления телевизионной камеры.
Особенностью датчика 1-2 телевизионного сигнала в предлагаемом решении является наличие первого и второго управляющих входов. Если необходимо включить автоматическую регулировку усиления (АРУ) фотоприемника, нужно подать (в уровнях ТТЛ) на первый управляющий вход сигнал логического нуля («0»), а для переключения в режим ручного управления коэффициентом усиления - сигнал логической единицы. («1»).
Второй управляющий вход датчика 1-2 обеспечивает подачу на фотоприемник (в нашем решении) аналогового сигнала с выхода ЦАП 1-7 в соответствии со значениями, которые приведены ниже в табл. 1.
BX
Пусть блок 1-7 выполнен по схеме четырехразрядного ЦАП лестничного типа [см. 4, с. 351-353], а величина его входного напряжения U составляет 3,75 В.
Тогда переход к каждому следующему двоичному числу из приведенной в табл.1 счетной последовательности на входах приводит к увеличению аналогового выходного сигнала на 0,25 В.
Входное напряжение ЦАП 1-7 выбрано равным 3,75 не случайно, поскольку эта величина очень близка к выходному напряжению счетчиков и других ИС семейства ТТЛ.
Следует отметить, что принципиально возможно и желательно не аналоговое управление в датчике 1-2 коэффициентом усиления фотоприемника, а цифровое.
Тогда задача реализации цифрового управления коэффициентом усиления сенсора становится задачей программиста. Приводимые же здесь данные о показателях соответствующих аналоговых сигналов (см. табл. 1 и табл. 2) конкретизируют возможность ее успешного выполнения.
т
Напомним, что величина коэффициента усиления К активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» фотоприемника изменяется по соотношению (3).
m
Поэтому расчетные показатели коэффициента усиления «кольцевого» фотоприемника должны быть результатом воздействия его управляющих сигналов (см. табл. 1), учитывая априори изменение К в самом сенсоре по площади кадра от первой до последней строки.
m
В табл. 2, которую следует рассматривать как продолжение табл. 1, «стыкующейся» с ней по вертикали с правой стороны, приведены значения коэффициента К «кольцевого» фотоприемника.
Для упрощения построения самой таблицы они ограничены показателями соответственно для первой, второй, предпоследней и последней строки «кольцевого» сенсора, т.к. для промежуточных строк они следуют с той же закономерностью.
Возможная электрическая схема блока 1-6 (см. фиг. 3) содержит первый элемент «И» 1-6-1, второй элемент «И» 1-6-2, третий элемент «И» 1-6-3, четвертый элемент «И» 1-6-4, первый элемент «ИЛИ» 1-6-5, второй элемент «ИЛИ» 1-6-6, третий элемент «ИЛИ» 1-6-7, четвертый элемент «ИЛИ» 1-6-8, первый коммутатор 1-6-9, второй коммутатор 1-6-10, третий коммутатор 1-6-11 и четвертый коммутатор 1-6-12.
Необходимая кодовая комбинация, определяющая коэффициент усиления видеосигнала фотоприемника телекамеры 1, устанавливается на компьютере 2 и транслируется в ТТЛ-уровнях по линии связи 3 на вторые входы элементов «ИЛИ» 1-6-5, 1-6-6, 1-6-7 и 1-6-8.
Этот же двоичный четырехразрядный код на выходе коммутаторов 1-6-9, 1-6-10, 1-6-11 и 1-6-12 является выходом для блока 1-6.
Отметим, что в исходном (начальном) состоянии блока 1-6 на его входе кода присутствует логическая комбинация «0000».
Если на входы разрешения коммутаторов 1-6-9, 1-6-10, 1-6-11 и 1-6-12 будет подан низкий логический уровень, тогда, независимо от состояния на входах элементов «И» 1-6-1, 1-6-2, 1-6-3, 1-6-4 и кодовой комбинации на входе, выходы коммутаторов будут изолированы от входов.
RS-триггер 1-3 является тактируемым триггерным устройством RS-типа с высоким активным уровнем на входах управления.
Селектор 1-4 синхроимпульсов предназначен для выделения из композитного видеосигнала на входе сигнала синхронизации приемника (ССП) с последующим формированием на выходе кадрового синхронизирующего импульса (КСИ).
Счетчик-делитель 1-5 предназначен для выполнения деления частоты импульсов КСИ на два.
Тест-таблица 4, представленная на фиг. 5, выполнена на бумаге и установлена на вибростенде, обеспечивающем вибрационные смещения в плоскости, параллельной плоскости мишени фотоприемника датчика 1-2.
Таблица 4 содержит расходящиеся в радиальных от центра направлениях черные штрихи, имеющие форму трапеции. Два белых треугольника таблицы являются реперами, позволяющими осуществить оператору настроечную операцию по оптическому вписыванию «кольцевого» теста в компьютерный монитор, имеющий формат экрана 4:3 или 16:9.
На фиг. 4 изображена функциональная схема платы видео, устанавливаемой в свободный PCI-слот на материнской плате стационарного компьютера или в mini PCI-слот ноутбука.
При разработке платы видео должно быть выполнено главное и обязательное условие, а именно: она должна быть согласована по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера.
На вход «Видео» платы поступает цифровой мультиплексный видеосигнал с телевизионной камеры, а на выходе «Видео» платы формируется рекурсивно отфильтрованный цифровой видеосигнал, предназначенный для записи на жесткий диск компьютера.
В нашем примере на плате видео при непосредственном участии компонентов материнской платы и по компьютерной программе реализуются следующие сигнальные операции:
• Задержка входного цифрового видеосигнала на кадр;
• Взвешенное суммирование прямого и задержанного видеосигналов;
m
• Формирование для телевизионной камеры управляющего четырехразрядного двоичного сигнала «Код коэффициента усиления K;
• Формирование для телевизионной камеры управляющих однократных импульсов «Пуск» и «Стоп»;
• Электрическое вписывание «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора.
Все команды для управления телевизионной камерой и для реализации взвешенного суммирования видеосигналов выполняются с клавиатуры компьютера и/или с компьютерной мыши.
Приведенная на фиг. 4 постановка задач по выполнению функциональных действий в ЭВМ, реализуемых программным путем, которые необходимы для осуществления заявляемого способа рекурсивной фильтрации видеосигнала, является, по сути, функциональной схемой платы видео.
Отметим, что операция задержки цифрового видеосигнала и операция взвешенного суммирования прямого и задержанного цифровых видеосигналов выполняются на плате видео при условии, когда с компьютера на телевизионную камеру подана команда «Пуск».
В исходном состоянии или при возврате телевизионной камеры в исходное состояние командой «Стоп» с компьютера операции задержки и суммирования на плате видео блокируются, а выходным сигналом «Видео» платы становится видеосигнал, поступающий непосредственно с телевизионной камеры.
Заметим, что в компьютерной программе по реализации электрического вписывания «кольцевого» кадра в прямоугольный растр монитора, как и в прототипе [1], должно быть реализовано соблюдение последовательности передачи телевизионных строк, как показано на фиг.6.
Способ рекурсивной фильтрации видеосигнала на базе «кольцевого» фотоприемника КМОП (см. фиг. 1) осуществляется следующим образом.
Предположим, что расположенная в поле зрения телевизионной камеры 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 «Управление» присутствуют логические «0».
Тогда автоматическая регулировка усиления (АРУ) видеосигнала фотоприемника установит распределение коэффициентов усиления активных пикселов сенсора по строкам, представленное в первой (после заголовка) строке табл. 2.
Пусть далее на объекте контроля возникает низкочастотное механическое воздействие. В результате в формируемом видеосигнале неизбежно появляется смаз, а в наблюдаемом с экрана монитора компьютера 2 изображении тест-таблицы 4 заметно снижается его качество.
Для выполнения задачи изобретения на S-вход RS-триггера 1-3 телевизионной камеры 1 с компьютера 2 подается импульс положительной полярности. В момент совпадения высокого уровня этого импульса с высоким уровнем кадровых синхроимпульсов на его тактовом входе CLC состояние триггера изменяется.
На прямом выходе (Q) триггера 1-3 устанавливается сигнал логической единицы («1»). Последний подается на первый управляющий вход блока 1-6 и на первый управляющий вход датчика 1-2. Поэтому схема АРУ в датчике 1-2 отключается, а его второй управляющий вход оказывается подключенным к выходу блока 1-6.
к
Отметим, что независимо от этой коммутации селектор 1-4 синхроимпульсов продолжает выделять на выходе кадровые импульсы, а на выходе счетчика-делителя 1-5 формируются импульсы с периодом Т.
При этом на время действия низкого уровня меандра импульсов с выхода блока 1-5 на втором управляющем входе датчика 1-2 устанавливается любая логическая комбинация, которая предлагается оператором компьютера для выполнения рекурсивной фильтрации видеосигнала.
m1
m1
1
2
m1
1
n-1
m1
1
n
Если, например (см. табл. 1), оператор компьютера подаст в телевизионную камеру код управления «0001», тогда на выходе ЦАП 1-1-7 будет сформирован аналоговый сигнал с уровнем 0,25 В, а коэффициент усиления видеосигнала фотоприемника составит: 0,066K - для первой строки; 0,066K Δ/Δ - для второй строки; соответственно 0,066K Δi/Δ - для предпоследней строки и 0,066K Δ/Δ - для последней строки (см. табл. 2).
m1
m1
1
2
m1
1
n-1
ml
1
n
Если же оператор направит управляющий код «0010», тогда величина сигнала на выходе ЦАП 1-7 уже будет 0,50 В, а коэффициент усиления фотоприемника увеличится до уровня 0,133K - для первой строки; 0,133K Δ/Δ - для второй строки; 0,133K Δ/Δ - для предпоследней строки и 0,133K Δ/Δ - для последней строки соответственно.
И так далее, с шагом управляющего сигнала в 0,25 В для пропорционального увеличения величины видеосигнала на выходе.
Когда же с выхода блока 1-5 будет подан высокий уровень меандра импульсов, тогда на это время на втором управляющем входе датчика 1-2 установится логическая комбинация «1111», гарантирующая предельно высокие показатели, а именно:
m1
m1
1
2
m1
1
n-1
m1
1
n
коэффициент усиления видеосигнала фотоприемника, равный K - для первой строки; K Δ/Δ - для второй строки; соответственно K Δ/Δ - для предпоследней строки и K Δ/Δ - для последней строки (см. нижнюю строку в табл. 2).
В результате завершения фотоэлектрических преобразований датчик 1-2, а, следовательно, и телевизионная камера 1, формируют мультиплексный сигнал изображения.
Далее мультиплексный видеосигнал поступает по линии связи 3 на вход «Видео» платы видео, установленной в разъем расширения на материнской плате компьютера 2.
Т.к. блокировка снята, плата видео реализует возложенные на нее функции задержки входного видеосигнала и взвешенного суммирования видеосигналов.
При необходимости возвращения телевизионной камеры в исходный режим работы следует подать с компьютера импульс положительной полярности на вход R-вход RS-триггера 1-3. Тогда состояние триггера изменится, на прямом его выходе (Q) установится сигнал логического «0», а в датчике 1-2 будет восстановлено функционирование схемы АРУ.
Одновременно для платы видео в компьютере будет восстановлено состояние блокировки функций задержки видеосигнала и взвешенного суммирования. Поэтому на выход «Видео» этой платы будет транслироваться цифровой телевизионный сигнал изображения, который повторяет видеосигнал датчика 1-2.
В заявляемом техническом решении способа рекурсивной фильтрации видеосигнала обеспечивается повышенная точность регистрации интерферограмм путем цифровой регулировки степени самой фильтрации непосредственно в телевизионной камере за счет дистанционного и цифрового управления с компьютера пользователя показателем коэффициента усиления «кольцевого» фотоприемника, выполненного по технологии КМОП.
В настоящее время все блоки структурной схемы устройства на фиг. 1, реализующего предлагаемый способ рекурсивной фильтрации видеосигнала на базе «кольцевого» фотоприемника КМОП освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.
Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2639144. МПК H04N 5/225. Способ рекурсивной фильтрации видеосигнала / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - №35.
2. Березин В.В., Умбиталиев А.А., Фахми Ш.С., Цыцулин А.К. и Шипилов Н.Н. Твердотельная революция в телевидении: Телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле. Под ред. А.А. Умбиталиева и А.К. Цыцулина. - М.: «Радио и связь», 2006.
3. Патент РФ №2694742. МПК G06T 11/00, H04N 5/374, H04N 5/335. Способ формирования цифрового видеосигнала на кристалле сенсора, изготовленном по технологии КМОП / В.М. Смелков // Б.И. - 2019. - №20.
4. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1988.