ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ
TELEVISION SYSTEM FOR COMPUTER RECORDING OF FRINGE PATTERN IMAGE SIGNAL

Предлагаемое изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах анализа интерферограмм, в телевизионных камерах (телекамерах) которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС).
1
2
1
2
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионную систему для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм [1], имеющую в своем составе на передающей стороне телекамеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив и матрицу приборов с зарядовой связью (матрицу ПЗС), состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции, первого горизонтального регистра, первого блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), разделительного электрода, секции памяти, второго горизонтального регистра и второго БПЗН, причем площадь затвора S полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН матрицы ПЗС, выполнена по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, а площадь затвора S аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, при этом S>S, а также генератор управляющих импульсов (ГУИ), сигнальный процессор, блок задержки на кадр (БЗК), RS-триггер, элемент «И», последовательно соединенные по прямому выходу счетчик-делитель и коммутатор, при этом управляющие входы фотоприемной секции и секции памяти матрицы ПЗС подключены к первом выходу ГУИ, второй выход которого подключен к управляющим входам первого и второго горизонтальных регистров матрицы ПЗС, третий, ГУИ подключен к управляющему входу разделительного электрода матрицы ПЗС, четвертый выход ГУИ - к тактовому входу сигнального процессора, а пятый выход ГУИ - к тактовому входу RS-триггера, объединенному с входом счетчика-делителя, выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен к первому информационному входу сигнального процессора, а выход второго БПЗН матрицы ПЗС - ко второму информационному входу сигнального процессора, второй выход которого подключен к входу БЗК, прямой выход RS-триггера подключен соответственно к управляющему входу коммутатора, первому входу элемента «И» и к первому управляющему входу ГУИ, второй управляющий вход которого подключен к выходу коммутатора, второй вход элемента «И» подключен к прямому выходу счетчика-делителя, а выход элемента «И» - к третьему управляющему входу ГУИ, причем S-вход RS-триггера является входом «Пуск» телекамеры, а R-вход RS-триггера - входом «Стоп» телекамеры; на приемной стороне - видеоконтрольный блок и пульт управления (ПУ), а между блоками передающей и приемной стороны системы - линию связи, обеспечивающую трансляцию по жилам кабеля управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» с ПУ на телекамеру и сигнала «Видео» с телекамеры на видеоконтрольный блок.
Для устройства прототипа предполагается наличие следующих признаков:
- в качестве видеоконтрольного блока может быть использован персональный компьютер, например компьютер с операционной системой Windows ХР, в котором установлен аппаратный продукт серии AVerTV [2];
- сигналы управления «Пуск» и «Стоп» могут быть сформированы не в ПУ, а на плате, устанавливаемой в свободный PCI-слот на материнской плате компьютера, с обеспечением вызова этих сигналов с клавиатуры компьютера и/или с использованием компьютерной мыши.
Недостатком прототипа является пониженное качество записи сигнала изображения из-за отсутствия необходимых технологических возможностей при выполнении регулировочных работ по рекурсивной фильтрации видеосигнала, а также сложность самой телекамеры, выполняющей при двухканальном преобразовании «свет-сигнал» формирование на выходе необходимого видеосигнала с рекурсивной фильтрацией.
Задача изобретения - повышение качества записи сигнала изображения путем выполнения всех регулировочных работ по рекурсивной фильтрации видеосигнала с компьютера, а также упрощение самой телекамеры за счет формирования на ее выходе промежуточного мультиплексного видеосигнала с выполнением операции по его демультиплексированию в компьютере.
1
2
1
2
Поставленная задача решается тем, что в заявляемой телевизионной системе для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм 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, первого горизонтального регистра, первого БПЗН, разделительного электрода, секции памяти, второго горизонтального регистра и второго БПЗН, причем площадь затвора S полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН матрицы ПЗС, выполнена по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, а площадь затвора S аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, при этом S>S, а также ГУИ, сигнальный процессор, БЗК, RS-триггер, элемент «И», последовательно соединенные по прямому выходу счетчик-делитель и коммутатор, при этом управляющие входы фотоприемной секции и секции памяти матрицы ПЗС подключены к первому выходу ГУИ, второй выход которого подключен к управляющим входам первого и второго горизонтальных регистров матрицы ПЗС, третий ГУИ подключен к управляющему входу разделительного электрода матрицы ПЗС, четвертый выход ГУИ - к тактовому входу сигнального процессора, а пятый выход ГУИ - к тактовому входу RS-триггера, объединенному с входом счетчика-делителя, выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен к первому информационному входу сигнального процессора, а выход второго БПЗН матрицы ПЗС - ко второму информационному входу сигнального процессора, второй выход которого подключен к входу БЗК, прямой выход RS-триггера подключен соответственно к первому управляющему входу коммутатора, первому входу элемента «И» и к первому управляющему входу ГУИ, второй управляющий вход которого подключен к выходу коммутатора, второй вход элемента «И» подключен к прямому выходу счетчика-делителя, а выход элемента «И» - к третьему управляющему входу ГУИ, причем S-вход RS-триггера является входом «Пуск» телекамеры, R-вход RS-триггера - входом «Стоп» телекамеры, а второй управляющий вход коммутатора - входом «Код экспозиции» телекамеры; на приемной стороне - персональный компьютер, а между блоками передающей и приемной стороны системы -линию связи, обеспечивающую трансляцию по жилам кабеля управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» с компьютера на телекамеру и сигнала «Видео» с телекамеры на компьютер; в телекамеру введены элемент «ИЛИ» и мультиплексор, выход которого является выходом «Видео» телекамеры, первый информационный вход мультиплексора подключен к первому выходу сигнального процессора, второй информационный вход мультиплексора - к выходу БЗК, первый управляющий вход мультиплексора - к выходу элемента «И», а второй управляющий вход мультиплексора - к выходу элемента «ИЛИ», первый вход которого подключен к инверсному выходу RS-триггера, а второй вход элемента «ИЛИ» - к инверсному выходу счетчика-делителя, 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, задержки цифрового видеосигнала на кадр и суммирования прямого и задержанного цифровых видеосигналов, причем в компьютере обеспечивается и формирование управляющего сигнала «Код экспозиции», а в линию связи введены дополнительные жилы кабеля для выполнения соединения выхода 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 заявляемое устройство отличается наличием новых блоков, которыми являются элемент «ИЛИ» и мультиплексор в телекамере, 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 не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.
В предлагаемом решении телекамеры системы фотоприемник, как и в прототипе, обеспечивает двухканальное преобразование «свет-сигнал», но в самой телекамере формируется не искомый сигнал изображения интерферограмм с реализацией функции рекурсивной фильтрации, а промежуточный мультиплексный видеосигнал без потерь качества исходной фотометрии. Демультиплексирование (расшифровка) выходного сигнала телекамеры выполняется в компьютере с использованием цифровых методов и привлечением готовых аппаратных средств, что позволяет упростить телекамеру, обеспечить удобство при выполнении регулировочных работ по рекурсивной фильтрации видеосигнала записи, а также повысить технико-экономические показатели телевизионной системы.
По техническому результату и методу его достижения предлагаемое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой телевизионной системы; на фиг.2 приведена функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС; на фиг.3 показан пример выполнения электрической схемы коммутатора в составе телекамеры; на фиг.4 схематически представлено взаимное расположение интервалов накопления матрицей ПЗС в смежных кадрах (полукадрах); на фиг.5 приведена иллюстрация процесса антиблюмингового стока в матрице ПЗС; на фиг.6 показан пример выполнения электрической схемы мультиплексора; на фиг.7 представлена временная диаграмма, поясняющая работу телекамеры.
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, первого горизонтального регистра 1-2-2, первого БПЗН 1-2-3, разделительного электрода 1-2-4, секции памяти 1-2-5, второго горизонтального регистра 1-2-6 и второго БПЗН 1-2-7; ГУИ 1-3; сигнальный процессор 1-4; RS-триггер 1-5; последовательно соединенные по прямому выходу счетчик-делитель 1-6 и коммутатор 1-7; блок 1-8 задержки на кадр; элемент «И» 1-9, элемент «ИЛИ» 1-10 и мультиплексор 1-11, при этом первый выход ГУИ 1-3 подключен соответственно к управляющим входам секции 1-2-1 и секции 1-2-5, второй выход ГУИ 1-3 - соответственно к управляющим входам горизонтального регистра 1-2-2 и горизонтального регистра 1-2-6, третий выход ГУИ 1-3 - к управляющему входу разделительного электрода 1-2-4, четвертый выход ГУИ 1-3, являющийся выходом служебных импульсов, - к тактовому входу сигнального процессора 1-4, а пятый выход ГУИ 1-3, являющийся выходом кадровых синхроимпульсов (КСИ), - соответственно к тактовому входу RS-триггера 1-5 и к входу счетчика-делителя 1-6; выход БПЗН 1-2-3 подключен к первому информационному входу сигнального процессора 1-4, а выход БПЗН 1-2-7 - ко второму информационному входу сигнального процессора 1-4, первый выход которого подключен к первому информационному входу мультиплексора, а второй выход сигнального процессора 1-4 - через блок 1-8 задержка на кадр - ко второму информационному входу мультиплексора 1-11, первый управляющий вход которого подключен к выходу элемента «И», а второй управляющий вход мультиплексора 1-11 - к выходу элемента «ИЛИ» 1-10, первый вход которого подключен к инверсному выходу RS-триггера 1-5, а второй вход элемента «ИЛИ» 1-10 - к инверсному выходу счетчика-делителя 1-6; прямой выход RS-триггера 1-5 подключен соответственно к первому управляющему входу коммутатора 1-7, первому входу элемента «И» 1-9 и к первому управляющему входу ГУИ 1-3, второй управляющий вход которого подключен к выходу коммутатора 1-7, второй вход элемента «И» 1-9 подключен к прямому выходу счетчика-делителя 1-6, а выход элемента «И» 1-9 - к третьему управляющему входу ГУИ 1-3, причем S-вход RS-триггера 1-5 является входом «Пуск» телекамеры, R-вход RS-триггера 1-5 - входом «Стоп» телекамеры, второй управляющий вход коммутатора 1-7 - входом «Код экспозиции» телекамеры; а выход мультиплексора 1-10 - выходом «Видео» телекамеры; на приемной стороне телевизионной системы -персональный компьютер в позиции 2, причем на материнской плате компьютера в разъем расширения установлена плата видео, а между телекамерой и компьютером проложена линия связи в позиции 3, обеспечивающая трансляцию по жилам кабеля управляющих сигналов «Пуск», «Стоп» и «Код экспозиции» с компьютера на телекамеру и видеосигнала с телекамеры на компьютер, при этом выход видеосигнала платы видео в компьютере является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.
Матрица 1-2 ПЗС является сенсором видеосигнала в телекамере 1, а по схемотехническому исполнению (см. фиг.2) полностью соответствует прототипу. Фотоприемная секция 1-2-1 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 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.5.
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.5б). 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.5а).
Зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 1-2-1 построчно переносятся в горизонтальный регистр 1-2-2, из которого поэлементно считываются через БПЗН 1-2-3. Горизонтальный регистр 1-2-2 и БПЗН 1-2-3 также являются типовыми представителями матрицы ПЗС со строчным переносом.
На общий кристалл матрицы ПЗС, как и в прототипе, дополнительно введены: разделительный электрод 1-2-4, секция памяти 1-2-5, второй горизонтальный регистр 1-2-6 и второй БПЗН 1-2-7. Данная функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС (см. фиг.2) близка к концепции фотоприемника со строчно-кадровым переносом [3, с.137], отличаясь от нее наличием горизонтального регистра 1-2-2, разделительного электрода 1-2-4 и БПЗН 1-2-3. Разделительный электрод 1-2-4 разрешает построчный перенос зарядов из вертикальных регистров секции 2-1 сквозь регистр 1-2-2 в секцию памяти 1-2-5 или изолирует секцию 1-2-5 от такого переноса. Число элементов в каждом столбце секции 1-2-5 равно числу элементов вертикального регистра секции 1-2-1. Под секцией 1-2-5 расположен горизонтальный регистр 1-2-6, который организован точно так же, как и регистр 1-2-2, а заканчивается БПЗН 1-2-7.
1
2
1
2
Блок 1-2-7, как и блок 1-2-3, предназначен для осуществления преобразования зарядового сигнала изображения в напряжение видеосигнала. Принципиальным их отличием является различный уровень зарядовых пакетов на входе, который учитывается при конструктивном исполнении полевого транзистора в части емкости его затвора. Для БПЗН 1 -2-3 ожидается высокий уровень зарядового сигнала, поэтому необходимо увеличить управляющую способность блока путем увеличения площади затвора (S). Напротив, для БПЗН 1-2-7 предполагается низкий уровень зарядового сигнала, поэтому емкость затвора должна быть предельно малой, что достигается выбором геометрии его размеров, обеспечивающей малую площадь (S). Так что обязательным при конструировании нагрузочных транзисторов является условие: S>S.
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, ГУИ 1-3 состоит из видеоконтроллера и преобразователя уровней, а могут быть выполнены в виде комплекта из двух больших интегральных схем (БИС).
Если, например, видеоконтроллер выполнен в виде микросхемы CXD2463R фирмы Sony [4], то первым управляющим входом ГУИ 1-3 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 ГУИ 1-3, 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.
Таблица 1
Номер выво-да
Время экспозиции (накопления) фотоприемника, мкс
10,0
100,0
200,0
500,0
1000,0
2000,0
4000,0
10000,0
Кодовая комбинация
11
0
1
0
1
0
1
0
1
13
0
0
1
1
0
0
1
1
12
0
0
0
0
1
1
1
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, третий коммутатор 1-7-9 и инвертор 1-7-10. 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 низкого логического уровня сигнала от блока 1-6 на инвертор 1-7-10 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» на инвертор 1-7-10 от блока 1-6 будет подана тоже «1», 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.
Объектив 1-1, сигнальный процессор 1-4, RS-триггер 1-5, счетчик-делитель 1-6, блок задержки 1-8 и элемент «И» 1-9 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 импульсов КСИ на два (с 50 Гц до 25 Гц) при прогрессивной развертке и соответственно на четыре (с 50 Гц до 12,5 Гц) при чересстрочной развертке видеосигнала.
Вводимый элемент «ИЛИ» 1-10 является логическим элементом однозначного понимания.
Вводимый мультиплексор 1-11 предназначен для объединения двух входных видеосигналов на единственную магистраль с помощью разделения их по времени.
Электрическая схема мультиплексора 1-11, см. фиг.6, может быть выполнена по известному техническому решению [5, с.295-296]. Входные сигналы подаются на неинвертирующие входные зажимы операционных усилителей (ОУ) DA1 и DA2. Выходной сигнал появляется на включенных параллельно выходах ОУ. Каждый из ОУ включается и выключается попеременно с помощью импульсов, поступающих с прямого и инверсного выходов счетчика-делителя 1-6.
Следует отметить, что в качестве ОУ необходимо использовать операционные усилители с внешним смещением, например, типа СА3078Т американской фирмы RCA или отечественные изделия К140УД14.
Такие микросхемы отличаются от обычных операционных усилителей тем, что их рабочей точкой можно управлять с помощью внешнего напряжения смещения. Импульсные сигналы, подаваемые с управляющих входов мультиплексора, усиливаются за счет транзисторов VT1 и VT2, включенных по схеме с общей базой. Усиленные сигналы синхронизации поступают на выводы внешнего смещения ОУ. Когда один из этих импульсов положителен, другой отрицателен. Таким образом, на противоположных циклах этих импульсов сами ОУ либо полностью включены, либо полностью выключены. При этом DA1 включен и его входной сигнал проходит на выход, когда DA2 выключен и наоборот. Включенные на выходе схемы мультиплексора конденсатор и резистор предназначены для подавления переходных напряжений, которые возникают в ОУ в результате их переключения.
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, задержки цифрового видеосигнала на кадр и суммирования прямого и задержанного цифровых видеосигналов, при этом выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения интерферограмм телевизионной системы.
Операция задержки цифрового видеосигнала и операция суммирования прямого и задержанного цифровых видеосигналов 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 операции задержки и суммирования на плате видео 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». Отметим, что выбор всех необходимых команд управления осуществляется с клавиатуры компьютера и/или с компьютерной мыши.
Заявляемая телевизионная система для компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм (см. фиг.1) работает следующим образом.
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 входах «Пуск», «Стоп» и «Код экспозиции» присутствуют логические «0». Сама же телекамера работает в режиме прогрессивной развертки, а освещенность объекта контроля позволяет установить время накопления матрицы ПЗС, обеспечивающее получение видеосигнала с максимальным отношением сигнал/шум.
В исходном состоянии на первом и втором управляющих входах ГУИ 1-3 присутствует низкий логический уровень. Такой же уровень сигнала устанавливается на выходе элемента «И» 1-9, третьем управляющем входе ГУИ 1-3 и на разделительном электроде 1-2-4 матрицы ПЗС.
Тогда автоматическая регулировка времени накопления (АРВН) фотоприемника установит максимальную величину текущей экспозиции, т.е. длительность накопления зарядов составит 10000 мкс. Разделительный электрод 1-2-4 «изолирует» регистр 1-2-2 от секции 1-2-5, поэтому сигнал изображения будет считываться из него поэлементно в БПЗН 1-2-3. Сформированный далее на первом выходе сигнального процессора 1-4 композитный видеосигнал будет поступать на первый информационный вход мультиплексора 1-11. При этом на первом управляющем входе мультиплексора 1-11 присутствует логический «0», а на его втором управляющем входе - логическая «1». Поэтому на выход мультиплексора, а следовательно и на выход «Видео» телекамеры 1, проходит только композитный видеосигнал, поступающий на его первый информационный вход. Этот видеосигнал будет воспроизводиться на экране монитора компьютера 2.
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».
д
д
Последний подается на первый управляющий вход коммутатора 1-7, на первый управляющий вход ГУИ 1-3 и на первый вход элемента «И» 1-9. Поэтому схема АРВН в телекамере отключается, а второй управляющий вход ГУИ 1-3 оказывается подключенным к выходу коммутатора 1-7. При этом на первый управляющий вход мультиплексора 1-11 будет поступать меандр импульсов с периодом Т с прямого выхода счетчика-делителя 1-6, а на второй управляющий вход мультиплексора 1-11 - инвертированный меандр импульсов с периодом Т с инверсного выхода блока 1-6.
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mi>н</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mi>с</mi></mrow></msubsup></mrow>
При подключении второго управляющего входа ГУИ 3-1 к выходу коммутатора 1-7 на этом входе на время действия низкого уровня меандра импульсов с выхода блока 1-6 устанавливается логическая комбинация «111», обеспечивающая длительность кадрового накопления зарядов в фотоприемнике равной 10000 мкс. -
(см. табл.1).
По отношению к кадровому бланку, показанному на фиг.4а, импульсный сигнал, подаваемый на электронный затвор GA матрицы ПЗС в этой ситуации, представлен на фиг.4б (сплошная линия).
Низкий уровень меандра с выхода блока 1-6 означает и такой же уровень на выходе элемента «И» 1-9, а также на разделительном электроде 1-2-4. Поэтому для секции 1-2-1 на это время будет продолжаться «изоляция» от секции 1-2-5, а считывание накопленных зарядовых пакетов осуществляется построчно в регистр 1-2-2, а из него - поэлементно в БПЗН 1-2-3. Обозначим условно этот видеосигнал, снимаемый с первого выхода матрицы 1-2 ПЗС, «длинным» сигналом из-за прямой зависимости его уровня от длительного (10000 мкс) накопления зарядового кадра.
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mi>н</mi><mrow><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow></msubsup></mrow>
Когда же с выхода блока 1-6 будет подан высокий уровень меандра импульсов, тогда на это время на втором управляющем входе ГУИ 1-3 установится логическая комбинация «000», гарантирующая время накопления матрицы ПЗС 10 мкс. -
(см. табл.1).
Если же на вход «Код экспозиции» телекамеры 1 с компьютера 2 поступает кодовая команда «100» или «010», или «11О», или «001», или «101», или «011», то будет обеспечена длительность кадрового накопления матрицы 1-2 ПЗС соответственно 100 или 200, или 500, или 1000, или 2000, или 4000 мкс.
п
Отметим, что во время действия высокого уровня меандра на разделительном электроде 1-2-4 фотоприемника тоже устанавливается высокий уровень (см. фиг.7а). Поэтому он разрешает для зарядовых пакетов накопленного кадра построчный их перенос из секции 1-2-1 сквозь регистр 1-2-2 в секцию 1-2-5 и хранение зарядов в ней до момента наступления очередного промежутка T «изоляции».
п
В последующем интервале T выполняется построчный перенос каждой строки этого зарядового кадра в регистр 1-2-6 и считывание каждого элемента строки в БПЗН 1-2-7. Обозначим условно этот видеосигнал, снимаемый со второго выхода матрицы 1-2 ПЗС, «коротким» сигналом из-за прямой зависимости его уровня от кратковременного накопления зарядового кадра.
п
п
К этому следует добавить, что, как и в прототипе, «длинный» сигнал на первом выходе фотоприемника (см. фиг.7б) и «короткий» сигнал на его втором выходе (см. фиг.7в) следуют с периодом 2T, а в течение паузы (интервала T) регистры 1-2-3 и 1-2-6 матрицы ПЗС параллельно осуществляют считывание темнового сигнала и удаляют паразитную информацию из сенсора, но создают пропуски информативного сигнала.
Сигнал изображения с первого выхода матрицы 1-2 ПЗС поступает на первый информационный вход сигнального процессора 1-4, а с его первого выхода в виде композитного видеосигнала - на первый информационный вход мультиплексора 1-11. Одновременно сигнал изображения со второго выхода фотоприемника подается на второй информационный вход сигнального процессора 1-4, а с его второго выхода в виде композитного видеосигнала - на вход блока 1-8 задержки на кадр. Задержанный на кадр видеосигнал (см. фиг.7г) с выхода блока 1-8 поступает на второй информационный вход мультиплексора 1-11.
В результате на выходе мультиплексора 1-11, а следовательно, и на выходе «Видео» телекамеры 1, формируется мультиплексный сигнал изображения (см. фиг.7д), смежные кадры которого являются «длинными» и «короткими» видеосигналами в соответствии с режимом накопления зарядов в фотоприемнике.
Этот мультиплексный видеосигнал по линии связи 3 поступает в компьютер 2 на плату видео, где сначала оцифровывается, а потом задерживается на кадр. На заключительной операции два сформированных на плате видено цифровых видеосигнала (прямой и задержанный) складываются. Это суммирование является взвешенным, т.к. для каждой кадровой суммы уровень одного из слагаемых («короткого» сигнала) по отношению к уровню другого слагаемого («длинного» сигнала) определяется соотношением:
0<K<1,
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mi>н</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mi>с</mi></mrow></msubsup></mrow>
где K - уровень «длинного» сигнала, т.е. уровень видеосигнала при экспозиции
.
Регулировка уровня «короткого» сигнала за счет управления с компьютера длительностью «короткой» экспозиции позволяет дискретно изменить степень рекурсивности реализуемой фильтрации.
С другой стороны, в заявляемом решении суммируемые видеосигналы фиксируют различные состояния процесса накопления информационных зарядов во времени. Своеобразной иллюстрацией этого процесса для предлагаемого решения является временная диаграмма на фиг.4б. Временные «центры тяжести» суммируемых видеосигналов (они помечены на фиг.4 кружками с заливкой) могут регулироваться относительно друг друга за счет управления длительностью накопления «короткого» сигнала.
Пунктирная линия со стрелкой на фиг.4б показывает возникающее изменение диаграммы экспонирования по времени. Поэтому следует считать возникающее управление дополнительным «вкладом» в регулировку рекурсивности фильтруемого изображения.
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mi>н</mi><mrow><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow></msubsup></mrow>
Выбирая с компьютера необходимый код экспозиции, в настоящем решении можно удобно и безошибочно регулировать искомую оптимальную длительность накопления
(см. табл.1). В результате обеспечивается оптимизация видеосигнала компьютерной записи, благодаря осуществляемым с компьютера дискретным регулировкам степени рекурсивности фильтруемого сигнала изображения.
п
д2
п
п
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mi>н</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mi>с</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mi>н</mi><mrow><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow></msubsup></mrow>
Предположим, что телекамера работает в режиме чересстрочной развертки. Тогда на пятом выходе ГУИ 1-3 формируются импульсы КСИ с периодом полукадров T. Счетчик-делитель 1-6 выполняет деление входной частоты на четыре, т.е. период выходных импульсов будет составлять: Т=4T. В течение действия низкого уровня этого меандра в матрице 1-2 ПЗС будет выполняться не один, а два цикла экспонирования с «длинным» зарядовым накоплением по
для каждого. Аналогично, в течение действия высокого уровня меандра в ПЗС будет совершаться не один, а два цикла экспонирования с «коротким» зарядовым накоплением по
. При этом блок 1-8 осуществляет задержку входного видеосигнала на два полукадра, т.е. по длительности на два T.
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 (КСИ) 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 будет блокироваться операция задержки на кадр цифрового видеосигнала и операция суммирования прямого и задержанного цифровых видеосигналов. По сравнению с прототипом, заявляемая телевизионная система компьютерной регистрации сигнала изображения интерферограмм обеспечивает улучшение труда оператора и повышенное качество компьютерной записи видеосигнала при одновременном упрощении конструкции телекамеры.
В настоящее время все элементы структурной схемы предлагаемой телевизионной системы освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью. Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2446612 от 27.03.2012 на изобретение (по заявке №2011111922/07(017583) от 28.11.2011, МПК H04N 5/225, G01B 9/02). Устройство формирования сигнала изображения интерферограмм / В.М. Смелков; заявитель - В.М. Смелков.
2. Руководство по быстрой установке продукта Aver TV 307 от компании AverMedia TECHNOLOGIES, Inc. (Тайвань).
3. Владо Дамьяновски. CCTV. 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.
5. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. Пер. с англ. - М.:«Мир», 1985.