Способ формирования телевизионного сигнала

 

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА, основанный на. проецировании исходного светового потока на фоточувствительные элементы матричного преобразователя свет - сигнал (МПСС), относительном смещении по горизонтали фоточувствительных элементов МПСС в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточуэствительного элемента, поэлементном считывании сигнала в течение кадра с послег дующим преобразованием в телевизионный си гн ал , отл и ч ающий ся тем, что, с целью увеличения числа элементов разрешения телевизионного сигнала, при проецировании исходный световой поток двумерно дискретизируют с числом элементов, в п раз большим числа фоточувствительных элементов МПСС, поочередно в течение периодически проецируют дискретные элементы светового потока на фоточувствительные элементы МПСС, при этом проецирование каждого из дискретизированных эле- . ментов светового потока прерывают с частотой кадров, время его проецирования в интервале каждого кадра устанавливают в п раз мень .шим длительности кадра, а частоту поочередного проецирования в интервале кадра элементов светового потока на соответствуюпшй элемент МПСС устанавливают в п раз большей частоты кадров, а поэлементное счи (Л тывание сигнала производят в моменты начала интервалов прерывания в с проецировании дискретизированных э;дементов исходного светового потока , считанные за время кадра сигналы накапливают. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем,что при проецировании исходного светового потока двУмерное дискретизирование осуществляют относительным перемещением элементов двумерно дискретизированного светового потока и фоточувствительСП ных элементов МПСС. 8ы}( 8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) H 04 М 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3270562/18-09 (22) 31. 03. 81 (46), 30.06. 84. Бюл. Р 24 (72) В. Н. Безруков (71) Московский ордена Трудового

КрасноГо Знамени электротехнический институт связи (53) 621. 397 (088. 8) (56) 1. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Пер, с англ.

М., "Мир", 1978, с. 185 °

2. Патент США И- 4071853, кл. 358/41, опублик. 1978. (54) (57) 1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ

ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА, основанный на проецировании исходного светового потока на фоточувствительные элементы матричного преобразователя свет — сигнал (МПСС), относительном смещении по горизонтали фоточувствительных элементов МПСС в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточувствительного элемента, поэлементном считывании сигнала в течение кадра с после.дующим преобразованием в телевизионный сигнал, отличающийся тем, что, с целью увеличения числа элементов разрешения телевизионного сигнала, при проецировании исходный световой поток двумерно дискретизируют с числом элементов, в и раз большим числа фоточувствительных элементов NIICC поочередно в течение кадра периодически проецируют дискретные элементы светового потока на фоточувствительные элементы MIICC, при этом проецирование каждого из дискретизированных элементов светового потока прерывают с частотой кадров, время его проецирования в интервале каждого кадра устанавливают в и раз мень.шим длительности кадра, а частоту поочередного проецирования в интервале кадра элементов светового потока на соответствующий элемент

МПСС устанавливают в и раз большей частоты кадров, а поэлементное считывание сигнала производят в моменты начала интервалов прерывания в проецировании дискретизированных элементов исходного светового потока, считанные за время кадра сигналы накапливают.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем,что при проецировании исходного светового потока двумерное дискретизирование осуществляют относительным перемещением элементов двумерно дискретизированного светового потока и фоточувствительных элементов МПСС.

1100754

Изобретение относится к прикладному и вещательному телевидению и может быть использовано при реализации систем с применением матричных преобразователей свет-сигкал.

Известен способ формирования телевизионного (ТВ) сигнала, основанный на проецировании светового потока на фоточувствительные элементы преобразователя свет-сигнал (ПСС) . по элементам считывания ТВ сигнала в течение кадра с последующим преобразованием в ТВ сигнал (1) .

Недостатком известного способа формирования являются потери разрешающей способности TB изображения и, 15 следовательно, числа элементов разрешения соответствующих сформированных ТВ сигналов. В случае использования в качестве ПСС электровакуумных приборов потери разрешающей 20 способности вызваны неточностями формирования растра при считывании

ТВ сигнала. Ос новным фактором, вызывающим потери числа элементов разрешения сформированных TB сигна- 25 лов в системах с использованием

МПСС, является низкое по отношению к

ПСС электровакуумного типа число фоточувствительных элементов в пределах растра. В твердотельных

МПСС например, типа ПЗС с достаточно высоким по отношению к электровакуумным ПСС числом фоточувствительных элементов (порядка 1000 — 1200 элементов по строке и 580 — 650 элементов в вертикальном По растру направлении, т. е. с числом элементов

N 1200 ° 650) проблема формирования растра решается достаточно просто и фактически не влияет на разрешающу ю способность TB иэображения, од- 40 нако их из готовление з атруднено, особенно это касается МПСС с повышенной по отношению к стандарту вещательного телевидения разрешающей способностью. 45

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности используемый в системах прикладного телевидения способ формирования ТВ сигнала, основанный на проецировании светового потока на фоточувствительные элементы МПСС, относительном смещении по горизонтали фоточувствительных элементов МПСС, в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточувствительного элемента, поэлементном считывании

TB сигнала в течение кадра с последующим преобразованием в ТВ сигнал t2) .

Данный способ позволяет увеличить 60 разрешающую способность МПСС и, соответственно, уменьшить характерные для аналога потери числа элементов разрешения сформированного ТВ сигнала. 65

Однако недостаточное число элементов разрешения, соответствующих сформированному ТВ сигналу, обусловлено недостаточным числом фоточувствительных элементов современных

МПСС

Цель изобретения - увеличение числа элементов разрешения телевизионного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования телевизионного сигнала, основанному на проецировании исходного светового потока на фоточувствительные элементы матричного преобразователя свет - сигнал, относителвном смещении по горизонтали фоточувствительных элементов

МПСС в смежных строках растра на половину диаметра одного фоточувствительного элемента, поэлементном считывании сигнала в течение

/ кадра с последукщим преобразованием в телевизионный сигнал, при проецировании исходный световой поток двумерно дискретизируют с числом элементов, в п раз большим числа фоточувствительных элементов NIICC,,поочередно в течение кадра периодически проецируют дискретные элементы светового потока на фоточувствительные элементы

МПСС, при этом проецирование каждого из дискретизированных элементов светового потока прерывают с частотой кадров, время его проецирования в интервале каждого кадра устанавливают в и раз меньшим длительности кадра, частоту поочередного проецирования в интервале кадра элементов светового потока на соответствующий элемент МПСС устанавливают в и раз большей частоты кадров, а поэлементное считывание сигнала производят в моменты начала интервалов прерывания в проецировании дискретизированных элемеитов исходного светового потока, считанные за время недра сигналы накапливают.

При проецировании исходного светового потока двумерное дискретизирование осуществляют относительным перемещением элементов двумерно дискретизированного светового потока и фоточувствительных элементов МПСС.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего спосо формирования ТВ сигнала; на фиг. 2 — один из вариантов реализации двумерной дискретизации светового потока; на фиг. 3 — пространственно-временные диаграммы последовательности прерывания при проецировании элементов светового потока для избранного варианта двумерной дискретизации.

1100754.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит блок 1 автоматического смещения оси проецирования, оптическую систему 2, блок 3 дискретно-оптического прерывания, блок 4 двумерно-оптической дискретизации и оптического согласования, блок 5 матричного преобразов ателя свет-сиг- нал, блек 6 адресного распределения сигналов, блок 7 накопления и преобразования, формирователь 8

ТВ сигнала, синхрогенератор 9 и формирователь 10 управляющих сигналов.

Устройство работает следующим образом.

15

Световой поток от объекта на блюдения поступает на блок 1 автоматического смещения оси проецирования, который периодически во времени дискретно смещает ось проецирования светового потока по ортогональной продольной оси светового потока замкнутой траектории. Подобное смещение может быть реализовано с использованием, например, качающихся или вращающихся плоско-параллельных пластин и зеркал и т.д.

Смещенный по замкнутой траектории световой поток через оптическую систему 2 поступает в плоскость проме- ЗО жуточного изображения на блок 3 .дискретно-оптического прерывания..

Положение участков пропускания светового потока в блоке 3 может автоматически изменяться по заданной 35 траектории. Введение в устройство блоков 1 и 3 позволяет реализовать усложненный закон изменения относительных по отнсшению к исходному положению в плоскости промежуточного изображения светового потока координат участков пропускания cseтового потока во времени. При этом упрощается практическая реализация блоков 1 и 3 и облегчается управле45 ние указанными блоками.

Дискретизированный в блоке 3 на участках пропускания (проецирования на МПСС) и прерывания световой поток поступает на блок 4 двумернооптической дискретизации и оптического согласования, который выполнен в виде световода, состоящего из дискретных светопроводов, число которых, на выходе световода в целое число раз п меньше, чем на выходе (фиг.2б). При этом общее число светопроводов световода,в плоскости входа световода (ПС) выбирают кратным числу фоточувствительных элементов МПСС. Часть общего числа 60 .светопроводов световода, попадающая в пределы суммарной площади участков пропускания светового потока, спроецированных в плоскость входа световода, выбирается равной числу 65 фоточувствительных элементов МПСС.

Сближением, параллельным объединением и изменением форьы светопроводов в пространстве световода, имев щих в каждом из смежных участков пропускания и участков прерывания светового потока идентичные координаты, получают в плоскости выхода световода число, конфигурацию и расположение светопроводов, эквивалентное числу, конфигурации и расположению фоточувствительных элементов в NIICC.

В блоках 1 и 3 соответственно смещением оси проецирования светового потока и изменением координат участков пропускания обеспечивают дискретное периодическое перемещение по фиксированной замкнутой траектории., соединяющей в пространстве центры смежных участков пропускания и прерывания светового потока, и установление во времени координат участков пропускания светового потока в плоскости входа блока 4 (световода). При этом интервал однократного перемещения устанавливают равным размеру участка пропускания. Число перемещений в одном из направлений указанной траектории перемещений, например прямом, выбирают равным отношению площади участков прерывания светового потока к площади участков пропускания, т.е. равным и. Частоту перемещений устанавливают равной частоте кадров сформированного .ТВ сигнала„ умноженной на число перемещений водном из направлений замкнутой траектории.

В блоке 1, например, может .быть реализована любая необходимая во времени траектория изменения положения светового потока по оси У в плоскости промежуточного изображения," а в блоке 3 — по оси K.

Существуют различные варианты выполнения двумерно-оптической дискретизации светового потока, оптического сопряжения элементов светового потока с фоточувствительными элементами МПСС и реализации относительных перемещений участков пропускания светового потока в плоскости промежуточного изображения. Один из возможных вариантов реализации перечисленных операций иллюстрационно представлен на фиг.2 и 3.

В частности, на фиг. 2 а показана плоскость входов световода. Число светопроводов световода И = 10 . 6=

60. Светопроводы, отмеченнйе цифрами 1, 2, 3, 4, объединены в плоскости фоточувствительной матрицы (ПСМ), т.е. в плоскости МПСС в один светопровод. С помощью прерывателя - (маски) реализуется .последовательный во време1100754

10

65 ни анализ элементов светового потока. В первом положении прерывателя (фиг.3a ) на фоточувствительные элементы ИПСС проецируются элементы светового потока, отмечениые цифрой

1. Во втором положении прерывателя (фиг.30 ) на эти же элементы NIICC проецируются элемен ты светового потока, отмеченные цифрой 2. Аналогичным образом (фиг.3 6 и 2 ) проецируются элементы светового потока, отмеченные цифрами .3 и 4.

Таким образом, проецирование полного числа элементов реализуется последовательно во времени эа четыре цикла. На фиг.3 ) и 8 представлены пространственно-временные диагРамма, отражающие во времени относительные смещения прерывателя в горизонтальном (Х) и вертикальном (У) направлениях в пространстве, При этом начальные координаты (Х и У) прерывателя приняты равными нулю для фиг. 3 а .

В моментах фиксации положения прерывателя (интервалы времени

Т<, Т, Т Т на фиг. 33 иа. ) осуще ст вля ет ся про еци ров ани е элеме нтов светового потока на фоточувствительные элементы блока 5 NIICC.

Последовательные считывания сигналов в МПСС осуществляются в моментах. дискретных периодических изменений, т.е. смещений относительных координат участков пропус,кания в.плоскости промежуточного изображения (интервалы времени Т„ на фиг.3 ),э ). За счет такогО из. менения координат участков пропускания в устройстве выполняется принщ п периодического последовательного во времени оптического сканирования всей плоскости (всех элементов) светового потока, Соответствующие последовательно во времени считанные сигналы с выхода МПСС содержат информацию о полной разрешающей способности ТВ изображения.

Сигналы с выхода блока 5 МПСС посту- пают на блок б адресного распределения сигналов. В блоке б реализуется автоматическое во времени подключение соответствующих выходов блока 6 к соответствующим входам блока 7 накоплений и преобразования. Вследствие этого считанные сигналы в необходи.мом порядке заполняют соответствующие ячейки памяти блока накопления и преобразования 7. Накопленная в блоке .7 информация последовательно во времени выводится из блока 7 с постоянной скоростью в виде ТВ сигнала с заданными параметрами дискретизации.

Синхронизация устройства осуществляется от синхрогенератора 9. Синхронизирующие сигналы от блока 9 поступают на формирователь 10 управляющих сигналов, сигналами от которого управляются блоки 1, 3, 5, 6, 7 и формирователь 8.

На фиг. 2 и 3 рассмотрен вариант, когда участок пропускания (проецирования) охватывает в плоскости световода лишь один светопровод. Однако возможны и варианты о размещением в каждом участке пропускания группы светопроводов. Тогда в объеме светопровода объединяются светопроводы, симметрично расположенные в смежных участках пропускания и непропускания. В результате этого реализуется передача оптической информации в выходную плоскость световода и, следовательно, на фоточувствительные элементы МПСС. Переключением относительных координат участков про.пускания и прерывания светового потока реализуется периодическая последовательная во времени запись (проецирование) оптической информации от всей совокупности участков пропускания и непропускания на фоточувствительные элементы МПСС. В моментах изменения (переключения) относительных координат участков пропускания осуществляется считыва30. ние (более перспективным является параллельное считывание) информации с МПСС. Сигналы, соответствующие различным участкам пропускания, накапливаются в соответствую35 щих ячейках памйти с последующим периодическим формированием кадра TB сигнала после завершения каждого предыдущего цикла накопления информации от всей площади светового потока. Однако при увеличении относительных размеров участков пропускания в плоскости световода в сформированном ТВ сигнале могут появиться искажения, обусловленные неточ-, ностями установления и перемещения участков пропускания в процессе проецирования оптической информации.

Уменьшение заметности подобного вида искажений может достигаться нарушениями в пространстве непрерывности и во времени неизменности траекторий движения участков пропускания в процессе проецирования. Смежные, например, в одном из фиксированных направлений плоскости промежуточного изображения участки прерывания и пропускания светового потока могут размещаться с ортогональным указанному фиксйрованному направлению статическим смещением на интервал, кратный в плоскости световода линейному размеру отдельного светопрово@а в направлении, совпадающем с направлением статического смещения. Дискретные во времени периодические перемещения, считывания

1100754

20 и накопления считанных сигналов осу-

:ществляются в данном случае при общем перемещении участков пропускания в прямом по фиксированной траектории перемещения направлении. По -завершении;. перемещений участок пропучкания возвращается в обратном направлении со..смещением исходного в плоскости промежуточного изображения положения участка пропускания светового потока на интервал, кратный в плоскости входа световода линейному размеру отдельного светопровода.

Участки прерывания и пропускания светового потока иногда .целесооб- 15 разно устанавливать в статическое в плоскости промежуточного изображения положение. Относительные дискретные периодические изменения координат участков пропускания и прерывания светового потока по замкнутой фиксированной в плоскости промежуточного изображения траектории могут быть реализованы в таком случае за счет дискретных периодических смещений оси проецирования светового потока в плоскости промежуточного иэображения. Следовательно, заданные относительные изменения координат участков пропускания в плоскости промежуточного иэображения обеспечиваются при этом изменениями угла проецирования светового потока по соответствующей траектории. Б результате упрощается процесс проецирования оптической информации на фоточувствительные элементы МПСС.

Дискретизация может в таком случае также упрощаться за счет определенного размещения светочувствительных элементов МПСС в плоскости ортого- 4О нального сечения светового потока и дискретизации светового потока непосредственно элементами (группами элементов) МПСС, относительные координаты которых дискретно перио- 45 дически.изменяют во времени и в пространстве указанной плоскости светового потока по замкнутой траектории. Необходимое прерывание при этом осуществляют относительным перемещением элементов светового потока и фоточувствительных элементов МПСС.

Таким образом, изобретением реализована воэможность обмена высокой временной разрешающей способности современных твердотельных МПСС (низ.кая инерционность накопления) на пространственную разрешающую способность TB изображений. При этом за счет предварительной дискретизации исходного светового потока на участки с прорыванием и пропусканием

l световой энергии реализуется уменьшение количества пространственной информации до согласования послеп-ней с соответствующей информативной емкостью МПСС. Участки пропускания и прерывания световой энергии проецируют во входную плоскость световода.

Размеры дискретных светопроводов световода должны обеспечивать во входной плоскости пространственный анализ оптической информации с заданной четкостью.

Изобретение поз воляет осуществить формирование ТВ сигналов, обеспечи.вающих воспроизведение ТВ изображений заданной четкости, при использовании МПСС с относительно пониженными общими количеством и пространственной плотностью фоточувствительных элементов.

Применением предлагаемого спосо ба обеспечивается упрощение требований к разрешающей способности

МПСС. Известно, например, что с увеличением числа светочувствительных элементов резко падает в условиях современного производства твердотельных NIICC процент выхода годных к эксплуатации приборов и, . следовательно, резко возрастает стоимость последних. Значительно снижаются в данном случае эксплуатационные характеристики готовых МПСС.

Механическая прочность, надежность, большой срок службы, малые габариты, небольшая потребляемая мощность, высокая чувствительность и низкая инерционность твердотельных MIICC обусловливает преимущественность их использования в промышленности.

Применение предлагаемого способа формирования ТВ сигнала .позволяет при сохранении достаточно высокого качества ТВ изображений во многих случаях отказаться от МПСС с повышенной разрешающей способностью и получить соответствующий экономический эффект или реализовать более высокое качество изображений при внедрении изобретения в известные система.

Наряду с этим изобретение позволяет на базе созданных в настоящее время МПСС и элементов памяти разработать аппаратуру с повышенной разрешакщей способностью, имеюшую лучшие свойства твердотельных МПСС.

1100754

Составитель Г. Росаткевич

Техред A. Кикемезей. Корректор Л.Пилипенко

Редактор Л.Пчелинская

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4499/44 Тираж 635 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5