Фотоприемное устройство

 

Изобретение относится к телевидению. Цель изобретения - повышение быстродействия. Фотоприемное устройство содержит матрицу 1 фотоприемных элементов, регистры 2 и 3 сдвига, видеоусилитель 4, детектор 5 уровня видеосигнала, блок 6 запоминания уровня видеосигнала, блок управления 7, состоящий из генератора 8 импульсов, распределителя 9 импульсов, делителей 10 и 11 импульсов, сравнивающего усилителя 12 и одновибратора 13, а также коммутатор 14. Цель достигается путем обеспечения программного управления чувствительностью фотоприемных элементов матрицы 1. При этом устройство работает в трех различных режимах "Элемент", "Строка" и "Кадр", в каждом из которых обеспечивается автоматическое регулирование времени экспозиции. 6 ил.

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано при разработке зрительных сенсоров космических и промышленных роботов, оптоэлектронных измерителей геометрических размеров, формы и параметров положения объектов, а также устройств ввода и обработки символьной информации. Целью изобретения является повышение быстродействия путем программного управления чувствительностью фотоприемных элементов матрицы. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема фотоприемного устройства; на фиг.2 (а,б) примеры реализации детектора уровня видеосигнала; на фиг.3 одновибратор; на фиг.4 распределитель импульсов; на фиг.5 коммутатор; на фиг.6 временные диаграммы работы фотоприемного устройства в различных режимах. Фотоприемное устройство содержит матрицу 1 фотоприемных элементов, первый регистр сдвига 2 (на М разрядов), второй регистр сдвига 3 (на N разрядов), видеоусилитель 4, детектор 5 уровня видеосигнала, блок 6 запоминания уровня видеосигнала, блок управления 7, выполненный из генератора 8 импульсов, распределителя 9 импульсов, делителя 10 импульсов на М, делителя 11 импульсов на N, сравнивающего усилителя 12 и одновибратора 13, а также коммутатор 14. Детектор 5 уровня видеосигнала (см. фиг.2а) представляет собой активный пиковый детектор и содержит операционный усилитель 15, диод 16, резисторы 17 и 18, конденсатор 19 и транзистор 20. Такое выполнение детектора 5 может использоваться при управлении чувствительностью матрицы 1 по максимуму освещенности преобразуемого оптического нуля. Детектор 5 (см. фиг.2б) представляет собой активный генератор тока и содержит транзисторы 21 и 22, потенциометр 23 и конденсатор 24. Такое выполнение детектора 5 используется при управлении чувствительностью элементов матрицы 1 по среднему уровню освещенности. Одновибратор 13 (см. фиг.3), выполненный в виде управляемого формирователя временного интервала, содержит элемент И 25, диод 26, конденсатор 27, элемент И 28, резисторы 29 и 30 и полевой транзистор 31. Время задержки одновибратора 13 задается с помощью управляемого сопротивления, в качестве которого используется полевой транзистор 31. Распределитель 9 импульсов (см.фиг.4) содержит элементы И 32, 33, элементы НЕ 34, 35, элементы ИЛИ 36, 37, резистор 38 и конденсатор 39. Коммутатор 14 (см. фиг.5) может быть реализован на основе логического элемента 2И-3ИЛИ. Делители импульсов 10 и 11 могут быть выполнены в виде двоичного счетчика, к разрядным выходам которого подключены входы дешифратора. Единичный сигнал на выходе делителя импульсов формируется только при хранении на счетчике кода "0". Фотоприемное устройство работает следующим образом. Перед началом работы элементы устройства устанавливаются в исходное состояние "0" (схема установки "0" на чертеже не показана), а изображение анализируемого объекта проецируется на светочувствительную поверхность матрицы 1. Устройство может работать в трех режимах автоматического регулирования времени экспозиции: "Элемент", "Строка", "Кадр". Выбор режима работы осуществляет внешняя система, в состав которой входит данное фотоприемное устройство. В зависимости от наличия априорной информации об анализируемом объекте, изменениях внешних условий и т.п. внешняя система устанавливает уровни напряжения на установочных входах 40, 41 устройства, управляющие его работой. При работе устройства в режиме "Элемент" с системы на его установочные входы 40 подается некоторый опорный уровень напряжения, а на установочные входы 41 подаются уровни напряжения, соответствующие коду 100. Так как при этом единичный сигнал действует только на первом входе коммутатора 14, коммутатор не пропускает на свой выход сигналы, поступающие на его первый и второй входы с выхода блока управления 7. Единичный сигнал с первого входа коммутатора 14 проходит на его выход и далее в распределителе 9 импульсов подготавливает элемент И 32 и запирает с помощью элемента НЕ 35 элемента И 33. В результате очередной импульс генератора 8 проходит через элемент И 32 (на выходе элемента НЕ 34 присутствует единичный потенциал) на первый выход распределителя 9 и осуществляет стирание фотоприемных элементов матрицы 1 и запуск одновибратора 13 (фиг.6а). Формируемый при этом на выходе одновибратора 13 импульс проходит на распределитель 9 и через его элемент ИЛИ 36 поступает на третий выход и далее на тактовый вход регистра сдвига 2. Этот же импульс с выхода элемента ИЛИ 36 проходит через элемент ИЛИ 37 на первый выход распределителя 9 и далее поступает на вход делителя импульсов 10. Кроме того, этот же импульс с помощью элемента НЕ 34 запирает элемент И 32 (на фиг.6 показаны выходные напряжения соответствующих блоков (фиг.1-5). В исходном состоянии на выходе делителя импульсов 10 действует сигнал "1" и поэтому с формированием на тактовом входе регистра сдвига 2 заднего фронта импульса одновибратора 13 происходит запись "1" в первый разряд регистра сдвига 2. В течение действия импульса одновибратора 13 конденсатор 39 распределителя 9 заряжается, что приводит к задержке формирования заднего фронта импульса на первом выходе распределителя 9 по отношению к заднему фронту импульса на его третьем выходе на время τ_o. Этим задним фронтом импульса на первом выходе распределителя 9 происходит добавление "1" в содержимое счетчика делителя импульсов 10, а следовательно, исчезновение единичного потенциала на выходе делителя импульсов 10, что приводит к добавлению "1" в содержимое счетчика делителя импульсов 11. Следующий импульс генератора 8 проходит аналогично через распределитель 9 импульсов. Отличие будет заключаться только в отсутствии записи в регистр сдвига 2. В последнем по заднему фронту импульса на тактовом входе произойдет лишь сдвиг "1" на один разряд. Последующие импульсы генератора 8 аналогичным образом осуществляют сдвиг "1" в регистре сдвига 2 и добавляют каждый раз "1" в содержимое счетчика делителя импульсов 10. С поступлением М импульсов счетчик делителя импульсов 10 возвращается в исходное положение "0", что приводит к формированию импульса на выходе делителя импульсов 10. Так как исходное состояние счетчика делителя импульсов 11 равно "0", на его выходе присутствует потенциал "1" и по переднему фронту импульса на выходе делителя импульсов 10 происходит запись "1" в первый разряд регистра сдвига 3. По заднему фронту импульса на выходе делителя импульсов 10 происходит добавление "1" в содержимое счетчика делителя импульсов 11. По переднему фронту последующих импульсов на выходе делителя импульсов 10 происходит сдвиг записанной в регистре 3 единицы. Таким образом, по заднему фронту импульсов на тактовом входе регистра сдвига 2 и по переднему фронту импульсов на тактовом входе регистра сдвига 3 происходит сдвиг "единиц" в их разрядах. Появляющиеся при этом импульсы на выходах регистров сдвига 2, 3 являются импульсами считывания (опроса) информации с фотоприемных элементов матрицы 1. Считанные с них токовые видеоимпульсы поступают на вход видеоусилителя 4, который преобразует их в соответствующие импульсы напряжения, поступающие на вход детектора 5. Выделенные им значения видеосигнала запоминаются на конденсаторе 19 или 24. По переднему фронту очередного импульса на управляющем входе блока 6 происходит открывание его ключевого элемента, в результате чего потенциал, образованный на конденсаторе 19 (24), передается в блок 6 и запоминается в нем. По завершении такого процесса задним фронтом импульса на управляющем входе детектора 5 открывается транзистор 20, обеспечивающий дозаряд конденсатора 19. Уровень напряжения с выхода блока 6 подается на вход сравнивающего усилителя 12, на другой вход которого подается опорный уровень напряжения с установочного входа 40 устройства. Результат сравнения с выхода сравнивающего усилителя 12 поступает на управляющий вход одновибратора 13 и далее на его транзистор 31. Время τ₃ задержки одновибратора 13 определяется выражением τ₃ С₂₇(R₂₉ + R₃₀ + R₃₁), где С₂₇ емкость конденсатора 27; R₂₉, R₃₀, R₃₁ соответственно эквивалентные сопротивления резисторов 29, 30 и транзистора 31. Обычно R_31макс > > (R₂₉ + R₃₀), поэтому τ₃≈С₂₇R₃₁, где R₃₁ есть переменная величина, определяемая уровнем напряжения, поступающего с сравнивающего усилителя 12. Время τ₃ определяет время накопления (экспозиции) фотоприемного элемента матрицы 1. Очевидно, что благодаря формированию такой цепи выборки уровня видеосигналов матрицы 1 обеспечивается непрерывная адаптация ее фотоприемных элементов к уровню освещенности анализируемого объекта. При работе устройства в режиме "Строка" на установочные входы 41 подаются сигналы, соответствующие коду 010. При этом разрешающий потенциал действует только на входе II коммутатора 14. Тем самым последний подготавливается к пропусканию единичных сигналов, поступающих с выхода делителя импульсов 10. Такие сигналы формируются только при переходе счетчика делителя импульсов 10 в состояние "0". При этом уровень "1" с выхода коммутатора 14 поступает на элемент И 32 и элемент НЕ 35 распределителя 9. В результате отпирается элемент И 32 и запирается элемент И 33. Очередной импульс генератора 8 проходит через элемент И 32 и аналогично описанному выше осуществляет стирание фотоприемных элементов матрицы 1, запись "1" в первый разряд регистра сдвига 2 и добавление "1" в содержимое счетчика делителя импульсов 10 (см. фиг.6б). При этом исчезает "1" на выходе последнего, в результате чего следующий импульс генератора 8 уже проходит (минуя одновибратор 13) через элемент И 33, элемент ИЛИ 36, третий выход распределителя 9 и на тактовый вход регистра сдвига 2. Осуществляется сдвиг на один разряд записанной в нем "1" и т.д. Очевидно, что сигнал стирания при таком режиме на вход стирания матрицы будет поступать перед считыванием каждой строки ее фотоприемных элементов. В остальном работа устройства в этом режиме аналогична режиму, описанному выше. При работе устройства в режиме "Кадр" на установочные входы 41 подаются сигналы, соответствующие коду 001. При этом разрешающий потенциал действует только на входе III коммутатора 14. Тем самым коммутатор 14 подготавливается к пропусканию единичных сигналов, поступающих с выхода делителя импульсов 10. При этом режиме работа устройства отличается только тем, что сигнал стирания формируется перед считыванием каждого кадра. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет работать в трех различных режимах "Элемент", "Строка", "Кадр", в каждом из которых обеспечивается автоматическое регулирование времени экспозиции. В режиме "Элемент" сигнал стирания на матрицу 1 подается перед считыванием каждого элемента (на все элементы матрицы 1), в режиме "Строка" перед считыванием каждой строки элементов матрицы "1", и в режиме "Кадр" перед считыванием каждого кадра. В результате быстродействие устройства в режиме "Строка" выше, чем в режиме "Элемент", а в режиме "Кадр" выше, чем в режиме "Строка" при считывании одного и того же количества элементов.

Формула изобретения

ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее матрицу M · N фотоприемных элементов, где M количество столбцов, а N количество строк матрицы фотоприемных элементов, первый регистр сдвига, выход каждого из M разрядов которого подключен к соответствующему входу считывания по столбцам матрицы фотоприемных элементов, второй регистр сдвига, выход каждого из N разрядов которого подключен к соответствующему входу считывания по строке матрицы фотоприемных элементов, видеоусилитель, вход которого подключен к выходу матрицы фотоприемных элементов, последовательно соединенные детектор уровня видеосигнала, блок запоминания уровня видеосигнала, и блок управления, причем первый выход блока управления подключен к входу стирания матрицы фотоприемных элементов, а второй выход к тактовому входу первого регистра сдвига, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия путем программного управления чувствительностью фотоприемных элементов матрицы, введен коммутатор, выход которого подключен к второму входу блока управления, выход видеоусилителя, который является выходом устройства, подключен к информационному входу детектора уровня видеосигнала, первый выход блока управления подключен к управляющему входу детектора, уровня видеосигнала и блока запоминания уровня видеосигнала, третий выход блока управления подключен к информационному входу первого регистра сдвига, тактовому входу второго регистра сдвига и первому входу коммутатора, четвертый выход блока управления подключен к информационному входу второго регистра сдвига и второму входу коммутатора, причем блок управления выполнен из последовательно соединенных генератора импульсов, распределителя импульсов, делителя импульсов на M и делителя импульсов на N, а также последовательно соединенных сравнивающего усилителя и одновибратора, при этом первым и вторым входами блока управления являются соответственно первый вход сравнивающего усилителя и второй вход распределителя импульсов, первым выходом блока управления является второй выход распределителя импульсов, который подключен также к второму входу одновибратора, выход которого подключен к третьему входу распределителя импульсов, вторым выходом блока управления является третий выход распределителя импульсов, третьим выходом блока управления является выход делителя импульсов на M, четвертым выходом выход делителя импульсов на N, а первыми и вторыми установочными выходами фотоприемного устройства являются соответственно установочные входы коммутатора и вторые входы сравнивающего усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---