Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал

 

Изобретение относится к телевидению. Цель изобретения - повышение временной разрешающей способности. Предлагаемый способ обеспечивает чередование частичного считывания "сверху" потенциального рельефа от объектов средней и большой яркости со считыванием рельефа от светового фона в первых /N-1/ кадрах цикла накопления рельефа от объекта малой яркости за N кадров. Степень увеличения временной разрешающей способности телевизионной камеры/ соответственно пропускной способности системы/ зависит от распределения числа регистрируемых объектов в световом динамическом диапазоне по их яркости и при равномерном распределении может оцениваться величиной M<SP POS="POST">.</SP>K<SP POS="POST">.</SP>M, где M-глубина частичного считывания рельефа, K-число групп из M кадров в цикле накопления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1566514 (ttl)5 Н 04 N 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

% . ъ . „, °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ П1НТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4361819/24-09 (22) 11.01.88 (46) 23.05.90, Бюл. 11 - 19 (7?) Л.Н.Галкин и В.С.Нощенко (53) 621.397(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1285622, кл. Н 04 N 5/30, 1984 (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОГ ТРЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ВИДЕОСИГНАЛ (57) Изобретение относится к телевидению, Цель изобретения — повышение временной разрешающей способности.

Предлагаемый способ обеспечивает чередование частичного считывания сверtt ху потенциального рельефа от объекИзобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении прикладных телевизионных камер, предназначенных для преобразования в видеосигнал оптических изображений, наблюдаемых на световом фоне с положительным KOHTpGcToM> и может быть использовано при построении высокочувствительных телевизионных камер, включающих передающую трубку с докоммутационным усилением, и предназначенных для астрофизических оптико-электронных систем измерения координат и яркости неподвижных и движущихся изображений космических тел (звеэд, комет).

Целью изобретения является повьппение временной разрешающей способнос1 ти.

На фиг,l изображена структурная схема устройства дл» осуществления

2 тов средней и большой яркости со считыванием рельефа от светового фона в первых (N-1) кадрах цикла накопления рельефа от объекта малой яркости sa

N кадров. Степень увеличения временной разрешающей способности телевизионной камеры (соответственно пропускной способности системы) зависит от распределения числа регистрируемых объектов в световом динамическом диапазоне по их яркости и при равномерном распределении может оцениваться величиной m К М, где mглубина частичного считывания рельефа, K — число групп из М кадров в цикле накопления. l з,п. ф-лы, 3 ил. способа преобразования оптического иэображения в видеосигнал; на фиг,2 эпюры потенциального рельефа и осциллограммы сигналов, формируемых для случая И=З, M=1 на фиг.З - эпюры осциллограмм сигналов для случая

N=11, М=4.

Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал представляет собой накопление на мишени пеРедающей трубки под действием оптического изображения потенциального рельефа в течение цикла из N кадров (число И может меняться, например от 3 до Il) построчное считывание в последнем К-м кадре цикла накопленного рельефа лучом с номинальным током при потенциале на катоде прожектора, равном 0 (потенциал приведения мишени), и чередование в первых N-1 кадрах цикла построчного считывания 1566514 рельефа от светового фоил и темнового тока мишени с построчным члстичным считыванием рельефа от объектов средней и большой (рельеф за один кадр достигает насыщения) яркости, Считыв ание рельефа от фона осуществляют лучом с током, эффективная час ть которого пропорциональна считываемому заряду, при отрицательном потенциале на катоде, пониженном до значения, при котором процесс считывания осуществляется на неспадающем участке вторично-эмиссионной характеристики. Частичное же считывание рельефа от объектов осуществляют лучом с номинальным или меньше номинального током при положительном потенциале на катоде, изменяющемся в пределах кадра пропор45 ционально распределению чувствитель- 20 ности передающей трубки к объектам средней яркости.

Чередование построчного считывания рельефа от фона и от объектов осуществляют по кадрам — одиночные кад-25 ры считывания рельефа от фона чередуют с группой из M (число M изменяют, например, от 1 до 4) кадров, в которых частично считывают рельеф от объектов средней и большой яркости.

Вариантом чередования считывания рельефа от фона и от объектов в первых N-1 кадрах цикла накопления может быть построчное чередование — частичное считывание рельефа на прямом ходу по строкам в каждом кадре чередуют со считыванием рельефа от фона также в каждом кадре во время обратного хода по строкам. Такой вариант может быть использован в том случае, 40 когда требуется преобразовать оптическое изображение с предельно малым положительным контрастом ценой потери чувствительности к слабоосвещенным объектам.

Устройство для осуществления способа содержит передающую телевизионную трубку 1, например типа суперкремникон с фотоклтодом 2, ускоряющим элек. тродом 3, мишенью 4, термокатодом 5, >О модулятором 6, анодом 7 и фокусирук щим электродом 8, фокусирующе-отклоняющую систему (ФОС) 9, установленную на секции считывания трубки, генератор 10 токов развертки, синхронизируемый строчными синхроимпульслми (ССИ) и кадровыми синхроимпульсами (КСИ) и подключенный к соответствующим выводам ФОС, видеоусилитель 11 подключенный к выводу мишени, блок

l2 выделения фоновой составляющей, выполненный в виде сочетания последовательно соединенных схемы восстановления постоянной составляющей, ограничителя сигнала сверху и фильтра нижних частот, высоковольтный преобразователь 13 минусовый выход Ко торого соединен с выводом фотокатодл 2, а плюсово" — с выводом ускоряющего электрода 3, выполненный в виде сочетания последовательно соединенных дискриминатора уровня напряжения, электронного ключа, интегратора и собственно преобразователя напряжения, формирователь 14 сигнала компенсации фона, выполненный в виде сочетания входного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), : енератора тактовых импульсов (ГТИ), оперативнозапоминаюше"o блока, микропроцессора> постоянного программно-запоминающего блока с программой организации записи и выборки значений распределения фоновои составляющей по растру с последующей их интерполяцией, ЦАП, гамма-корректора с цепью ручной установки степени коррекции и выходного сглаживающего фильтра, формирователь

l5 напряжений управления током луча, ныполненный в виде параллельно включенных усилителя постоянного тока, подключенного к выходу формирователя

14, и двух управляемых формирователей потенциальных уровней и выходного сумматора напряжений, подключенного к выводу модулятора 6 передающей трубки

1 1 формирователь 16 уровней считывания, подключенный к термокатоду 5 передающей трубки и выполненный в виде вьглодного сумматора напряжений и параллельно соединенных стробируемого усилителя постоянного тока с цепями регулировки усиления и добавляемого уровня и двух управляемых формирователей потенциальных уровней, на один из которых подаются гасящие импульсы (ГИ), генератор 17 импульсов управления считыванием, первый выход которого подключен к первому входу формирователя 16, а второй выход — к первому входу управления формирователя 15 и стробирующему входу формирователя

16, генератор 18 компенсирующего сигнала с входами синхронизации КСИ и

ССИ, выход которого соединен с сигнальным входом формирователя 16, генератор 19 импульсов управления на14 6 блока 12 не станет равным пороговому уровню, установленному в дискриминаторе преобразователя 13, Когда уровень сигнала на выходе блока 13 застабилизируется, в формирователе 14 в оперативно-запоминающий блок записывается матрица (например, 32х32) значений распределения фоновой составляющей видеосигнала по растру, и TB камера переходит в режим длительного накопления под действием внешних кодов установки числа кадров накоп ления N и длительности (число М ) группы кадров частичного считывания рельефа от объектов.

В режиме длительного накопления (N 1) для случая N=3, М=! (фиг,2) ТВ камера работает следующим образом. На мишени 4 непрерывно накапливается потенциальный рельеф Up (иа фиг,2а показано его распределение по строке (по Х) в трех последовательных кадрах перед считыванием}. В 1-м кадре цикла накопления в генераторе 17 на втором выходе формируется импульс (фнг,2в), под действием которого на выходе формирователя 16 (на катоде 5) формируется изменяющееся в течение кадра (например, в пределах от 4 до 6 В) напряжение (уровни В на фиг.2а, е), характер и размах которого устанавливаются заранее при настройке камеры (соответственно в генераторе 18 и усилителе 16 формирователя). F)a модуляторе

6 устанавливается постоянный уровень

С, напржчер, равный минус 30 В (фиг,2д), Г1ри этом обеспечивается частичное сверху, примерно до потенциала термокатода 5, считывание рельефа от точечных объектов большой (oC) и средней () яркости (заштрихованные участки на фиг ° 2а) и формирование ограниченного снизу видеосигнала (имнульсы g и р на фиг.2ж), достаточного для определения координат, а при необходимости и яркости объектов о и Р, Тем самым достигается повышение временного разрешения (час тоты обновления информации об объектах достаточной яркости). Во втором кадре цикла перед считыванием рельеф от фона (U на фиг,2а) в 2 раза больше, чем в первом кадре (накопление у суперкремникона линейно). Под действием импульса (фиг,2г) на первом выходе генератора 17 потенциал на като це гонижается до значения, например минус 10 В (уровень П„ на,фиг,2е), 5 15665 коплением, к потенциальному выходу

® которого подключен вход q управления ,электронного ключа преобразователя

13. Генераторы 17 и 19 выполнены в ви- 5 де сочетания импульсно-счетных схем, на счетные входы которых подаются

КСИ, а на входы управления счетом коды установки числа M (Уст.M) и числа N (YcTpN) которые подаются так-10 же на входы упревления микропроцессором формирователя 14. Оптический вход передающей трубки размещается в фокальной плоскости телескопа 20 оптико-электронной системы. 15

Телевизионная (ТВ) камера (фиг, ) ) работает следующим образом.

При проецировании оптического изображения участка звездного неба телескопом 20 на оптический вход трубки

1 световой поток непрерывно преобразуется в зарядовый (потенциальный) р льеф накапливаемый на стороне мишер ни 4, коммутируемой электронным лучом, генерируемым термокатодом 5 и формируемым модулятором 6, анодом 7, фокусирующим электродом 8 и ФОС 9. Построчное, покадровое считывание лучом заряда с мишени 4 обеспечивается отклоняющими катушками ФОС 9 и генера- 30 тором 10. Прерывание считывания на обратных ходах по кадру и по строке обеспечивается повышением потенциала до 20 В на термокатоде 5 во время действия на входе формирователя 16 г гасящих импульсов.

Перед переходом в режим длительного накопления (И)1) устанавливается режим полного (термин условен) считывания рельефа в каждом кадре разложе- 4р ния (N=l). При этом импульсы на выходах генераторов 17 и 19 отсутствуют

/ на термокатоде 5 потенциал равен О (уровень D „« на фиг,2е), на модуляторе — номинальное значение потен- 45 циала, например, равное минус 40 В (уровень С „ на фиг.2д), ключ в преобразователе 13 под действием разрешающего потенциала с генератора 19 открыт, Иэ усиленного на выходе видео- 50 усилителя Il видеосигнала в блоке 12 выделяется фоновая составляющая, под действием которой в интеграторе преобразователя 13 н соответственно на фотокатоде 2 изменяется напряжение до тех пор, пока не установится такое документационное усиление фотоэлектронов в мишени 4, при котором размах фоновой составляющей на выходе

1566514 соответствующего выходу при считывании на неспадающий участок. вторичноэмиссионной характеристики, и изменяется напряжение на модуляторе 6 (уро5 вень С на фиг.2д) под действием сигнала с формирователя 14, генерируемого с учетом модуляционной характеристики прожектора (электроды 5, 6, 7) трубки 1 (заранее корректируется в формирователе 14 при настройке камеры) и с учетом накопления за два кадра. При этом обеспечивается считывание большей (например, 80X) части зарядного рельефа от фона (заштрихованная часть на фиг,2а, кадр 2) без считывания заряда от объекта малой яркости (на фиг, 2а), 3а счет этого в 3-м кадре рельеф от фона перед считыванием примерно равен 1,4 размаха рельефа от фона в 1-м кадре, т.е. примерно в 2 раза меньше, чем в случае отсутствия его считывания во

2-м кадре. В.Ç-м кадре на выходах генератора 17 импульсов нет, а на термо-25 катоде 5 присутствует нулевой потенциал (уровень Э „ на фиг.2е), Под действием импульса (фиг.2б) с генератора 19 на модуляторе 6 установится уровень С „ (фиг.2д), При этом осу- 30 ществляется считывание большей части всего накопленного рельефа (остаточный П, показан на фиг,2а) с формированием видеосигнала (фиг.2ж) от объекта малой яркости, рельеф от которого накапливается в течение всего цикла, что и обеспечивает максимальную чувствительность ТВ камеры (частично этому способствует и уменьшенный рельеф от фона), Если бы не бы-40 ло предварительного считывания рельефа от объектов ф и Р в I кадре и считывания рельефа от фона во втором кадре, то динамический световой диапазон бып бы меньше как за счет увели- 45 чения в III кадре рельефа от фона, так и за счет расширения рельефа от точечных объектов и до (Ы + 2| ) и 1 (показано пунктиром на фиг.2а

3-й кадР), происходящего при ностижении уровня насыщения (уровень А на фиг,2а), примерно равного потенциалу мишени 4-8 В. При этом рельеф от с4 слился бы с рельефом от

Если рельеф от фона, накапливаемый

sa один кадр, относительно мал, то при длительном накоплении (число N, например, равно ll) считывание рельефа от фона целесообразно чередовать с группой кадров М (на фиг.З, M=4), в которых частично считывается пельеф от объектов. В этом случае после импульсов с генератора 19, определяющих цикл накопления (фиг.3a), на втором выходе генератора 17 формируется импульс длительностью в 4 кадра (фиг,Зб). При этом потенциал на модуляторе 6 (уровень С на фиг,2д) в

4-х кадрах остается неизменным, а потенциал на катоде 5 (фиг,Зг) изменяется в соответствии с изменением уровня В (фиг,2а). В 5-м кадре под действием импульса длительностью в один кадр с первого выхода генератора

17 (фиг.Зв) осуществляется c÷Hòûâàíèå заряда рельефа от фона, для -его значения записанной матрицы в оперативно-запоминающем блоке формирователя

14 умножаются в микропроцессоре в

5 раз под действием кода (Уст,М), 3a- ° тем процедура частичного считывания рельефа от объектов (в 6-9-м кадрах) и считывание рельефа от фона (в 10-м кадре) повторяется, завершаясь считыванием всего рельефа в 11-м кадре.

Редкое (двукратное за 10 кадров) считывание рельефа от фона уменьшает флуктуации, вносимые в потенциальный рельеф электронным лучом, Считывание же рельефа от фона в 10-м кадре непосредственно перед полным считыванием в

11-м кадре способствует улучшению условий считывания от объекта малой яркости .

Когда уровень светового фона велик и приминимальном докоммутационном усилении (напряжение на выходе преобразователя 13 минимально например

9 т

3 кВ) рельеф от фона наобходимо считывать в кажцом кадре, в (N-!) кадры цикла накопления на формирователь могут подаваться только кадровые гасящие импульсы. При этом на вход генератора 17 вместе КСИ подаются строчные гасящие импульсы и на его выходах формируются импульсы строчной частоты длительностью, равной обратному (на первоьг выходе) и прямому (на втором) ходам луча по строке, При этом в микропроцессоре формирователя 14 осуществляется временное инвертирование и временное сжатие значений матрицы по строкам, учитывающие соответственно противоположное направление и увеличенную скорость движения луча на обратному ходу. (1 I S66

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить технические характеристики ТВ камеры и астрофизической оптико-электронной системы при включении камеры в ее состав, Это улучшение обусловлено -чередованием частичного считывания сверху потенциального рельефа от объектов средней и большой яркости со считыванием рель10 ефя от светового фоня в первых (N-1)

; адрах цикла накопленная рельефа от объекта малой яркости за N кадров. Степень увеличения временной разрешающей способности TE камеры (соответственно

15 пропускной способное ти системы) зависит от распределения чи< JI3 регистрируЕмых объектов в световом динамическом диапазоне по их яркости и при равномерном распределении может оценивать- 20 ся величиной m ° К М (где m — глубина частичного считывания рельефа, К число групп из М кадров в цикле накопления), Так при среднем значении m (QT кадра к кадру в группе меняется) 25

0,6 и при М=4 и К=2 (случай, соответствующий фиг ° 3) в."пи рыш мс «ет достигать 5 крат, Если же у используемой в ТВ камере передающей трубки имеется эффект рас екания заряда по мишени, то при исгользовании предлагаемого способа дополнительно достигается расширение светового динамического диапазона фотоэлектрического преобразования, 35

l, Способ преобразования оптического изображения в видеосигнал, за- 40 ключающийся в накоплении потенциального рельефа от оптического изображеФормула изобретения

514

10 ния фона и объектов на мишени передающей телевизионной трубки в течение цикла из N кадров, считывании с мишени в течение (N-1) кадров потенциального рельефа от фона лучом с током, эффективная часть которого пропорциональна значениям этого потенциального рельефа, при потенциале катода, обеспечивающем считывание на неспадающем участке вторично-эмиссионной характеристики мишени и считывании в последнем N-м кадре цикла накопленного потенциального рельефа от фона и объектов номинальным током луча при потенциале катода, равном потенциалу приведения мишени, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения временной разрешающей способности в течение (И-1) кадров считывание с мишени потенциального рельефа от фоня чередуют со считыванием потенциального рельефа от оптического иэображения объектов средней и большой яркости при пороговом уровне потенциала катода, превышающем потенциал приведения мишени на величину не менее размаха потенциального рельефа от объекта малой яркости, причем этот пороговый уровень изменяют в пределах кадра пропорционально распред лению чувствительности передающей телевизионной трубки по ее рабочему полю, 2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем1 что в течение (N-1) кадров считывание с мишени потенциального рельефа от фона осуществляют за один кадр, а считывание с мишени потенциального рельефа от объектов средней и большой ярко"ти осуществляют эа 1 кадров„где 1(M (N-1, а М > 1, 15665)4

6

Составитель О, Канатчиков а

Редактор Н,Рогулич Техред Л.Олийнык Корректор А,Обручар

Подписное

Тираж 531

Закан l?30

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101