Способ формирования сигнала функции распределения яркости изображения, устройство для его осуществления

 

Использование: в телевизионной технике при нормировании сигнала функции распределения яркости. Сущность изобретения: способ осуществляют путем преобразования оптического изображения в видеосигнал четкого изображения с последующим преобразованием этого сигнала в цифровые пакеты матрицы приборов с зарядовой связью. Отличием способа является уменьшение глубины потенциальных ячеек, хранящих зарядовые пакеты путем изменения потенциала фаз. Устройство для формирования сигнала функции распределения яркости состоит из ПЗС 1 и 2, светонепроницаемого экрана 3. В ПЗС входят секции накопления 4, памяти 5, выходной и входной регистры 6, 7. Устройство содержит синхронизатор 8, генератор линейно изменяющегося напряжения 9, коммутатор 10. Устройство позволяет повысить информативность о видеосигнале изображения. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике и может найти применение при формировании сигнала функции распределения яркости.

Целью изобретения является повышение информативности о видеосигнале изображения.

Способ состоит в следующем.

Осуществляют преобразование оптического сигнала в видеосигнал четкого изображения. Затем преобразуют видеосигнал четкого изображения в зарядовые пакеты в матричном ПЗС. Затем уменьшают глубину потенциальных ям, хранящих зарядовые пакеты и при этом регистрируют величину избыточного заряда, вытекающего из переполненных потенциальных ям.

Оптоэлектрическое преобразование позволяет сформировать видеосигнал изображения. Сигнал функции распределения яркости получают при регистрировании избыточного заряда, образующегося при уменьшении глубины потенциальных ям в матричном ПЗС, хранящем зарядовый рельеф изображения.

Формирование сигнала функции распределения яркости осуществляют следующим образом.

В результате оптоэлектронного преобразования в секции накопления ПЗС формируется зарядовый рельеф, состоящий из отдельных информационных пакетов. Величина максимального заряда, который может находиться в потенциальной яме, не переполняя ее, является пороговым значением и определяется напряжением на управляющем электроде ПЗС Q_пор = С_окU_э, С_ок - емкость окисла.

Если Q_пор ≥Q_i, то информационный зарядовый пакет хранится в ячейке ПЗС, а если Q_пор < Q_i, то в ячейке образуется избыточный заряд: Δ Q_i = Q_i - Q_пор, который стекает в стоки переполнения. При уменьшении глубины потенциальных ям в ПЗС заряд Q_i+1 переполнил потенциальную яму и, как следствие, возник ток переполнения i₁.

При равномерном уменьшении напряжения на управляющем электроде U_эот максимально возможного U_эmax до нуля пороговое значение заряда может быть представлено в виде Q_пор = Q_окU_эmax(1 - α t), где Q ≅ t ≅ 1/2.

Изменяя одновременно глубину всех потенциальных ям, т. е. , уменьшая одновременно Q_пор во всех ячейках ПЗС, в определенные моменты времени потенциальные ямы ПЗС будет переполнены, причем момент переполнения полностью определяется величиной зарядового пакета Q_i.

Суммируя токи переполнения i₁, получим выражение: i(t) = i₁N (ΔQ_i > 0), (1) где N(ΔQ > 0) - количество ячеек ПЗС, в которых в текущий момент времени имеется избыточный заряд; i - ток, обусловленный избыточным зарядом в любой одной ячейке ПЗС.

Из условия ΔQ > 0 следует, что ток в стоке переполнения, обусловленный переполнением i-той ячейки ПЗС, возникает при: С_окU_эmax - Q_i < α tC_окU_эmax. В этот момент выражение (1) статистически эквивалентно функции распределения величины зарядов Q_i в ПЗС: F(t) = P{ (C_окU_эmax - Q_i) < α t C_окU_эmax} = ^max где I_max - ток переполнения всех ячеек ПЗС.

В ПЗС управление глубиной потенциальных ям, хранящих зарядовые пакеты, происходит одновременно, поскольку управляющие электроды объединены в единые шины. Операция суммирования токов избыточного заряда также реализуется в ПЗС, так как сток переполнения является общим для всех ячеек ПЗС. Таким образом, регистрируя ток i(t) (1), можно получить сигнал функции распределения яркости.

Продифференцировав (1), можно получить гистограмму изображения.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из первого матричного ПЗС с покадровым переносом 1 и второго такого же матричного ПЗС 2, заключенного в светонепроницаемый экран 3, каждый матричный ПЗС 1 и 2 содержит секцию накопления 4, секцию памяти 5, выходной регистр 6 и входной регистр 7. Причем секция накопления 4 ПЗС имеет систему защиту от блуминга (стоки переполнения) с отводом избыточного заряда во внешнюю цепь. Синхрогенератор 8 формирует тактовые импульсы для управления матричными ПЗС 1 и 2 в режиме формирования видеосигналов изображения, а также импульсы синхронизации и гасящие. Генератор линейно изменяющегося напряжения 9 обеспечивает изменяющееся во времени напряжение, величина которого изменяется от величины напряжения на фазных электродах, соответствующего режиму хранения зарядов, до нуля. Коммутатор 10 пропускает на управляющие шины секции накопления 4 матричного ПЗС 2 либо сигнал с генератора линейно изменяющегося напряжения 9, либо тактовые импульсы с синхрогенератора 8.

Устройство работает следующим образом.

Изображение проецируется на секцию накопления 4 матричного ПЗС 1, где в течение полукадра формируются зарядовые пакеты. Во время кадрового гасящего импульса на управляющие шины секции накопления 4 и секции памяти 5 матричного ПЗС 1 подаются тактовые импульсы с синхрогенератора 8, под действием которых зарядовые пакеты сдвигаются из секции накопления в секцию памяти матричного ПЗС 1. После этого в секции накопления матричного ПЗС 1 зарядовые пакеты, а из секции памяти 5 матричного ПЗС 1 зарядовые пакеты построчно выводятся и переписываются в секцию накопления 4 матричного ПЗС 2.

Это происходит следующим образом.

Во время гасящего строчного импульса на управляющие шины секции памяти 5 матричного ПЗС 1 с синхрогенератора 8 поступают тактовые импульсы, под действием которых зарядовые пакеты одной строки сдвигаются в выходной регистр 6 матричного ПЗС 1. Затем тактовые импульсы с синхрогенератора 8 поступают одновременно на фазные шины выходного регистра 6 матричного ПЗС 1 и входного регистра 7 матричного ПЗС 2. На фазные шины секции накопления 4 матричного ПЗС 2 во время гасящего строчного импульса через коммутатор 10 так же, как и на фазные шины секции памяти 5 матричного ПЗС 1, поступают тактовые импульсы с синхрогенераторов, что обеспечивает сдвиг зарядовых пакетов из входного регистра 7 в секцию накопления 4 матричного ПЗС 2.

Во время кадрового гасящего импульса (КГИ) производится формирование сигнала функции распределения яркости изображения. Для этого с синхрогенератора 8 КГИ поступают на входы блока коммутации 10 и блока линейно изменяющегося напряжения 9. При этом в коммутаторе 10 фазные шины секции накопления 4 матричного ПЗС 2 отключаются от выхода синхрогенератора 8. На фазные шины, под электродами которых не хранятся зарядовые пакеты, под электродами которой хранятся зарядовые пакеты, подключается к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения 9 формирует на фазной шине, под электродами которой хранятся зарядовые пакеты линейно уменьшающегося напряжения, величина которого к моменту окончания КГИ должна быть такой, чтобы потенциальные ямы в секции накопления 4 матричного ПЗС 2 схлопнулись. При уменьшении потенциала фазной шины, под электродами которой хранятся зарядовые пакеты, в цепи стока переполнения появляется ток, обусловленный избыточным зарядом, который и является сигналом функции распределения яркости изображения.

Таким образом, предложенный способ и устройство позволяют получить и сигнал функции распределения яркости, т. е. ее статистические характеристики.

Формула изобретения

1. Способ формирования сигнала функции распределения яркости изображения, осуществляемый путем преобразования оптического изображения в видеосигнал, преобразовании его в зарядовые пакеты матрицы прибора с зарядовой связью (ПЗС), отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования сигнала яркости изображения, после преобразования видеосигналов уменьшают глубину потенциальных ям, хранящих зарядовые пакеты в секции накопления ПЗС, путем снижения потенциала фаз, и по величине избыточного заряда определяют сигнал функции распределения яркости.

2. Устройство для формирования сигнала функции распределения яркости изображения, содержащее первый матричный ПЗС, синхронизатор, генератор линейного изменяющегося напряжения, коммутатор второго матричного ПЗС, при этом выход выходного резистора первого матричного ПЗС соединен с входным регистром второго матричного ПЗС и является выходом видеосигнала, первый выход синхронизатора соединен с секцией накопления первого матричного ПЗС, второй выход синхронизатора соединен с секцией памяти первого матричного ПЗС, третий выход синхронизатора соединен с входами выходного регистра первого матричного ПЗС и входного регистра второго матричного ПЗС, отличающееся тем, что четвертый выход синхронизатора соединен с первым входом коммутатора и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй выход синхронизатора - вторым входом коммутатора, выход которого соединен с секцией накопления второго матричного ПЗС, а выход генератора линейно-изменяющегося напряжения - с третьим входом коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1