Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов



Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов
Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов
Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов
Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов
Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов
Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов

 


Владельцы патента RU 2428810:

Смелков Вячеслав Михайлович (RU)

Изобретение относится к телекамерам, выполненным на основе преобразователя «свет - сигнал» в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) и работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов. Техническим результатом является расширение динамического диапазона и повышение геометрической точности формирования выходного изображения телекамеры путем оптимизации преобразования «свет - сигнал» и выполнения его на единственном кристалле фотоприемника. Результат достигается тем, что первичное формирование составляющих видеосигнала комбинированного изображения выполняется в зарядовой форме параллельно на двух мишенях одной матрицы ПЗС при различных временах экспозиции (накопления) и различных коэффициентах усиления видеоусилителей. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к телекамерам, выполненным на основе преобразователя «свет - сигнал» в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) и работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов. Эти условия означают, что в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телекамеру [1], содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив и светоделитель, причем первый выход светоделителя оптически связан с фотомишенью первого датчика телевизионного сигнала, а второй выход светоделителя - с фотомишенью второго датчика телевизионного сигнала, геометрические размеры фотомишеней датчиков одинаковы, а проекции оптического кадра объектива на фотомишенях совпадают, при этом на фотомишень второго датчика нанесена технологическая маска, обеспечивающая для входного светового потока «окно» непрозрачности; а также последовательно соединенные формирователь сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель, первый информационный вход которого подключен к выходу первого датчика, второй информационный вход - к выходу «видео» второго датчика, а первый и второй управляющие входы - соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя, причем выход коммутатора-смесителя является выходом «видео» телекамеры, а пространственное положение «окна» непрозрачности и его геометрические размеры соответствуют временному размещению в растре и параметрам в единицах времени для электронной «рамки» и электронного «окошка».

Характерным примером условий эксплуатации для прототипа является наблюдение за зоной горячего проката в металлургии, а также контроль процессов дуговой или электронно-лучевой сварки в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Телекамера прототипа формирует композитный видеосигнал комбинированного изображения, который является результатом синтеза изображений, вырабатываемых первым и вторым датчиками.

Для устройства прототипа предполагается наличие следующих признаков:

- первый и второй датчики синхронизированы в режиме Genlock по сигналу синхронизации приемника (ССП) от одного из них;

- первый и второй датчики в отдельности содержат матрицу ПЗС, сигнальный процессор и генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера и преобразователей уровней;

- матрицы ПЗС выполнены по схемотехнической организации «строчный перенос»;

- сигнальный процессор обеспечивает формирование композитного сигнала изображения, автоматическую регулировку усиления (АРУ) видеосигнала и формирование управляющего сигнала для блока автоматической регулировки времени накопления (АРВН) фотоприемника;

- служебные импульсы, необходимые для работы сигнального процессора, подаются через управляющий вход с выхода временного контроллера;

- блок АРВН входит в состав генератора управляющих импульсов, а его выходной сигнал с изменяемой длительностью подается непосредственно на электронный затвор матрицы ПЗС, расположенный на ее фотоприемной секции;

- импульсы синхронизации строчной и кадровой частоты, необходимые для работы формирователя сигналов «рамка» и «окошко», могут быть взяты непосредственно с выходов этих сигналов во временном контроллере.

Недостаток прототипа - ограничение динамического диапазона изображения телекамеры из-за ограниченных возможностей преобразования «свет - сигнал» и недостаточная геометрическая точность формирования выходного видеосигнала комбинированного изображения по причине использования двух матриц ПЗС в качестве фотоприемников.

Задача изобретения - расширение динамического диапазона и повышение геометрической точности формирования выходного изображения телекамеры путем оптимизации преобразования «свет - сигнал» и выполнения его на единственном кристалле фотоприемника.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемую телекамеру, которая содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и светоделитель, причем первый выход светоделителя оптически связан с фотомишенью матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», состоящей из последовательно связанных зарядовой связью первой фотоприемной секции, первого горизонтального регистра и первого блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера (ВК) и преобразователей уровней (ПУ), формирователь сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель, причем первый и второй выходы ПУ подключены соответственно к управляющим входам первой фотоприемной секции и первого горизонтального регистра матрицы ПЗС, а третий выход ПУ - к электронному затвору первой фотоприемной секции, выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый информационный вход сигнального процессора к информационному входу первого видеоусилителя, управляющий вход которого, являющийся управляющим входом сигнального процессора, подключен ко второму выходу ВК, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу управления сигнального процессора, первый информационный выход которого, являющийся выходом «видео» первого видеоусилителя, подключен к первому информационному входу коммутатора-смесителя, выход которого является выходом «видео» телекамеры, первый и второй управляющие входы коммутатора-смесителя подключены соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя, вход строчной и вход кадровой синхронизации которого подключены соответственно к выходам строчных и кадровых синхроимпульсов ВК; а также второй видеоусилитель и последовательно связанные зарядовой связью вторую фотоприемную секцию, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН, причем вторая фотоприемная секция, геометрические размеры которой совпадают с геометрическими размерами первой фотоприемной секции, оптически связана со вторым выходом светоделителя, а на нее нанесена технологическая маска, обеспечивающая для входного светового потока «окно» непрозрачности, пространственное положение которого и его геометрические размеры соответствуют временному размещению в растре и параметрам в единицах времени для электронной «рамки» и электронного «окошка», при этом вторая фотоприемная секция, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН введены на кристалл матрицы ПЗС, а второй видеоусилитель введен в сигнальный процессор, причем управляющие входы второй фотоприемной секции и второго горизонтального регистра подключены соответственно к первому и второму выходам ПУ, а электронный затвор второй фотоприемной секции - к четвертому выходу ПУ, выход второго БПЗН матрицы ПЗС через второй информационный вход сигнального процессора - к информационному входу второго видеоусилителя, управляющий вход которого подключен к управляющему входу сигнального процессора, второй выход управления которого подключен ко второму управляющему входу ВК, выход «видео» второго видеоусилителя, являющийся вторым информационным выходом сигнального процессора, подключен ко второму информационному входу коммутатора-смесителя, причем площадь затвора ΔS1 полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, а площадь затвора ΔS2 аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, при этом ΔS1>ΔS2.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая телевизионная камера отличается следующими признаками:

- взаимным расположением фотомишеней для первого и второго фотоприемников, т.к. конструктивно и технологически эти мишени выполняются в виде двух фотоприемных секций, размещаемых на общем кристалле единственном матрицы ПЗС;

- взаимным расположением первого и второго горизонтальных регистров, размещаемых на общем кристалле единственной матрицы ПЗС;

- взаимным расположением первого и второго БПЗН, размещаемых на общем кристалле единственной матрицы ПЗС;

- схемотехнической организаций двухканального фотоприемника как формой выполнения этого элемента - матрицы ПЗС;

- взаимным расположением первого и второго видеусилителей, размещаемым на общем сигнальном процессоре телекамеры;

- конструктивным различием первого и второго БПЗН по площади затвора полевого транзистора, который осуществляет поэлементный сбор носителей зарядового изображения.

Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.

В предлагаемом решении первичное формирование составляющих видеосигнала комбинированного изображения выполняется в зарядовой форме параллельно на двух мишенях одной матрицы ПЗС при различных временах экспозиции и различных коэффициентах усиления видеоусилителей, которые оптимальны или близки к оптимальным значениям для каждого из передаваемых фрагментов сцены.

За счет использования в качестве фотоприемника телекамеры единственной матрицы ПЗС в заявляемой телекамере для составляющих видеосигналов комбинированного изображения отсутствует ошибка пространственного смещения, возможность которой в прототипе принципиально сохраняется из-за погрешности внешней синхронизации первого и второго датчиков телевизионного сигнала. Повышается и стабильность поддержания амплитуды видеосигнала комбинированного изображения при эксплуатации телекамеры в температурном диапазоне из-за воздействия на фотоприем лишь одного, а не двух различных отсчетов плотности темнового тока ПЗС.

Благодаря оптимизации в фотоприемнике преобразования «заряд - напряжение» для темных и/или низко освещенных деталей сцены, в выходном видеосигнале телекамеры обеспечивается дополнительное расширение динамического диапазона.

По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой телекамеры; на фиг.2 приведена функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС; на фиг.3 показан пример размещения составляющих комбинированного изображения в телевизионном растре и соответствующие им положение и размеры «окна» непрозрачности на второй фотоприемной секции матрицы ПЗС; на фиг.4 представлена типовая световая характеристика телекамеры; на фиг.5 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие управление электронным затвором фотоприемной секции матрицы ПЗС; на фиг.6 приведена иллюстрация процесса антиблюмингового стока в фотоприемной секции трехфазной матрицы ПЗС.

Заявляемая телекамера (см. фиг.1), содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1, светоделитель 2 и матрицу 3 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью первой фотоприемной секции 3-1, первого горизонтального регистра 3-2 и первого БПЗН 3-3, а также из расположенных на кристалле матрицы и последовательно связанных зарядовой связью второй фотоприемной секции 3-4, второго горизонтального регистра 3-5 и второго БПЗН 3-6, причем первый выход светоделителя 2 оптически связан с фотоприемной секцией 3-1, а второй выход светоделителя 2 - с фотоприемной секцией 3-4; а также генератор 4 управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных ВК 4-1 и ПУ 4-2; сигнальный процессор 5, содержащий первый видеоусилитель 5-1 и второй видеоусилитель 5-2; формирователь 6 сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель 7, причем первый выход ПУ 4-2 подключен к соединенным между собой управляющим входам секций 3-1 и 3-4, второй выход ПУ 4-2 - к соединенным между собой управляющим входам горизонтальных регистров 3-2 и 3-5, третий выход ПУ 4-2 - к электронному затвору секции 3-1, а четвертый выход ПУ 4-2 - к электронному затвору секции 3-4; выход БПЗН 3-3 подключен через первый информационный вход сигнального процессора к информационному входу видеоусилителя 5-1, а выход БПЗН 3-6 через второй информационный вход сигнального процессора 5 - к информационному входу видеоусилителя 5-2, управляющий вход которого объединен с управляющим входом видеоусилителя 5-1 и является управляющим входом сигнального процессора 5, который подключен ко второму выходу ВК 4-1, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу управления сигнального процессора 5, а второй управляющий вход ВК 4-1 - ко второму выходу управления сигнального процессора 5, первый информационный выход которого, являющийся выходом «видео» видеоусилителя 5-1, подключен к первому информационному входу коммутатора-смесителя 7, а второй информационный выход сигнального процессора 5, являющийся выходом «видео» видеоусилителя 5-2, - ко второму информационному входу коммутатора-смесителя 7, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя 6, вход строчной и вход кадровой синхронизации которого подключены соответственно к выходам строчных и кадровых синхроимпульсов ВК 4-1, причем выход коммутатора-смесителя 7 является выходом «видео» телекамеры.

Объектив 1 и светоделитель 2 по исполнению не отличаются от аналогичных блоков прототипа. Светоделитель 2 (см. фиг.1) содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало 2-1 и отражающее зеркало 2-2, причем вход полупрозрачного зеркала является входом светоделителя, а второй выход полупрозрачного зеркала и выход отражающего - соответственно первым и вторым выходами светоделителя.

Фотоприемные секции 3-1 и 3-4 (см. фиг.2) фотоприемника 3 имеют типовую конструкцию для матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Каждая из них 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.

Как и в прототипе, каждая из фотоприемных секций матрицы 3 ПЗС снабжена электронным затвором, выполняющим электронную регулировку чувствительности путем управления временем накопления зарядовых носителей в течение кадрового периода. Импульсный сигнал, подаваемый на соответствующий электрод управления, показан на фиг.5б по отношению кадровому бланку, представленному на фиг.5а. По сути, электронный затвор является затвором антиблюминговой (стоковой) области GA, технологически выполненной в фотоприемной секции матрицы ПЗС, как показано на фиг.6.

Во время световой перегрузки матрицы ПЗС на затвор GA подается высокий уровень импульсного смещения, поэтому 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.6б). Когда световая перегрузка матрицы ПЗС устранена, на затвор GA подается нижний уровень импульсного смещения, закрывая его и реализуя режим накопления с сокращенным внутри кадра временем Тк сбора носителей (см. фиг.6а).

Продолжая изложение работы фотоприемника 3 телекамеры, отметим, что зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 3-1 построчно переносятся в горизонтальный регистр 3-2, из которого поэлементно считываются через БПЗН 3-3. Зарядовые пакеты из вертикальных регистров секции 3-4 аналогично поступают в горизонтальный регистр 3-5, а далее - в БПЗН 3-6. Все они также являются типовыми представителями матрицы ПЗС со строчным переносом.

Блок 3-6, как и блок 3-3, 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 3-3 ожидается высокий уровень зарядового сигнала, поэтому необходимо увеличить управляющую способность блока путем увеличения площади затвора (ΔS1). Напротив, для БПЗН 3-6 предполагается низкий уровень зарядового сигнала, поэтому емкость затвора должна быть предельно малой, что достигается выбором геометрии его размеров, обеспечивающей малую площадь (ΔS2). Так что обязательным при конструировании нагрузочных транзисторов является условие: ΔS1>ΔS2.

Здесь необходимо привести техническое обоснование данного предложения. Дело в том, что в каждом элементе выводимого из матрицы ПЗС видеосигнала дополнительно к фотонному шуму проявляется собственный источник шума, называемый шумом считывания. Среднеквадратичное отклонение (СКО) шума считывания определяется площадью затвора выходного полевого транзистора. Типовое значение СКО шума считывания составляет 20 электронов [2, с.52], и оно является результатом проектирования выходного транзистора, площадь затвора (ΔS) которого вмещает максимальную величину ожидаемого заряда, т.е. соответствует критерию максимальной управляющей способности зарядового фотоэлектронного преобразования, осуществляемого в матрице ПЗС.

По мнению специалистов, теоретически СКО шума считывания может быть снижено на порядок [2, с.52]. Следовательно, причина ограничения динамического диапазона снизу для телекамеры прототипа уже заложена в конструкции БПЗН матрицы ПЗС, а для расширения динамического диапазона целесообразно оптимизировать в фотоприемнике сам процесс преобразования «заряд - напряжение».

На световой характеристике заявляемой телекамеры (см. фиг.4) точка Б соответствует минимальной (пороговой) освещенности телекамеры Emin2 для порогового отношения сигнал/шум ψпор.=6, когда площадь затвора ΔS2 выбрана по критерию минимального внесения в видеосигнал собственных шумов матрицы. Точка А на той же характеристике соответствует минимальной освещенности Emin1 для того же порогового отношения сигнал/шум ψпор=6, а площадь ΔS2 выбрана по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования. Поэтому отношение пороговых освещенностей может составить:

По сути, в заявляемом решении на общем кристалле фотоприемника размещены две матрицы ПЗС со строчным переносом и с оптимизированным преобразованием «заряд - напряжение» для каждой из них. Предположим, что для такой матрицы ПЗС число элементов секций 3-1 и 3-2 составляет 582(V)×752(Н), а размер каждой мишени по диагонали - 1/2 дюйма.

Другой особенностью заявляемого решения является создание на фотоприемной секции 3-4 «окна» непрозрачности для светового потока путем нанесения на фотомишень технологической маски.

Пространственное положение «окна» непрозрачности должно соответствовать положению в растре телекамеры электронной «рамки», размеры которой по горизонтали и вертикали совпадают с размерами электронного «окошка» и соответствуют в единицах времени геометрическим размерам «окна» непрозрачности.

Пусть размеры фотомишени 3-4 составляют (L×H) в мм, а размеры «окна» непрозрачности - (l×h) в тех же единицах (см. фиг.3б). Предположим, что площадь «окна» непрозрачности занимает 1/9 от площади всей фотомишени. Если видимое с экрана монитора изображение имеет размеры (L1×H1), а размеры электронной «рамки» и области «окошка» составляют (a×b) в мм, как показано на фиг.3а), то имеем соотношение:

С другой стороны, для телекамеры, работающей в вещательном стандарте, размеры «рамки» и «окошка» в единицах времени составляют: а=52/3=17,3 мкс, b=288×64/3=6144 мкс.

В зависимости от геометрической формы контролируемого объекта с избыточной освещенностью и/или яркостью возможны и другие адекватные геометрические размеры «окна» непрозрачности и временные параметры «рамки» и «окошка».

Для фотоприемной секции 3-1 крутизна (S1) «свет - сигнального» преобразования (см. фиг.4) равна:

где Umax - максимальное напряжение линейного участка преобразования «свет - сигнал»;

Еmах - освещенность, при которой наступает насыщение носителями потенциальных ям фотомишени 3-1.

Крутизна «свет - сигнального» преобразования секции 3-4 (S2) составляет:

где Umax - максимальное напряжение линейного участка преобразования «свет - сигнал»;

E2 - освещенность, при которой наступает насыщение носителями потенциальных ям фотомишени 3-4.

Очевидно, что Е2mах, поэтому S1<S2.

Генератор 4 управляющих импульсов предназначен для осуществления развертки в матрице 3 ПЗС и формирования служебных импульсов для сигнального процессора 4. Входящий в его состав ВК 4-1 может быть выполнен в виде большой интегральной схемы (БИС), например, микросхемы CXD2463R фирмы Sony [3]. ПУ 4-2, служащий для преобразования уровней логических сигналов ВК 4-1 в уровни сигналов, необходимые для работы матрицы 3 ПЗС, могут быть реализованы в виде второй БИС необходимого комплекта.

Сигнальный процессор 5 предназначен для двухканального усиления и обработки сигналов изображения с выходов матрицы ПЗС; выполнения функции АРУ для каждого канала; формирования на первом и втором информационных выходах композитных видеосигналов; формирования на первом и втором выходах управления управляющих сигналов для двухканальной схемы АРВН. Сигнальный процессор 5 может быть выполнен в виде одной БИС или двух микросхем CXA1310AQ фирмы Sony [4].

Отметим, что на фиг.1 в пределах сигнального процессора 5 штриховыми линиями показаны две электрические связи: с выхода управляющего сигнала видеоусилителя 5-1 на первый выход управления блока 5 и соответственно с выхода управляющего сигнала видеоусилителя 5-2 на второй выход управления блока 5. Это определяется тем, что формируемые управляющие сигналы являются результатом детектирования сигналов изображения соответственно первого и второго каналов, а сами детекторы видеосигналов могут быть как встроены в микросхемы видеоусилителей, так и вынесены из них на общий кристалл сигнального процессора.

Формирователь 6, как и в прототипе, используя входные сигналы синхронизации строчной и кадровой частоты, вырабатывает электрические сигналы «рамка» и «окошко». Предполагается, что «толщина» электронной «рамки» составляет (1…2) элемента разложения по горизонтали и соответственно (1…2) строки по вертикали, поэтому для упрощения принято совпадение их геометрических размеров и соответствующих временных параметров.

Коммутатор-смеситель 7, как и в прототипе, предназначен для формирования композитного комбинированного видеосигнала. Яркие и светлые детали наблюдаемой телекамерой сцены передаются в нем в пределах растрового «окошка». В пределах оставшейся области кадра осуществляется передача темных и/или низкоосвещенных деталей сцены.

Телекамера (см. фиг.1) работает следующим образом.

Сигнал электронной «рамки», замешиваемый в выходной видеосигнал телекамеры, помогает оператору по наблюдаемому с экрана видеомонитора комбинированному изображению осуществить необходимое вписывание изображения сцены с высокой освещенностью и/или яркостью.

Допустим, что размещение телекамеры позволяет выполнить ее ориентирование так, чтобы сильно освещенные и/или яркие объекты воспринимались на контролируемом изображении, ограниченном электронной «рамкой», например в центральной части ее угла зрения (см. фиг.3а).

Технологическая маска, нанесенная на фотомишень 3-4, обеспечивает для нее «окно» непрозрачности входного светового потока в пределах площади, определяемой электронной «рамкой». Поэтому величина средней освещенности по всей площади фотоприемной секции 3-4 будет определяться уровнем освещенности на той ее области, которая находится на периферии «окна».

В результате для наблюдаемого заявляемой телекамерой сюжета канал АРВН и АРУ для секции 3-1 и канал АРВН и АРУ для секции 3-4 фотоприемника 3 установят различные и оптимальные значения текущей экспозиции и коэффициента усиления видеоусилителей 5-1 и 5-2 сигнального процессора 5, а именно:

Тн1н2; Ку1у2,

где Тн1, Ky1 - длительность текущего накопления в секции 3-1 и коэффициент усиления видеусилителя 5-1;

Тн2, Ку2 - длительность текущего накопления в секции 3-4 и коэффициент усиления видеоусилителя 5-2.

Отметим, что управление электронным затвором секции 3-1 осуществляется с третьего выхода ПУ 4-2 по цепи обратной связи с выхода БПЗН 3-3 на первый управляющий вход ВК 4-1, а управление электронным затвором секции 3-4 - с четвертого выхода ПУ 4-2 по цепи обратной связи с выхода БПЗН 3-6 на второй управляющий вход ВК 4-1.

Использование «окна» непрозрачности позволяет избежать световой перегрузки фотоприемной секции 3-4 матрицы ПЗС.Но, по сравнению с прототипом, благодаря оптимизации площади затвора (ΔS2) в БПЗН 3-6 обеспечивается дополнительное повышение отношения сигнал/шум для темных и/или низкоосвещенных деталей сцены.

Этот фактор служит основанием утверждать о расширении динамического диапазона телекамеры, оцениваемого по выходному композитному видеосигналу. Если обратиться к световой характеристике телекамеры (см. фиг.4), то для прототипа диапазон рабочих освещенностей составляет (Emin1…Еmах), а для заявляемого решения - (Emin2…Emax), который потенциально шире первого диапазона на порядок.

В предлагаемой телекамере составляющие комбинированного изображения рождаются в зарядовой форме на кристалле единственной матрицы ПЗС, а не на двух кристаллах, как это реализовано в прототипе. Поэтому точность формирования и поддержания комбинированного изображения в заявляемой телекамере по сравнению с прототипом будет заведомо выше.

В настоящее время все блоки предлагаемого решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

Источники информации

1. Патент №2389151 РФ. МПК H04N 5/225. Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов / В.М.Смелков // БИ №13. - 2010.

2. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.

3. Микросхема CXA1310AQ фирмы Sony. Single Chip Processing for CCD Camera. Инструкция для пользователя на английском языке, с.1-14.

4. Микросхема CXD2463R фирмы Sony. Timing Controller for CCD Camera. Инструкция для пользователя на английском языке. С.1-12.

Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, содержащая последовательно расположенные и оптически связанные объектив и светоделитель, причем первый выход светоделителя оптически связан с фотомишенью матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) с организацией «строчный перенос», состоящей из последовательно связанных зарядовой связью первой фотоприемной секции, первого горизонтального регистра и первого блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера (ВК) и преобразователей уровней (ПУ), формирователь сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель, причем первый и второй выходы ПУ подключены соответственно к управляющим входам первой фотоприемной секции и первого горизонтального регистра матрицы ПЗС, а третий выход ПУ - к электронному затвору первой фотоприемной секции, при этом выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый информационный вход сигнального процессора к информационному входу первого видеоусилителя, управляющий вход которого, являющийся управляющим входом сигнального процессора, подключен ко второму выходу ВК, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу управления сигнального процессора, первый информационный выход которого, являющийся выходом «видео» первого видеоусилителя, подключен к первому информационному входу коммутатора-смесителя, выход которого является выходом «видео» телекамеры, первый и второй управляющие входы коммутатора-смесителя подключены соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя, вход строчной и вход кадровой синхронизации которого подключены соответственно к выходам строчных и кадровых синхроимпульсов ВК, а также второй видеоусилитель и последовательно связанные зарядовой связью вторую фотоприемную секцию, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН, причем вторая фотоприемная секция, геометрические размеры которой совпадают с геометрическими размерами первой фотоприемной секции, оптически связана со вторым выходом светоделителя, а на нее нанесена технологическая маска, обеспечивающая для входного светового потока «окно» непрозрачности, пространственное положение которого и его геометрические размеры соответствуют временному размещению в растре и параметрам в единицах времени для электронной «рамки» и электронного «окошка», отличающаяся тем, что вторая фотоприемная секция, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН введены на кристалл матрицы ПЗС, а второй видеоусилитель введен в сигнальный процессор, причем управляющие входы второй фотоприемной секции и второго горизонтального регистра подключены соответственно к первому и второму выходам ПУ, а электронный затвор второй фотоприемной секции - к четвертому выходу ПУ, выход второго БПЗН матрицы ПЗС через второй информационный вход сигнального процессора - к информационному входу второго видеоусилителя, управляющий вход которого подключен к управляющему входу сигнального процессора, второй выход управления которого подключен ко второму управляющему входу ВК, выход «видео» второго видеоусилителя, являющийся вторым информационным выходом сигнального процессора, подключен ко второму информационному входу коммутатора-смесителя, причем площадь ΔS1 затвора полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, а площадь ΔS2 затвора аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, при этом ΔS1>ΔS2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к телекамерам, работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, когда в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.

Изобретение относится к оптическим устройствам различного назначения, содержащих линзы и оптические стекла, в частности к видео-, кино- и фотокамерам. .

Изобретение относится к телекамерам, работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, когда в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в составе систем видеонаблюдения. .

Изобретение относится к области оптоэлектроники, а именно к области цифровых камер. .

Изобретение относится к устройствам захвата и формирования изображения. .

Изобретение относится к средствам формирования изображений. .

Изобретение относится к телевизионным камерам, выполненным на основе преобразователей «свет-сигнал» в виде матриц приборов с зарядовой связью (ПЗС) и работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, когда в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.

Изобретение относится к средствам контроля и наблюдения, а более конкретно к средствам контроля и наблюдения с приводом устройства для съема сигнала, предназначенного для перемещения устройства для съема сигнала в направлении оптической оси.

Изобретение относится к телевизионным системам, работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, когда в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.

Изобретение относится к области оптических приборов, и в частности к фото/видеокамерам для получения трехмерных (3D) изображений

Изобретение относится к мобильным телефонам складного типа, содержащим первую часть и вторую часть

Изобретение относится к устройствам формирования изображения

Изобретение относится к телекамерам, выполненным на основе преобразователя «свет - сигнал» в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) и работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов

Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано для анализа интерферограмм оптических изделий, выполняемого в телевизионных системах

Изобретение относится к системам захвата трехмерного изображения

Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано для анализа интерферограмм по методу рекурсивной фильтрации сигнала изображения в телевизионных системах, где в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС)

Изобретение относится к технике связи, а именно беспроводной связи ближнего радиуса действия

Изобретение относится к области оптических систем, а именно систем для формирования излучения лазерных диодов, в частности, в системах подсветки активных 3D камер на лазерных диодах
Наверх