Устройство оцифровывания изображения кадра

Изобретение относится к средствам оцифровки изображения кадра. Техническим результатом является повышение разрешения кадра посредством выполнения элементов матрицы преобразователями “яркость излучения цветов R, G, B - три кода”, выдающими синхронно коды трех цветов R, G, B. Устройство содержит объектив, приемник изображения, включающий матрицу элементов по числу разрешения кадра 10⁶, расположенную в фокальной плоскости объектива и имеющую три группы выходов кодов цветов R, G, B, включает три блока регистров и генератор управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы частоты кадров /25 Гц/, подключенный к управляющим входам в элементах матрицы, со второго выхода - импульсы частоты дискретизации кодов, подключенные параллельно ко вторым управляющим входам первого - третьего блоков регистров. 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии оцифровывания изображения кадра может быть использовано для получения цифровых изображений в цифровых видеокамерах и фотоаппаратах.

Прототипом является устройство оцифровывания изображения кадра [1], содержащее матричный приемник изображения с разрешением 10⁶, расположенный в фокальной плоскости объектива, три группы выходов которого подключены к входам трех блоков ключей, выходы которых подключены к входам трех блоков регистров, и генератор управляющих сигналов выдающий с первого выхода импульсы частоты кадров 25 Гц, со второго выхода импульсы частоты дискретизации 25 МГц кодов, с третьего выхода импульсы частоты кадров с периодом длительности кадра на управляющие входы ключей в блоках регистров, выходы которых являются выходами устройства. Недостатком прототипа является исполнение элемента матрицы из трех преобразователей “яркость излучения - код”, каждый из которых преобразует излучение одного цвета из трех R, G, B в код, при трех преобразователях элемент матрицы имеет большие поперечные размеры, что снижает разрешение матричного приемника изображения кадра.

Цель изобретения - получить синхронно коды трех цветов R, G, В одним преобразователем и увеличить разрешение кадра. Техническим результатом является снижение размеров элемента матрицы и увеличение ее разрешения выполнением элемента матрицы из одного преобразователя “яркость излучения цветов R, G, B - три кода”.

Сущность заявляемого устройства, содержащего объектив и матрицу, три блока регистров и генератор управляющих сигналов, - в исполнении каждого элемента матрицы преобразователем “яркость излучения цветов R, G, B - три кода” и введении в устройство вместо трех блоков ключей трех блоков восьмиразрядных регистров, каждый из которых содержит восьмиразрядные регистры по числу элементов в матрице.

Устройство 1 оцифровывания изображения кадра приведено на фиг.1; преобразователь “яркость излучения цветов R, G, B - три кода” - на фиг.2-4; блок регистров - на фиг.5; элемент приема отраженного от микрозеркала излучения - на фиг.6.

Устройство оцифровывания изображения кадра /фиг.1/ включает объектив 2, в фокальной плоскости которого расположена приемная сторона с приемника 3 изображения, содержащая матрицу из 10⁶ элементов. Три группы выходов сигналов цветов R, G, B каждая с первого по 8×10⁶ с элементов матрицы подключены к 8×10⁶ входам блоков 4, 5, 6 восьмиразрядных регистров, выходы которых с первого по 4×10⁶ подключены к входам 4×10⁶ вторых блоков регистров 7, 8, 9. Устройство 1 включает генератор 10 управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы U_к частоты кадров 25 Гц, подключенный к управляющим входам преобразователей в элементах матрицы, со второго выхода - импульсы 25 МГц дискретизации кодов U_д, подключенный к вторым управляющим входам блоков 4, 5, 6, 7, 8, 9 регистров, с третьего выхода импульсы 25 Гц с периодом длительности кадра 40 мс, подключенный к первым управляющим входам U_от блоков 7, 8, 9 регистров, с четвертого выхода импульсы частотой 200 МГц на третьи управляющие входы блоков 4, 5, 6. Каждый элемент матрицы является преобразователем “яркость излучения цветов R, G, B - три кода” и включает /фиг.2/ непрозрачный корпус 11, во входном окне которого размещен один непрозрачный микросветофильтр 12, выполняющий роль входной двери, прикрепленный к первому /свободному/ концу микропьезоэлемента 13, в отсутствие управляющего импульса с блока 10 /выход 1/ входное окно корпуса 11 закрыто непрозрачным микросветофильтром 12, второй конец микропьезоэлемента 13 жестко закреплен в корпусе 11 и через диод подключен к первому выходу генератора 10. Управляющий импульс имеет длительность 0,1 мс частотой 25 Гц с амплитудой, достаточной для срабатывания микропьезоэлемента 13 на изгиб [2, с.26], и открывает проход излучению от объекта съемки на микролинзу 15. За микролинзой 15, выполняющей роль объектива, по ее оптической оси и под углом 45° к ней последовательно на равном расстоянии друг от друга расположены и жестко закреплены по числу разрядов в коде восемь полупрозрачных микрозеркал 16_1-8, каждое впереди расположенное микрозеркало 16 пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, для чего каждое микрозеркало имеет светоделительное покрытие, выполняющее отношение отраженного излучения к пропущенному как 1:0,5 [3, с.223]. В стенке корпуса 11 преобразователя, к которой повернуты микрозеркала 16, в местах прихода отраженного излучения выполнены восемь идентичных фотоприемников 17_8-1 /фиг.6/, каждый имеет форму диска и содержит три равных по площади фотоприемных сектора для приема отраженного от микрозеркала излучения цветов R, G, B: первый сектор фотоприемника 17 для приема красной части излучения имеет на своем секторе красный светофильтр, второй сектор принимает излучение зеленого цвета и имеет зеленый светофильтр G, третий сектор принимает излучение синего цвета B и имеет синий светофильтр. Каждый фотоприемный сектор имеет свой выход, подключенный к входу своего импульсного усилителя 18 /фиг.2/, выполненного печатным способом на внешней стороне корпуса преобразователя. Выход каждого импульсного усилителя 18 подключен к входу своего разряда в восьмиразрядном регистре 20 /фиг.2/. С окончанием прохода излучения по микрозеркалам 16_1-8 с выходов импульсных усилителей 18 их импульсы заполнят в регистре 20 свои разряды. В момент поступления импульса 25 МГц на управляющий вход U_от ключа 21 /фиг.2/ в блоках 4, 5, 6 восьмиразрядных регистров ключи 21 открываются и один импульс U_выд частотой 200 МГц /25 МГц×8/ с выхода ключа 21 выдает из соответствующего разряда регистра 20 старший сигнал кода, выданный сигнал старшего разряда кода с регистра 20 поступает на соответствующий вход в шифраторе 22, он же закроет и ключ 21. В результате на вход шифратора 22 всегда поступит только один импульс, а номер разряда, с которого он был выдан, шифратор 22 кодирует четырехразрядным кодом и выдает его в следующий блок 7 /8, 9/ регистров. Ключ 19 открывается импульсом U_от с выхода импульсного усилителя 18₈ в самом начале процесса прохода излучения по микрозеркалам 16. С приходом переднего фронта следующего импульса кадра 25 Гц ключ 19 закрывается, а все разряды регистра 20 обнуляются к повторению процесса. С выходов блоков 4, 5, 6 на входы блоков 7, 8, 9 регистров всегда будут поступать четырехразрядные коды, представляющие номер разряда, в котором был импульс старшего разряда в восьмиразрядном коде в регистре 20 /фиг.2/. Комбинации четырехразрядных кодов после повторного кодирования приведены в таблице.

Коды в регистрах 20 блоков 4, 5, 6	Коды с выходов шифратора 22
00000001	0001 /1/
00000010	0010 /2/
00000100	0011 /3/
00001000	0100 /4/
00010000	0101 /5/
00100000	0110 /6/
01000000	0111 /7/
10000000	1000 /8/

Четырехразрядные коды с блоков 4, 5, 6 восьмиразрядных регистров поступают в параллельном виде в блоки 7, 8, 9 регистров, выполненные идентично /фиг.5/, каждый включает четырехразрядные регистры 25 по числу разрешения кадра с первого по 10⁶ и последовательно соединенные ключ 23 и распределитель 24 импульсов. Информационными входами в блоках 7, 8, 9 регистров являются первый-четвертый параллельные входы всех регистров 25 входов 4×10⁶, выходами являются поразрядно объединенные первый-четвертый выходы всех регистров 25. Первым управляющим входом является вход U_от ключа 23, подключенный к третьему выходу блока 10, вторым управляющим входом U_д является сигнальный вход ключа 23, подключенный к второму выходу блока 10. Ключ 23 открывается передним фронтом импульса 25 Гц на длительность кадра 40 мс, закрывается задним фронтом импульса. При открытом ключе 23 на вход распределителя 24 импульсов поступают импульсы U_д 25 МГц, сигналы с выходов блока 23 являются сигналами U_выд кодов последовательно из регистров 25 с первого по 10⁶ на воспроизведение видеокадра или на запись его на соответствующий носитель.

Работа устройства оцифровывания кадра

Объектив 2 проецирует изображение кадра на входы элементов матрицы приемника 3 изображения. Преобразователи “яркость излучения цветов R, G, B - три кода” выдают в параллельном виде восьмиразрядные коды с сигналами во всех разрядах от младшего до сигнала в старшем разряде кода в такие же разряды регистров 20 в блоках 4, 5, 6 регистров, в которых выполняется повторное кодирование, и с выходов блоков 4, 5, 6 четырехразрядные коды в параллельном виде поступают в блоки 7, 8, 9 регистров. Оцифровывание кадра выполняется за один период кадра 40 мс. Повторное кодирование позволяет сократить число соединений от блоков 4, 5, 6 к блокам 7, 8, 9 в два раза, а в блоках регистров 7, 8, 9 использовать не 8-разрядные регистры, а 4-разрядные.

Применение преобразователей в элементах матрицы позволяет повысить разрешение матрицы в три раза. Для воспроизведения видеоинформации 4-разрядные коды легко переводятся в обратном порядке в 8-разрядные коды [4, с.202].

Использованные источники

1. Патент РФ №2452026 C1, кл. G06T 9/00 бюл.15 от 27.05.12 г.

2. А.Ф.Плонский, В.И.Теаро. "Пьезоэлектроника". М., "Знание", 1979, с.26, 21-я строка сверху.

3. Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов. Теория оптических систем. М., 1973, с.223.

4. В.Н.Тутевич. Телемеханика. 2-е изд. М., 1985, с.202, 207.

5. В.В.Фролов. "Язык радиосхем". 2-е изд. М., "Радио и связь", 1989, с.5.

Устройство оцифровывания изображения кадра, содержащее объектив и приемник изображения, включающий матрицу элементов по числу разрешения кадра 10⁶, расположенную в фокальной плоскости объектива и имеющую три группы выходов кодов цветов R, G, B, включает три блока регистров и генератор управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы частоты кадров /25 Гц/, подключенный к управляющим входам в элементах матрицы, со второго выхода - импульсы частоты дискретизации кодов, подключенные параллельно ко вторым управляющим входам первого - третьего блоков регистров, с третьего выхода импульсы частоты кадров с периодом длительности кадра, подключенный параллельно к первым управляющим входам первого, второго и третьего блоков регистров, каждый элемент матрицы является преобразователем яркости излучения в коды, выполненные идентично, каждый включает непрозрачный корпус, в передней части которого в непрозрачной перегородке закреплен микрообъектив, по оптической оси которого и под углом 45° к ней последовательно друг за другом расположены и жестко закреплены по числу разрядов в коде полупрозрачные микрозеркала, каждое впереди расположенное полупрозрачное микрозеркало пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, полупрозрачные микрозеркала имеют светоделительное покрытие, выполняющее отношение отраженного излучения к пропущенному как 1:0,5, на стороне корпуса преобразователя, к которой повернуты микрозеркала, и по их числу расположены фотоприемники, принимающие отраженное микрозеркалами излучение, и выходы которых являются информационными выходами преобразователя яркости излучения в коды, выходы блоков регистров являются первым, вторым и третьим выходами устройства оцифровывания изображения кадра, блоки регистров выполнены идентично, каждый включает регистры по числу разрешения матрицы 10⁶, последовательно соединенные ключ и распределитель импульсов, выходы которого с первого по 10⁶ подключены последовательно к управляющим входам U_выд - в каждом регистре, информационными входами каждого блока регистров являются входы всех регистров, управляющими входами которых являются: первым - первый управляющий вход U_от ключа, подключенный к третьему выходу генератора управляющих сигналов; вторым - сигнальный вход ключа, подключенный ко второму выходу генератора управляющих сигналов, выходы всех регистров в каждом блоке регистров поразрядно объединены и являются выходами устройства оцифровывания изображения кадра, отличающееся тем, что каждый элемент матрицы выполнен преобразователем “яркость излучения цветов R, G, B - три кода” и в устройство введены первый, второй и третий блоки восьмиразрядных регистров, преобразователи “яркость излучения цветов R, G, B - три кода” выполнены идентично, каждый имеет непрозрачный корпус формой прямоугольного параллелипипеда, во входном окне которого расположен непрозрачный микросветофильтр, выполняющий роль входной двери, прикрепленный к первому /свободному/ концу микропьезоэлемента, второй конец которого жестко закреплен в корпусе и через диод подключен к первому выходу /25 Гц/ генератора управляющих сигналов, по оптической оси микрообъектива и под углом 45° к ней по числу разрядов в коде расположены восемь полупрозрачных микрозеркал, на стороне корпуса, к которой повернуты микрозеркала, в местах прихода отраженного излучения расположены восемь идентичных фотоприемников, каждый из которых имеет форму диска и состоит из трех равных по площади фотоприемных секторов, синхронно воспринимающих отраженные от микрозеркал излучения цветов R, G, В: первый фотоприемный сектор имеет на стороне облучения красный R светофильтр и воспринимает отражение красного цвета из общего отраженного излучения; второй фотоприемный сектор на стороне облучения имеет зеленый G светофильтр и воспринимает отражение зеленой G части излучения; третий фотоприемный сектор имеет на стороне облучения синий светофильтр B и воспринимает синее излучение из общего отраженного потока, выход каждого фотоприемного сектора подключен к входу своего импульсного усилителя, которые выполнены на внешней стороне корпуса преобразователя, выход каждого импульсного усилителя подключен к входу своего разряда в восьмиразрядном регистре введенного блока восьмиразрядных регистров, выходы импульсных усилителей, принимающие сигналы цвета R, подключены к входам разрядов восьмиразрядного регистра в первом блоке восьмиразрядных регистров, выходы импульсных усилителей, принимающих сигналы цвета G, подключены к входам разрядов восьмиразрядного регистра во втором блоке восьмиразрядных регистров, выходы импульсных усилителей, примающие сигналы цвета B, подключены к входам восьмиразрядных регистров в третьем блоке восьмиразрядных регистров, первый - третий блоки восьмиразрядных регистров выполнены идентично, каждый включает по числу элементов в матрице функциональные группы, каждая из которых включает восьмиразрядный регистр, шифратор, входы которого подключены к выходам разрядов восьмиразрядного регистра, первый и второй ключи, информационными входами функциональной группы являются входы первого - восьмого разрядов регистра, подключенные к выходам соответствующих импульсных усилителей обслуживаемого преобразователя “яркость излучения цветов R, G, B - три кода”, первым управляющим входом каждой функциональной группы является сигнальный вход /25 Гц/ первого ключа, подключенный к первому выходу генератора управляющих сигналов, первый управляющий вход U_от первого ключа подключен к входу восьмого разряда регистра, сигнал с выхода первого ключа обнуляет параллельно все разряды восьмиразрядного регистра, второй управляющий вход U_з первого ключа подключен к выходу своего ключа, вторым управляющим входом функциональной группы является первый управляющий вход U_от /25 МГц/ второго ключа, который в открытом состоянии пропускает импульсы 200 МГц и подключен к четвертому выходу генератора управляющих сигналов, являющихся сигналами U_выд выдачи импульсов с разрядов восьмиразрядного регистра в последовательности от старшего /первого/ разряда к младшему /восьмому/ разряду на соответствующие входы шифратора, выходы первого - восьмого разрядов регистра через диоды объединены и подключены ко второму управляющему U_з входу второго ключа, обеспечивая выдачу на вход шифратора только сигналы старшего разряда кода, первый - четвертый выходы всех шифраторов в каждом блоке восьмиразрядных регистров составляют 4×10⁶ выходы, которые подключены соответственно к 4×10⁶ входам своего блока регистров, каждый из которых содержит 10⁶ четырехразрядные регистры, первый - четвертый разряды в каждом блоке регистров поразрядно объединены и являются первым - четвертым выходами каждого блока регистров, первый - четвертый выходы первого, второго и третьего блоков регистров являются первым, вторым и третьим выходами устройства оцифровывания изображения кадра.