Способ увеличения динамического диапазона в ячейках фотоприемной матрицы ик диапазона

Изобретение относится к области приема и обработки оптической информации и касается способа увеличения динамического диапазона в ячейках фотоприемной матрицы ИК диапазона. Способ включает в себя индивидуальную автоподстройку времени накопления для каждого пикселя фотоприемной матрицы. На вход антиблюминга накопительной ячейки схемы считывания сигнала подают ступенчатое напряжение антиблюминга с периодом кадра, содержащее несколько последовательно увеличивающихся уровней. Длительность каждого следующего уровня короче, чем длительность предыдущего уровня. В результате для пикселей с низким уровнем освещенности время накопления остается постоянным, а для пикселей с высоким уровнем освещенности время накопления уменьшается обратно пропорционально величине фотоэлектрического сигнала. Технический результат заключается в расширении динамического диапазона и повышении информативности получаемого изображения. 4 ил.

 

Изобретение относится к области приема и обработки оптической информации матричными преобразователями изображений (МПИ) в условиях высокого контраста наблюдаемых объектов.

Известен способ расширения динамического диапазона (multi-framing), основанный на суперпозиции подкадров с различным временем накопления программно-аппаратными средствами за пределами МПИ [A. Richards and В. Cromwell, Superframing: Scene Dynamic Range Extension of Infrared Cameras. FLIR Systems, Indigo Operations]. В этом способе предполагается запоминание подкадров изображения с изменяемым временем накопления, например, по закону Tn=T02n, где n - порядковый номер подкадра (0, 1, 2, …). При этом синтезируется изображение с широким динамическим диапазоном и с передаточной характеристикой, близкой к логарифмической. Существенным недостатком этого способа является снижение кадровой частоты МПИ в n раз, что допустимо только при наблюдении статических или малоподвижных объектов.

Известен способ расширения динамического диапазона (solar-cell mode), основанный на логарифмической зависимости фото-ЭДС на p-n переходе от освещенности фоточувствительного элемента, т.е. режим «солнечного элемента» [Yang Ni, et al. A 768×576 Logarithmic Image Sensor. New Image Technologies SA]. Притом что динамический диапазон в этом варианте расширяется до 120-140 дБ, существует ряд следующих недостатков: низкая чувствительность, порядка 60-90 мВ на декаду изменения фототока; низкая скорость стекания фотогенерированного заряда при слабых уровнях освещенности; большой уровень геометрического шума, связанный с температурной зависимостью ВАХ p-n переходов. Кроме того, для режима «солнечного элемента» требуется специально разработанная технология изготовления фоточувствительной матрицы для исключения межэлементной взаимосвязи при прямом смещении фотодетекторов, характерном для этого режима.

Известен способ расширения динамического диапазона (multi-reset), основанный на дополнительном сбросе накопительной емкости в течение кадра [SypressSemiconductor. «LUPA1300-2». Available at htpp//:www.supress.com, 2008]. Этот способ наиболее близок к заявляемому техническому решению и принят за прототип. К недостаткам прототипа можно отнести то, что он эффективен только в накопительных ячейках с интегрированием фототока на собственной емкости фотодетектора, применяемых в МПИ видимого диапазона. В МПИ коротковолнового ИК диапазона накопительные ячейки преимущественно строятся по схеме с емкостным трансимпедансным усилителем (CTIA - capacitance trans impedance amplifier), которая позволяет стабилизировать рабочий режим фотодетектора в широком диапазоне освещенностей, а также реализовать режим snap-shot (мгновенная фотография) с высокой кадровой частотой.

Техническим результатом является значительное (более чем на 2 порядка) расширение динамического диапазона МПИ, вследствие чего повышается информативность получаемого изображения.

Технический результат достигается за счет применения в МПИ способа расширения динамического диапазона интегральной схемы считывания, состоящего в том, что в течение каждого кадра на вход антиблюминга накопительной ячейки интегральной схемы считывания сигнала подается не постоянное, а ступенчатое напряжение антиблюминга, содержащее несколько последовательно увеличивающихся уровней, первый из которых имеет длительность, превышающую длительность второго уровня, второй имеет длительность, превышающую длительность третьего уровня и т.д., в результате чего, для пикселей с низким уровнем освещенности время накопления остается постоянным и равным периоду кадра, а для пикселей с высоким уровнем освещенности время накопления уменьшается обратно пропорционально величине фотоэлектрического сигнала, что приводит к формированию линейно-логарифмической передаточной характеристики.

Особенностью функционирования МПИ в коротковолновом ИК диапазоне является необходимость регистрации изменений освещенности на четыре-пять порядков в пределах наблюдаемой сцены. Накопительные ячейки интегральных схем считывания фотосигнала с линейной передаточной характеристикой не в состоянии обеспечить детальную передачу столь высококонтрастного изображения. В связи с этим к накопительным ячейкам предъявляются повышенные требования по величине динамического диапазона.

Суть заявляемого устройства поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена элементарная схема устройства.

На фиг. 2, 3 приведены диаграммы работы устройства.

На фиг. 4 приведены фотографии применения данного устройства.

Суть предлагаемого способа расширения динамического диапазона можно охарактеризовать как введение в накопительные ячейки МПИ функции «динамического антиблюминга». Обычно транзистор антиблюминга стоит в каждой накопительной ячейке и ограничивает накопленное напряжение при больших засветках, снижая при этом взаимосвязь между ячейками, но не расширяя динамический диапазон. Типичная накопительная ячейка со схемой CTIA и с p-канальным транзистором антиблюминга PMOS приведена на фиг. 1. Рост напряжения на накопительной емкости Cint происходит пропорционально фототоку Ip и времени накопления tint до заданного уровня ограничения Vmax:

где VABL - напряжение антиблюминга, VT - пороговое напряжение р-МОП транзистора антиблюминга.

В предлагаемом способе вместо статического напряжения на вход антиблюминга подается ступенчатое напряжение с двумя уровнями: VABL1 (интервал 0-1), VABL2 (интервал 1-2) (фиг. 2). В соответствии с выражением (1), максимальные значения накопленного напряжения Vmax на каждом из интервалов будут заданы уровнями (VABL1+VT) и (VABL2+VT).

Если напряжение заряда накопительного конденсатора Vint(t) достигает уровня Vmax1, то оно перестает дальше расти и процесс накопления останавливается до включения следующего уровня антиблюминга. При фототоке Ip1 напряжение Vint(t) не достигает первого уровня ограничения, равного Vmax1=VABL1+VT, поэтому накопление идет в течение полного кадра, т.е. время накопления равно tint(Ip1)=t0-1-2. При фототоке Ip2>Ip1 напряжение Vint(t) достигает первого уровня ограничения и до момента окончания интервала 0-1 не меняется. При переключении напряжения антиблюминга VABL на уровень VABL2 растет уровень второго ограничения Vmax2=VABL2+VT и, соответственно, напряжение Vint(t) снова начинает расти на интервале 1-2 до конца кадра. Моментом начала накопления в этом случае будет «плавающая» точка 0', а время накопления при этом снижается до значения:

Аналогично, при фототоке Iр3>Ip2 время накопления будет еще ниже:

Таким образом, время накопления в ячейке автоматически снижается при увеличении уровня фототока. На фиг. 3 приведены зависимости времени накопления tint в ячейке и соответствующего выходного сигнала Vint от величины фототока Ip при двух уровнях напряжения VABL. Следует отметить, что вид функции tint=f(Ip), определяющей ширину динамического диапазона, может оптимизироваться за счет выбора параметров напряжения VABL в зависимости от распределения и соотношения яркостей фрагментов наблюдаемой сцены.

Способ увеличения динамического диапазона в ячейках фотоприемной матрицы ИК диапазона, включающий индивидуальную автоподстройку времени накопления для каждого пиксела фотоприемной матрицы, отличающийся тем, что на вход антиблюминга накопительной ячейки схемы считывания сигнала подают не постоянное, а ступенчатое напряжение антиблюминга с периодом кадра, содержащее несколько последовательно увеличивающихся уровней, первый из которых имеет длительность, превышающую длительность второго уровня, второй имеет длительность, превышающую длительность третьего уровня, и т.д., в результате чего для пикселей с низким уровнем освещенности время накопления остается постоянным, а для пикселей с высоким уровнем освещенности время накопления уменьшается обратно пропорционально величине фотоэлектрического сигнала.



 

Похожие патенты:

Способ активно-импульсного видения основан на использовании возможностей ПЗС фотоприемника со строчным переносом. Способ включает подсветку сцены импульсным источником излучения, восприятие отраженного света с помощью фотоприемного устройства и визуализацию.

Способ активно-импульсного видения основан на использовании возможностей ПЗС фотоприемника со строчным переносом. Способ включает подсветку сцены импульсным источником излучения, восприятие отраженного света с помощью фотоприемного устройства и визуализацию.

Изобретение относится к области технологии терминалов и касается способа и устройства для настройки параметров фотографирования. Способ включает в себя получение параметров фотосъемки для настройки подчиненного устройства в соответствии с текущим установленным режимом фотосъемки.

Изобретение относится к области технологии терминалов и касается способа и устройства для настройки параметров фотографирования. Способ включает в себя получение параметров фотосъемки для настройки подчиненного устройства в соответствии с текущим установленным режимом фотосъемки.

Способ и устройство для регулировки параметров фотографирования основаны на определении размера зрачка фотографа и регулировку параметров фотографирования согласно размеру зрачка.

Изобретение относится к области терминальной технологии, а именно к измерению освещенности. Технический результат – улучшение точности измерения освещенности.

Устройство съемки изображений выполняет операцию кадрового электронного затвора, в которой периоды экспонирования множества пикселов совпадают друг с другом. В первый период, в который элемент фотоэлектрического преобразования сохраняет заряд, по меньшей мере, одного из пикселов, сигналы на основе зарядов, сохраненных в элементах удерживания пикселов, последовательно выводятся в выходные линии.

Изобретение относится к основанной на анализе изображений автоматической экспокоррекции в отношении видеоинформации или сигналов изображения, поступающих в домашние системы связи.

Изобретение относится к области обработки цифрового сигнала. Технический результат - обеспечение стабилизации цифрового видеоизображения.

Изобретение относится к средствам регистрации оптических изображений и может быть использовано в системах скоростной цифровой съемки для исследования быстропротекающих процессов, когда изображение объекта исследования формируют с помощью различных видов излучений: электромагнитного излучения (ЭМИ) или проникающего излучения, например, протонного.

Изобретение относится к области видеонаблюдения, в частности к обработке видеоинформации с камер видеонаблюдения для отслеживания движущихся объектов в реальном времени или при просмотре архивного видео.

Изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе матричных телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), в которых обеспечена электронная регулировка чувствительности за счет изменения внутрикадрового времени накопления.

Изобретение относится к модулю формирования изображений и устройству формирования изображений. Техническим результатом является расширение динамического диапазона модуля формирования изображений.

Изобретение относится к способу и системе для генерации видеопродукции. Технический результат заключается в обеспечении автоматического производства видеопродукции с минимальным вмешательством оператора или без него в режиме реального времени для записи видеоизображений широкого круга событий.

Изобретение относится к съемочному устройству и системе визуализации для управления приготовлением лекарственных препаратов. Технический результат заключается в обеспечении бездокументарного отчета о приготовлении лекарственных препаратов с помощью графического интерфейса в сочетании со сравнительным видеоанализом, для того чтобы вызвать возможное срабатывание соответствующего предупреждения с контролем в режиме реального времени и апостериорным контролем.

Изобретение относится к устройствам управления отображением. Технический результат заключается в обеспечении возможности осуществления управления отображением путем переключения критерия для увеличения или уменьшения объекта масштабирования.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения. Цифровой коллиматор включает оптически связанные осветитель, тест-объект, объектив, светоделитель и передающий объектив.
Изобретение относится к области видеонаблюдения и обработки видеоданных, в частности к эмуляции нескольких фиксированных видеокамер с одной поворотной (PTZ) видеокамеры.

Способ активно-импульсного видения основан на использовании возможностей ПЗС фотоприемника со строчным переносом. Способ включает подсветку сцены импульсным источником излучения, восприятие отраженного света с помощью фотоприемного устройства и визуализацию.

Группа изобретений относится к медицине. Группа изобретений представлена способом определения жизненно важных показателей человеческого тела, устройством для определения жизненно важных показателей, способом аутентификации человека и способом для распознавания реакции человека.

Изобретение относится к бортовому устройству. Бортовое устройство содержит модуль обнаружения накоплений, модуль выбора и модуль определения удаления.

Изобретение относится к области приема и обработки оптической информации и касается способа увеличения динамического диапазона в ячейках фотоприемной матрицы ИК диапазона. Способ включает в себя индивидуальную автоподстройку времени накопления для каждого пикселя фотоприемной матрицы. На вход антиблюминга накопительной ячейки схемы считывания сигнала подают ступенчатое напряжение антиблюминга с периодом кадра, содержащее несколько последовательно увеличивающихся уровней. Длительность каждого следующего уровня короче, чем длительность предыдущего уровня. В результате для пикселей с низким уровнем освещенности время накопления остается постоянным, а для пикселей с высоким уровнем освещенности время накопления уменьшается обратно пропорционально величине фотоэлектрического сигнала. Технический результат заключается в расширении динамического диапазона и повышении информативности получаемого изображения. 4 ил.

Наверх