CN85109667A - 利用场的交替对电荷耦合器件成象帧频闪烁的抑制 - Google Patents

Abstract

在采用CCD成象的电视摄象机中帧频闪烁趋向应用场至场隔行扫描的方法。对奇数和偶数场分离直流恢复电路以抑制帧频闪烁，这归因于从场至场的黑电平变化。

Description

本发明涉及电荷耦合器件（CCD）成象在以隔行扫描取样的相继各场中，采用读出幅射能量图象，特别涉及到这种成象驱动视频信号以抑制其中的帧频闪烁。

由CCD成象器的输出提供的视频信号取样，通常用交流耦合到一个直流恢复电路，在行回扫时间内被箝位到预定的直流电位。在行回扫期间，CCD成象器输出的信号被箝位，其输出信号在黑电平上。通常交流耦合系由电阻耦合提供，在此耦合中视频信号取样通过一隔直流电容器而呈现在耦合电阻上。例如此耦合电阻可能是一个放大器件的输入电阻。在直流恢复期间，此耦合电阻被一个相当小阻值的箝位电阻分路。RC时间常数与隔直流电容器及箝位电阻有关;将它除以箝位的利用因数子，在下文中作为“箝位时间常数”。在控制帧频闪烁能见度中发现，这是一个重要因素。

在行回扫的短时间间隔中，对黑电平进行了箝位，高于行扫描率的频率上的噪声分量具有可估计的幅值。箝位使这些噪声分量叠加于黑电平上，在整个行扫描期间，对这些分量取样，并保持展宽它们的范围。这使得整幅电视图象提高了平均亮度中的水平条纹变化，即所谓“条纹噪声”。实际上为了利用积分减小条纹噪声，而使RC时间常数较长，相当于多倍行扫描时间。但是产生与此相关的不希望有的边缘效应。当箝位时间常数比一行扫描时间长得多时，帧频闪烁变成更为明显。

发明人认为帧频闪烁由两种通常形式的来源所产生。第一种形式是一组交变场的光转换效率和另一组交变场的光转换效率不同，这引起在静态图象的相继场中相应电荷包的不同，而取样关系到它们的光电响应分量的幅值。这种形式的帧频闪烁可以通过这样安排得到降低，即在所有的场中使图象积分间隔都有相同的持续时间。实际上通常这可以做二件事来达到。第一，使所有各场时间严格为同样长，而场转移时间发生在离开一个场的间隔。第二，这一组交变场的积分电压加到图象寄存器的门电极上，这样使对所有各场的收集功效相同。在任何情况下，这种帧频闪烁可以通过对交变场的不同增益进行调整，使其为零，实际上这种零调整随时间而趋向稳定。

第二种形式，并且不太明显的帧频闪烁的形成是由两组交变场实际上不相同的黑电平所引起的。黑电平取样由场变换或隔行扫描转换形成的CCD成象器提供的，而在直流恢复箝位期间内由过扫描的输出行寄存器产生。那就是输出行寄存器的相继电荷的转移阶段，以一扫描行的电荷包并联作负荷，然后输出行寄存器以象素扫描率正向计时，输出行寄存器连续地由它的输出端提供正向计时，并进行一相当长时间，不仅行电荷包取样地成象，而且保证相继的空井在输出寄存器全长内进行了计时。一个空井渡越行寄存器的相当短的持续期间内（例如53微秒或广播电视标准运用中的持续时间），允许扫描时间用于收集积累的黑电流，当然这种空井没有光产生的电荷分量。

黑电平包含可估计的黑电流，在此电平上电荷包光电响应分量对CCD成象器输出级在行扫描时叠加并进行计时。每次光电响应伴随产生的黑电平中所包含的积累黑电流有两个分量：一个是直流分量，在图象积分时间内存储在图象寄存器中;而另一个为阶梯分量，在图象转移和读出之间的场储存寄存器中积累。在场存储寄存器中存储的时间交变场里的半行差，引起二个场黑电流分量的微小差别，约为0.2%左右。更重要的是，在CCD成象器输出信号中的黑电平迭加在相当大的时钟信号上。该时钟的连通可以为全井响应的4倍大。在小于全井响应20分贝情况下;10%左右的帧频闪烁相当于时钟连通的千分之一。所以交变场中时钟连通中的小的差别可使CCD成象器的输出信号取样的进行过程中，帧频闪烁上升到可观程度。这种时钟连通差别，可以归咎于交变场中图象寄存器的静态电荷图形的不同。第二种形式的帧频闪烁说明是难以理解的，并且难于与实际相联系，它提出诸如此类的机构问题，正如所讨论的那样，即一个相当大的输入信号分离出相当小的输出信号的一个含有差的组合，实际上对存留的帧频闪烁是很有影响的。

在直流恢复电路中，长的箝位时间常数产生一场的黑电平存留到下一场，从而加剧了帧频闪烁，但是抑制条纹噪声又需要几行的时间常数。发明人利用在每组交变场扫描的直流恢复中，采用几行的时间常数解决了这个困境，但是很快地改变黑电平，为此在相继场的扫描之间恢复直流。

问题是能够很快地从电视信号的不同部分调整一黑电平至另一黑电平，该信号是在电视系统中不同时间续时遇到的，此系统以逐行为基础变换不同的彩色信号。在1983年11月8日颁发的发明人为R.EFlOry（弗罗莱）的美国专利№.4，414，572，标题为“对行变换信号的箝位”中说明的直流恢复电路利用了一种键控箝位，这可使直流电平的恢复和行的变换位置无关。这里可以构成该直流恢复电路的变形它不同于弗罗莱的特殊说明，这种变形电路使直流电平的恢复和交变场无关。

在本发明中，采用具有长箝位时间常数分离的直流恢复电路和利用二组交变场的每组各自的直流恢复电路之间的开关，使帧频闪烁得到抑制。

图1是一个CCD成象器的方框图，随后是一直流恢复电路，结合该电路实施本发明。

图2是本发明另一个实施方案的方框图。

在图1中CCD成象器10（以具有A、B和C寄存器的一场转换形式表示）提供视频信号取样，接到视频预置放大器20的输入端，视频预置放大器20是一个电压放大器，以很低的源阻抗将其输出端接到直流恢复电路30，提供视频输出取样，视频预置放大器20还包括一个电路，为了自视频取样CCD成象器10得到一连续视频信号供给它的输入端。这可用简单的低通滤波来完成。但最好是随后采用低通滤波的取样和保持电路。取样和保持电路可用一高通滤波器放在前面，这样使取样和保持电路以C寄存器计时率形成CCD成象器10的输出信号取样的同步检波。按照本发明，电路30恢复直流，加在另一级视频放大器40的输入端。

在直流恢复电路30中，等值的隔直流电容器31和32接在预置放大器20的输出端分别至相应的视频放大器33和34的输入端。视频放大器33和34具有高输入阻抗以避免隔直流电容器31和32的电荷泄漏到它们的输入端。若CCD成象器10输出信号的有效场扫描是连续的数值，则仅在奇数场期间，传输门35连接于视频放大器33的输出端至后级视频放大器40的输入端;而仅在偶数场期间，传输门36连接视频放大器34的输出端至后级视频放大器40的输入端。

在奇数场期间，在每一行扫描时间之后，CCD成象器10中C寄存器连续地计时以提供参考黑电平取样，传输门37通过箝位电阻39将视频放大器33的输入端箝位于预置的直流电位，当传输门37在保证行扫描时间内为不导通时，可再充电的电容器31将保持恢复直流电平。传输门38用于在偶数场扫描期间可选择地将视频放大器34的输入端箝位于预置直流电位，并且在每一奇数场期间为连续的不导通。

在偶数场期间，在每一行扫描时间之后，CCD成象器10中C寄存器连续地计时以提供参考黑电平取样，传输门38通过箝位电阻39将视频放大器34的输入端箝位于预置的直流电位，当传输门38在保证行扫描时间内为不导通时，可再充电的电容器32将保持恢复直流电平。传输门37在每一偶数场期间为连续的不导通。

时钟发生器50是按照本发明上述方法控制传输门35、36、37和38转换，并根据通常惯例提供时钟信号至CCD成象器的A、B和C寄存器。

图2表示图1的一种变形，其中利用较简单的直流恢复电路60。传输门61仅在奇数场期间导通，并和电容器63相连，此电容器作为视频前置放大器20的输出端和后级视频放大器40的输入端之间的隔直流电容器。传输门62仅在偶数场期间通导，并和电容器64相连，此电容器作为视频前置放大器20的输出端和后级视频放大器40的输入端之间的隔直流电容器。在每场中，在行扫描间隔内CCD成象器10中的C寄存器连续地计时，以提供参考黑电平取样，经每行扫描后的时间间隔内，传输门65通过箝位电阻66使后级视频放大器40的输入端箝位于预置的直流电位。选择电容器63和64之一作为隔直流电容器，通过箝位电阻66使该场再充电。选用的电容器将保持在下一行扫描期间内恢复直流电平。

时钟发生器70是按照本发明前面段落说明的那样控制传输门61、62和65的转换，并根据通常惯例提供时钟信号给CCD成象器10的A、B和C寄存器。可以将串联连接的元件61和63交换，对于元件62和64亦可如此。

将黑参考电平取样储存在一个扩展寄存器C中，是本发明的一个变型，以读出前一行扫描，但是下一个并联负荷的图象取样可能进入C寄存器。在图1电路中的传输门37和38可以是场效应晶体管，并以这样方法控制：当通导时，它们的通路电阻提供作为位电阻，则可以直接相连来替代电阻39。在图2电路中的传输门65可以是一个场效应晶体管，并以这样的方法控制：当通导时，它的通路电阻提供为箝位电阻，所以电阻66可用直接连接来代替。同时传输门箝35-38和61、62、65均以相应的单个绝缘门场效应晶体管表示。也可用其他类型的传输门或别的等效物。本发明对于以下两方面都是实用的：CCD成象器输出频谱中的那些基带分量用作产生视频信号，以及在输出寄存器计时信号附近的那些谐波频谱同步地被检波以产生视频信号。当解释以下权利要求时，应考虑到本发明的这些变型。

Claims (3)

1、一种具有一个固态成象器(10)的电视摄象机(图1或2)，其特征在于其中上述固态成象器包括：一个图象寄存器(A寄存器)用来接收一场图象；和一个CCD输出行寄存器(C寄存器)：(a)在进行相应的行扫描期间的时间间隔内，安排图象取样并联地负荷，(b)在相应的行扫描期间内，提供那些图象取样，利用正向计时使其成为串联的非负荷，和(c)在第一个时间间隔中，利用连续的正向计时，安排提供参考黑电平取样，这对相应的行扫描期间有效；其中上述输出寄存器再安排载荷图象取样，在奇数场扫描期间只取上述图象寄存器中的第一组行扫描线，并且，在偶数场扫描期间只取上述图象寄存器的第二组扫描线，第一组和第二组扫描线是彼此隔行扫描的；上述成象器还包括一个输出电路(20，30，40；20，60，40)，根据图象取样，来提供输出信号，图象取样由上述CCD输出行寄存器提供；上述输出电路包括装置(30，60)，此装置根据来自上述CCD输出行寄存器的上述参考黑电平取样给出上述的输出信号的恢复直流电平；

其中在上述直流恢复装置中的改进包括：

一个第一电路(31，37；61，63)，为了在上述输出信号中的一部分产生直流恢复，该信号在奇数场扫描期间给出，该信号与在偶数场扫描期间输出信号无关。

一个第二电路(32，38；62，64)，为了在上述输出信号中的一部分产生直流恢复，该信号在偶数场扫描期间给出，该信号与奇数场扫描期间输出信号无关。

2、根据权利要求1中的电视摄象机（图1），其特征在于上述的固态成象器的输出电路包括：一视频前置放大器（20），具有一个输入端，对此端输入上述CCD输出行寄存器的输出信号;和视频放大器电路（30，40），用来在一输出端上提供上述直流恢复输出信号，其输入端通过上述直流电平恢复装置耦合到上述视频前置放大器的输出端;

其中上述视频放大器电路包括第一和第二视频放大器（33，34），具有各自的输入端和各自的输出端，其中：

上述第一电路用以实现直流恢复，包括：

一个第一隔直流电容器（31），连接在上述视频前置放大器的输出端与上述第一视频放大器（33）的输入端之间;和一个第一传输门（37），此门在奇数场扫描内上述第一时间间隔，使上述第一视频放大器输入端，在下一个行扫描期间箝位于一预置直流电位;

一个第二隔直流电容器（32），连接在上述视频预置放大器的输出端与上述第二视频放大器（34）的输入端之间;和一个第二传输门（38），此门在上述偶数场扫描内上述第一时间间隔中，使上述第二视频放大器输入端，在下一个行扫描期间箝位于一预置直流电位。其中：

上述第一视频放大器的输出端和上述第二视频放大器的输出端连接在一起，以形成上述视频放大器电路的输出（经由40）。

3、在权利要求1中的电视摄象机中（图2），其特征在于上述固态成象器输出电路包括：一视频前置放大器（20）具有一输入端，上述CCD输出行成象器对此输入端提供其输出信号，并有一输出端;视频放大器电路包括一视频放大器（40），用来在一输出端提供上述直流恢复电路输出信号;并有一个输入端，通过上述直流电平恢复装置耦合到上述视频前置放大器的输出端;

其中：

用来实现直流恢复的上述第一电路，包括一个第一隔直流电容器（63），和第一传输门（61），在奇数场扫描期间，通过上述第一隔直流电容器，连接上述视频前置放大器输出端至上述视频放大器的输入端;

用来实现直流恢复的上述第二电路，包括一个第二隔直流电容器（64），和第二传输门（62），在偶数场扫描期间，通过上述的第二隔直流电容器，连接上述视频前置放大器输出端至上述视频放大器的输入端，和

上述第一和第二电路用以实现直流恢复的共用装置（65，66），在所有上述奇数和偶数扫描中的第一时间间隔内，使上述视频放大器的输入端箝位于一预定的直流电位。

Images