CN85109667B - 利用场的交替对电荷藕合器件成象帧频闪烁的抑制 - Google Patents

Abstract

在使用ＣＣＤ成象器的电视摄象机中采用逐场行交替扫描时会伴随有帧频闪烁产生。这种帧频闪烁可归因于各场黑电平的变化。采用了分开设置的奇数场直流恢复电路和偶数场直流恢复电路来抑制帧频闪烁。

Description

利用场的交替对电荷藕合器件成象帧频闪烁的抑制

本发明涉及在隔行扫描取样的相继场中检测辐射能图象用的电荷耦合器件（CCD）成象器，特别涉及对这类成象器所产生的视频信号的帧频闪烁的抑制。

作为CCD成象器的输出提供的视频信号样品通常是交流耦合到在行回扫时间期间准备箝位到规定的直流电位的直流恢复电路上的。在行回扫的部分时间内，即CCD成象器输出信号准备加以箝位的那段时间内，输出信号是处于黑电平的。交流耦合通常是采用电阻性耦合，在该耦合中，视频信号样品通过隔直流电容器出现在耦合电阻上。耦合电阻可以是，例如，某一放大器的输入电阻。在直流分量恢复的过程中，该耦合电阻由一个阻值较小的箝位电阻岔路。历来都知道，与隔直流电容器有关的RC时间常数和箝位电阻除以箝位利用因数（以下称“箝位时间常数”）是控制帧频闪烁可见度的一个重要因数。

频率高于扫描行频的噪声分量在进行黑电平箝位的行回扫的短短的时间内幅值相当大。对这些叠加在黑电平上的噪声分量所进行的箝位是对这些分量取样并保持这些分量，使它们的持续时间扩大到整个行扫描时间。这会在整个电视图象上产生一般亮度的水平拖尾（streak）变化，即所谓“拖尾干扰”（streak noise）。通常的作法是使RC时间常数变为多个行时间那么长，以便通过积分减少拖尾干扰。但这样做会产生与其有关的不希望有的副作用。当箝位时间常数比行时间较长时，帧频闪烁现象变得更为突出。

本发明人认为，引起帧频闪烁的根源通常有两种形式。第一种形式是在一组交替场的光转换效率与另一组交替场不同的场合。这使静止图象样品相继场中相应的电荷包在其光响应分量的幅值方面有所不同。这种帧频闪烁往往可通过使图象信号累积的时间间隔的持续时间在所有各场都相同来减少。在实践中，这通常是通过办两件事来完成的。首先，使各场转换时间的时间间隔正好等于一个场时间，同时所有场的间的长度都完全相同。其次，加到各交替场中各图象寄存器门电极的积分电压应能使各场的收集效率都相等。在任何情况下，这种帧频闪烁可通过局部调节各交替场中的增益加以消除，而且实际上这种消除调节往往会随时间而稳定。

第二种帧频闪烁不太明显，是由两组交替场彼此不同的实际黑电平引起的。在直流恢复箝位过程中由场转换式或行间转换式CCD成象器提供的黑电平样品是由对输出行寄存器进行过扫描产生的。就是说，令输出行寄存器（其顺次各电荷转换级并联有扫描线的电荷包负载），依次以象素扫描频率向前计时。输出线寄存器的向前计时持续一段适当长的时间，长得足以从其输出端口不仅可以串行提供该行电荷包的取样图象，而且还可随之提供一系列已在整个输出寄存器长度上计时的空势阱（empty well）。空势阱通过行寄存器的持续时间较短（在广播电视的标准操作中约为53微秒），因而用以收集累积着的暗电流的时间不够，当然，该空势阱不具有光生电荷分量。

在行正程（line trace）期间计时到CCD成象器输出级各电荷包的光响应分量所叠加的黑电平含有相当多的暗电流。伴随各光响应包含在黑电平中的累积电流有两个分量：一个是直流分量，在图象信号累积时间内累积在图象寄存器中，另一个是阶梯分量，累积在图象转移与图象读出之间的场存储寄存器中。在各交替场每次存储在场存储寄存器中时，半行差促使两个场的各暗电流分量稍微有些差别（约0.2%）。更具有重要意义的是，CCD成象器输出信号中的黑电平系叠加到较大的计时信号上。此时钟馈通（clock feedthrough）可达全势阱（full-well）响应的四倍。在比全势阱响应少20分贝的情况下，10%左右的帧频闪烁会是时钟馈通的千分之一。因此，时钟馈通在交替场的小差别会在对来自CCD成象器的输出信号样品进行加工的过程中产生可觉察到的帧频闪烁。这种时钟馈通上的差别可能是由于交替场中图象寄存器上的静电荷分布形式不同所致。上述第二种帧频闪烁实际上是难以理解和难以克服的，其所提出的作用原理如刚谈到的那样，是涉及到较大输入信号的差组合以分离出较小的输出信号的作用原理，实际上是造成该帧频闪烁持续发生的原因。

直流恢复电路中长的箝位时间常数促使一个场的黑电平持续到下一个黑电平，从而使帧频闪烁进一步恶化，而要抑制拖尾干扰则需要若干行时间常数。本发明人解决这个难题的方法是在各组交替场扫描的直流恢复电路中采用若干行时间常数，但迅速改变直流分量在各相继场扫描之间所恢复到的黑电平。

在逐行交替改变色差信号的电视系统各种不同的条件下就遇到这样一个问题，需要能够将一个黑电平迅速调节到电视信号的各不同部分。R.E.弗洛里在一九八三年十一月八日颁发的题为“行交替信号的箝位”的美国专利4，414，572中介绍了采用能在成组交替行上单独恢复直流电平的那种键控箝位的直流恢复电路。还可以提出各种与弗洛里特别介绍的直流恢复电路不同、能在交替场中单独恢复直流电平的方案。

本发明是通过在具有长箝位时间常数的各直流恢复电路之间进行的转接和在两组交替场中个个采用相应的直流恢复电路来抑制帧频闪烁的。

图1是后面接有一直流恢复电路的CCD成象器的方框图，这两部分组合起来体现了本发明的内容。

图2是本发明另一个可供选择的实施方案的方框图。

图1中，CCD成象器10（图中所示为具有寄存器A、B和C的场转移式CCD成象器）将视频信号样品供到视频前置放大器20的输入端口。视频前置放大器20是一个电压放大器，它从其输出端口在较低源阻抗下将视频输出样品提供给直流恢复线路30。视频前置放大器20也具有从视频样品CCD成象器10获取连续视频信号供到其输入端口的线路。这可藉简单的低通滤波器实现。但最好是采用取样和保持线路，后面接上低通滤波器。取样和保持线路前面可以设一个高通滤波器，使取样和保持线路可以在C寄存器计时频率下对CCD成象器10的输出信号样品进行同步检测。线路30按本发明恢复直流分量，以便加到另一个视频放大器40的输入端口。

在直流恢复线路30中，等值隔直流电容器31和32将视频前置放大器20的输出端口分别连接到视频放大器33和34的各输入端口上。视频放大器33和34具有高输入阻抗，以防电荷从隔直流电容器31和32漏泄出去进入它们的输入端口中。假设CCD成象器10输出信号的相继场扫描系顺次编号。传输门35只有在奇数场期间将视频放大器33的输出端口连接到另一个视频放大器40的输入端口上，传输门36则只有在偶数场期间将视频放大器34的输出端口连接到另一个视频放大器40的输入端口上。

在奇数场期间，在令CCD成象器10的寄存器C继续计时以提供参考黑电平样品的各行正程之后的时间内，传输门37系用以将视频放大器33的输入端口通过箝位电阻39箝位到规定的直流电位，对电容器31再充电，使它可以在传输门37在跟着而来的行正程期间处于不导通状态时保持被恢复了的直流电平。传输门38用以在偶数场扫描期间将视频放大器34的输入端口局部箝位到规定的直流电位，在各奇数场的整个期间系持续处于截止状态。

在偶数场期间，在令CCD成象器10的寄存器C继续计时以提供参考黑电平样品的各行正程之后的时间内，传输门38通过箝位电阻39将视频放大器34的输入端口箝位到规定的直流电位，对电容器32再充电，使它可以在传输门38在跟着而来的行正程期间处于不导通状态时保持被恢复了的直流电平。传输门37在各偶数场的整个期间系持续处于截止状态。

时钟发生器50除按一般的作法将时钟信号供到CCD成象器的寄存器A、B和C外，还按上述本发明的作法控制着传输门35、36、37和38的转接。

图2显示采用更简单的直流恢复线路60对图1进行的修改。传输门61只有在奇数场期间导通，以便将电容器63作为隔直流电容器连接在视频前置放大器20的输出端口与另一个视频放大器40的输入端口之间。传输门62只有在偶数场期间导通，以便将电容器64作为隔直流电容器连接在视频前置放大器20的输出端口与另一个视频放大器40的输入端口之间。在各个场中，在令CCD成象器10的C寄存器继续计时以提供参考黑电平样品的各行正程之后的时间内，传输门65通过箝位电阻66将另一个视频放大器40的输入端口箝位到规定的直流电位。电容器63和64中的一个作为该场的隔直流电容器而选取的电容器通过箝位电阻66再行充电，所选取的电容器则在跟着而来的行正程期间保持已恢复了的直流电平。

时钟发生器70除按一般作法将计时信号供到CCD成象器10的寄存器A、B和C外，还按本发明在前一节中所述的作法控制着传输门61、62、65的转接。元件61和63与元件62和64一样，可以倒转它们串联连接的次序。

本发明还可以采用这样的方案：将黑参考电平样品存储在扩大了的寄存器C中，准备在行正程之前但在将图象样品并行输入寄存器C之后读出。图1电路中的传输门37、38可以是以这样的方式加以控制的场效应晶体管，使得它们的沟道电阻在晶体管导通时形成箝位电阻，因而电阻器39可用直接连线代替。图2电路中的传输门65可以是以这样的方式加以控制的场效应晶体管，使得其沟道电阻在晶体管导通时可形成箝位电阻，因而电阻器66可用直接连线代替。尽管图中所示的传输门35-38和61、62、65个个都是单独绝缘的门场效应晶体管，但也可采用其它类型的传输门或等效器件。本发明可实际应用于下列场合：采用CCD成象器输出频谱的基带分量来产生视频信号的场合，和同步检测输出寄存器计时信号周围的谐波频谱以产生视频信号的场合。解释后面所附权利要求的范围时，应将本发明的这些方案也考虑进去。

Claims (15)

1、一种具有一个固态成象器（10）的电视摄象机，该固态成象器包括：二个图象寄存器（A寄存器、B寄存器）用来接收一场图象;一个CCD输出行寄存器（C寄存器），该输出行寄存器：（a）被配置用以在相应的行正程间隔以前的时间间隔内并行装载图象取样，（b）被配置用以在相应的行正程间隔期间，利用被正向计时使其串行取出，以提供那些图象取样，和（c）被配置用以在相应的行正程间隔以后的第一个时间间隔期间利用连续的正向计时，提供参考黑电平取样，以及一个输出电路（20，30，40;20，60，40），用以根据由上述CCD输出行寄存器提供的图象取样来提供输出信号;其中上述输出行寄存器还被配置装载取自在奇数场扫描期间上述图象寄存器中沿第一组扫描线的图象取样，和装载取自在偶数场扫描间上述图象寄存器中沿第二组扫描线的图象取样，该第一组和第二组扫描线是彼此隔行扫描的;上述输出电路包括装置（30，60），该装置用以根据来自上述CCD输出行寄存器的上述参考黑电平取样将直流电平恢复至上述的输出信号;

其特征在于，上述直流恢复装置包括：

一个第一电路（31，37;61，63），用以在奇数场扫描期间得到的上述输出信号的部分中实现直流恢复，该信号与在偶数场扫描期间得到的输出信号无关。

一个第二电路（32，38;62，64），用以在偶数场扫描期间得到的上述输出信号的部分中实现直流恢复，该信号与在奇数场扫描期间得到的输出信号无关。

2、根据权利要求1的电视摄象机，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），具有一个输入端口，来自上述CCD输出行寄存器的输出信号加于该端口;和视频放大器电路（30，40），用来在其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;而上述视频放大器电路包括第一和第二视频放大器（33，34），具有各自的输入端口和各自的输出端口。

3、根据权利要求1和2的电视摄象机，其特征在于，

用以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（31），连接在上述视频前置放大器的输出端口与上述第一视频放大器（33）的输入端口之间;和一个第一传输门（37），该门在奇数场扫描内上述第一时间间隔期间，使上述第一视频放大器输入端口，在下一个行正程间隔期间箝位于一规定的直流电位;

一个第二隔直流电容器（32），连接在上述视频前置放大器的输出端口与上述第二视频放大器（34）的输入端口之间;和一个第二传输门（38），该门在上述偶数场扫描内上述第一时间间隔期间，使上述第二视频放大器输入端口，在下一个行正程间隔期间箝位于一规定的直流电位。其中：

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

4、根据权利要求1的电视摄象机，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），具有一输入端口，来自上述CCD输出行成象器的输出信号加于该输入端口，并有一输出端口;视频放大器电路包括一视频放大器（40），用以在其输出端提供上述直流恢复输出信号;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。

5、根据权利要求1和4的电视摄象机，其特征在于，

用以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），用以在奇数场扫描期间，通过上述第一隔直流电容器，将上述视频前置放大器的输出端口连接至上述视频放大器的输入端口;

用以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），用以在偶数场扫描期间，通过上述第二隔直流电容器，将上述视频前置放大器的输出端口连接至上述视频放大器的输入端口;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期间，使上述视频放大器的输入端口箝位于一规定的直流电位。