NL8502564A - Beeldsignaalverwerkingsschakeling. - Google Patents

Description

PHN 11.497 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. Beeldsignaalverwerkingsschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldsignaal-verwerkingsschakeling voor het verwerken van een beeldsignaal optredend met beeldinformaties op verschillende signaalniveau's, waarbij de signaalniveauverschillen merendeels groter zijn dan de beeldinformatie-5 verschillen bij de signaalniveau's, welke schakeling is uitgevoerd met een versterkerschakeling aan een ingang waarvan het genoemde beeldsignaal wordt toegevoerd en waarbij een uitgang van de versterkerschakeling een beeldsignaal afgeeft dat beperkt is tussen een minimale en een maximale waarde.

10 Een dergelijke beeldsignaalverwerkingsschakeling is bekend uit het Amerikaanse Octrooischrift 3 597 617 en wel in het bijzonder voor toepassing bij infraroodbeeldsignaalverwerking. Bij een warmtebeeldopname kunnen tegen een achtergrond van relatief kleine temperatuurverschillen scène-onderdelen voorkomen met relatief grote 15 temperatuurverschillen ten opzichte van de achtergrond. Hierdoor wordt het beeldsignaal verkregen met de beeldinformaties op verschillende signaalniveau's, waarbij de signaalniveauverschillen groter zijn dan de beeldinformatieverschillen bij de signaalniveau's. Het opgewekte beeldsignaal heeft hierbij een zo groot signaalbereik dat zonder 20 signaalbeperkende maatregelen oversturing van versterker- en andere schakelingen gebeurt. Ter voorkoming van de oversturing beschrijft·het genoemde octrooischrift de toepassing van een versterkerschakeling voorzien van een automatische volumeregeling. Hierbij is voorzien in een signaalpiekdetektieschakeling die aan een versterkeruitgang of de 25 maximale of de minimale beeldsignaalwaarde detekteert, waaruit een gelijkspanning wordt afgeleid ten toevoer aan een teruggekoppelde versterker. Het resultaat is dat bij weergave van het uiteindelijke beeldsignaal de scène-onderdelen met de hoogste en de laagste temperaturen automatisch met maximale of minimale intensiteit worden 30 weergegeven.

Het blijkt dat de keuze bij de signaalpiekdetektieschakeling voor het detekteren van of de maximale of de minimale ö ** Π ‘n r, £ ^ V Sm J j -? r <fc PHN 11.497 2 beeldsignaalwaarde, het signaalniveau vastlegt waarbij met maximale intensiteit ofwel met maximaal kontrast het beeldsignaal wordt weergegeven.

De uitvinding beoogt de verwezenlijking van een beeld-5 signaalverwerkingsschakeling waarbij geen keuze behoeft te worden gemaakt voor minimaal kontrast nabij de maximale of de minimale waarde in het beeldsignaalbereik, maar waarbij maximaal kontrast bij weergave wordt verkregen bij beide uitersten van het beeldsignaalbereik. Een beeldsignaalverwerkingsschakeling volgens de uitvinding vertoont daartoe 10 het kenmerk, dat de beeldsignaalverwerkingsschakeling is uitgevoerd met een versterkerschakeling die twee parallelle, eerste en tweede signaal-kanalen tussen de in- en uitgang bevat, en met een omschakelcircuit via welke één der twee parallelle signaalkanalen van de versterkerschakeling voor de signaalverwerking werkzaam is afhankelijk van het 15 signaalniveau in het genoemde beeldsignaal, waarbij de signaalkanalen van de versterkerschakeling zijn uitgevoerd met versterkers met elk per signaalkanaal een andere versterkingsfaktor en een andere voorspanning voor een signaalniveauverschuiving.

De uitvinding berust op het inzicht dat uitgaande van het 20 beschreven ingangsbeeldsignaal een uitgangsbeeldsignaal kan worden gevormd met een beperkt signaalbereik waarin beeldinformatiekontrasten afkomstig van verschillende signaalniveau's optimaal voorkomen, door toepassing van de verschillende versterkingsfaktoren en voorspanningen voor een signaalniveauverschuiving.

25 Een uitvoeringsvorm van een beeldsignaalverwerkings- schakeling volgens de uitvinding waarbij een vloeiend omschakelen optreedt tussen de signaalkanalen, vertoont het kenmerk, dat het omschakelcircuit is uitgevoerd met een spanningsvergelijkschakeling voor het met een nagenoeg konstante gelijkspanning vergelijken van de aan een 30 ingang ervan toegevoerde uitgangsspanning afkomstig van de signaalkanaal versterker met de grootste versterkingsfaktor, waarbij afhankelijk van het vergelijkingsresultaat het eerste respektievelijk tweede signaalkanaal werkzaam is voor de signaalverwerking.

Een andere uitvoeringsvorm waarbij een optimaal samen-35 gesteld uitgangsbeeldsignaal optreedt, vertoont het kenmerk, dat bij de signaalkanaalversterker met de kleinste versterkingsfaktor de voorspanning voor een signaalniveauverschuiving ligt buiten het uitgangs- 35 0 2 5 5 4 PHN 11.497 3 spanningsbereik van de voor de signaalverwerking in de beeldsignaal-verwerkingsschakeling werkzame signaalkanaalversterker met de grootste versterkingsfaktor.

Een andere uitvoeringsvorm met een eenvoudige omschake-5 ling tussen de signaalkanalen, vertoont het kenmerk, dat in het signaal-kanaal de versterker wordt gevolgd door een schakeltransistor die deel uitmaakt van het omschakelcircuit.

De uitvinding zal aan de hand van de bijgaande tekening als voorbeeld nader worden toegelicht, waarbij 10 figuur 1 een schakelingsschema geeft voor een beeld- signaalverwerkingsschakeling volgens de uitvinding, en figuur 2 ter verduidelijking van de werking van de schakeling volgens figuur 1, enige signaaldiagrammen als funktie van de tijd geeft.

15 In figuur 1 is van een beeldsignaalverwerkingsschakeling volgens de uitvinding een ingangsklem getekend waaraan een ingangs-beeldsignaal PS1 wordt toegevoerd. In figuur 2 is als voorbeeld een schematisch getekend signaaldiagram als funktie van de tijd t gegeven voor het ingangsbeeldsignaal PS1. In het signaal PS1 zijn vier 20 spanningsniveau's aangeduid met de massapotentiaal van 0V, een spanning +Va, een hogere spanning +Vb en een nog hogere spanning +Vc.

Het signaal PS1 is getekend met beeldinformaties op verschillende signaalniveau's, waarbij de signaalniveauverschillen merendeels groter zijn dan de beeldinformatieverschillen bij de signaalniveau's. Zo is 25 er relevante beeldinformatie tussen de massapotentiaal van 0V en de spanning +Va en tussen de spanningen +Vb en +Vc.

Gesteld wordt dat er tussen de spanningen +Va en +Vb irrelevante informatie voorkomt. Verder wordt gesteld dat het ingangs-signaalbereik loopt van de massapotentiaal van 0V tot de het grootst 30 getekende piekwaarde van +7c volt en dat dit bereik te groot is om zonder signaalbeperkende maatregelen verder te worden verwerkt om tot een uiteindelijke weergave van de beeldinformatie te kunnen komen. Het beschreven ingangsbeeldsignaal PS1 is bijvoorbeeld afkomstig van een infrarood- of röntgenbeeldsignaalbron. Van welke specifieke bron het 35 beeldsignaal PS1 afkomstig is, is niet van belang voor de uitvinding. Verder kan het beeldsignaal PS1 geschikt zijn voor televisieweergave, in kleur of zwart-wit, waarbij het televisiesysteem al dan niet gestandaar- 35 02 514' ,- -5 PHN 11.497 4 diseerd is.

In figuur 1 is een uitgangsklem van de beeldsignaalver-werkingsschakeling getekend waarop een uitgangsbeeldsignaal PS2 voorkomt. Het uitgangsbeeldsignaal PS2 kan van de uitgangsklem worden betrok-5 ken voor verdere, gebruikelijke signaalbewerkingen. Uitgaande van het in figuur 2 getekende signaaldiagram van het ingangsbeeldsignaal PS1, is in figuur 2 een hieruit afgeleid signaaldiagram voor het uitgangsbeeldsignaal PS2 getekend. Het signaal PS2 heeft een signaalbereik tussen een minimale waarde gelijk aan de massapotentiaal van OV en een maximale 10 spanningswaarde van +Vd. Een vergelijking van de beeldsignalen PS1 en PS2 toont dat binnen het beperkte signaalbereik van OV tot +Vd de relevant genoemde beeldinformatieverschillen voorkomen. Bij weergave van het uitgangsbeeldsignaal PS2 wordt een maximaal kontrast verkregen bij de beeldinformaties die oorspronkelijk voorkomen bij de beide uitersten 15 van het ingangssignaalbereik.

Ter verkrijging van het uitgangsbeeldsignaal PS2 van figuur 2 is de schakeling volgens figuur 1 uitgevoerd met een versterker 1 gevolgd door een schakeltransistor 2 en parallel daaraan met een versterker 3 gevolgd door een schakeltransistor 4. De beeldsignaalver-20 werkingsschakeling is aldus uitgevoerd met een versterkerschakeling (1-4) die twee parallelle signaalkanalen (1, 2) en (3, 4) bevat tussen de versterkeringang en de -uitgang met de toevoer respektievelijk afgifte van het beeldsignaal PS1 respektievelijk PS2. De versterkers 1 en 3 zijn voor de eenvoud getekend met een enkele verschilversterker, 25 maar kunnen verscheidene versterkertrappen omvatten. Verder zijn niet getekend schakelingselementen die normaliter vereist zijn, zoals weerstanden ter kompensatie van signaalstroom- en -spanningsafwijkingen bij versterkers. Bij de versterkers 1 en 3 zijn respektieve versterkings-faktoren met A en B aangeduid, waarbij wordt gesteld dat de versterkings-30 faktor A groter is dan de versterkingsfaktor B. Een ander essentieel verschil bij de versterkers 1 en 3 is de toevoer van een andere voor-spanning. Zo is getekend dat onder de toevoer van het signaal PS1 aan de (+)ingangen van de verschilversterkers, de (-)ingang van de versterker 1 aan een massaklem ligt met de massapotentiaal van OV en de (-)ingang van 35 de versterker 3 aan een klem met de spanning +Vb ligt. Ten opzichte van de massapotentiaal van OV als voorspanning bij de versterker 1 verzorgt de toevoer van de voorspanning +Vb dat de versterker 3 werkzaam is met 8502564 <2 w PHN 11.497 ' 5 een signaalniveauverschuiving.

De schakeltransistoren 2 en 4 zijn als voorbeeld getekend als transistoren uitgevoerd met een geïsoleerde poortelektrode en wel in het bijzonder als n-kanaal MOS-FET-transistoren. Hierbij zijn de bron-5 elektroden gekoppeld met de versterkeruitgangen en liggen de afvoer-elektroden aan de uitgangsklem met het beeldsignaal PS2. De poortelek-trode van de transistor 2 krijgt als schakelsignaal een signaal S1 toegevoerd waarvan het signaaldiagram in figuur 2 is uitgezet. De poort-elektrode van de transistor 4 krijgt een invers schakelsignaal 10 ST toegevoerd, dat door een polariteitsomkering afleidbaar is uit het in figuur 2 getekende signaal S1. Xn figuur 2 is getekend dat het signaal S1 een blokvormig verloop heeft tussen spanningen +V1 en -V1. Bij de aanwezigheid van de spanning +71 respektievelijk -V1 op een poortelektrode is de desbetreffende schakeltransistor 2 of 3 geleidend 15 respektievelijk gesperd. De schakelsignalen S1 en ST worden opgewekt in een nader te bespreken omschakelcircuit.

In figuur 1 is met een pijlpunt 5 een ingang van het omschakelcircuit aangeduid, dat verder een ingang is van een daarin aanwezige spanningsvergelijkschakeling. De ingang 5 is gekoppeld met een 20 parallelschakeling van een kondensator 6 en van een serieschakeling van een zenerdiode 7 en een weerstand 8. De kondensator 6 is werkzaam als een hoogfrekwent-overbrugging voor de serieschakeling van de zenerdiode 7 en de weerstand 8. Het verbindingspunt van de kondensator 6 en de weerstand 8 ligt via een weerstand 9 aan een voedingsklem met de 25 spanning -V1 en is verder verbonden met de basiselektrode van een npn-transistor 10. De kollektorelektrode van de transistor 10 ligt via een weerstand 11 aan een voedingsklem met de spanning +V1 en is verder verbonden met de poortelektrode van de transistor 2. De voedingsspanningen +V1 en -V1 en de voorspanning +Vb zijn afkomstig van een niet-30 getekende spanningsbron waarvan een klem geacht wordt aan massa te liggen. De emitterelektrode van de transistor 10 ligt aan een aansluit-klem van een stroombron 12, waarvan een andere aansluitklem aan een voedingsklem met de spanning -V1 ligt. De eerstgenoemde aansluitklem van de stroombron 12 ligt verder aan de emitterelektrode van een npn-transis-35 tor 13. De basiselektrode van de transistor 13 ligt aan het verbindingspunt van een zenerdiode 14 en een weerstand 15 die aan de andere zijde zijn verbonden met massa respektievelijk een voedingsklem met de 8502564 PHN 11.497 δ 'y spanning -V1. De kollektorelektrode van de transistor 13 ligt via een weerstand 16 aan een voedingsklem met de spanning +V1 en ligt direkt aan de poortelektrode van de transistor 4. Aldus is in figuur 1 een omschakelcircuit (2, 4, 5-16) gegeven, dat een spanningsvergelijk-5 schakeling (5-10, 12-15) omvat. Deze spanningsvergelijkschakeling is werkzaam voor het met de nagenoeg konstante gelijkspanning op het verbindingspunt van de zenerdiode 14 en de weerstand 15, vergelijken van de aan de ingang 5 toegevoerde spanning. Afhankelijk van het vergelijkings-resultaat is het signaalkanaal (1, 2) of (3, 4) werkzaam voor de 10 signaalverwerking, waarbij, zoals gewenst, een vloeiend omschakelen gebeurt.

Ter verklaring van de werking van de beeldsignaalver-werkingsschakeling volgens figuur 1 geldt het volgende, waarbij voor de verduidelijking wordt verwezen naar figuur 2. Gesteld wordt dat er in 15 eerste instantie in het ingangsbeeldsignaal PS1 een signaalvariatie is tussen de massapotentiaal van 0V en nagenoeg de spanning +Va. Hierbij heeft het uitgangssignaal van de versterker 1 een signaalvariatie tussen OV en nagenoeg de spanning +Vd, waarbij geldt Vd=A.Va. De spanning aan de ingang 5 van de spanningsvergelijkschakeling (5-10, 12-15), die 20 kleiner is dan de spanning +Vd, geeft een spanning op de basiselektrode van de transistor 10 die meer negatief is .dan de spanning op de basis-elektrode van de transistor 13. Hierbij zijn de stroombron 12 en de transistor 13 geleidend en is de transistor 10 gesperd. Het gevolg is dat de poortelektrode van de transistor 2 de spanning +V1 krijgt toe-25 gevoerd, terwijl de poortelektrode van de transistor 4 tegelijkertijd min of meer de spanning -V1 krijgt toegevoerd. Hierbij wordt de spanningsval over de geleidende transistor 13 min of meer verwaarloosd, hetzelfde gaat op voor de andere transistors, indien zij in geleiding zijn. Het resultaat is dat het signaalkanaal (1, 2) werkzaam is voor de 30 signaalverwerking en hierbij behorende tijdsduren zijn bij het schakel-signaal S1 aangeduid met TA1, TA2 en TA3.

In tweede instantie wordt gesteld dat het ingangsbeeldsignaal PS1 de spanning +Va bereikt en enigszins overschrijdt, zoals in figuur 2 getekend aan het einde van de tijdsduren TA1 en TA2. Hierbij 35 komt in het uitgangssignaal van de versterker 1 de spanning +Vd voor, waarbij de spanningen op de basiselektroden van de transistoren 10 en 13 aan elkaar gelijk zijn. In het gegval de zenerdioden 7 en 14 één- 8502504 PHN 11.497 7 zelfde spanningsval hebben, heeft de weerstand 8 een spanningsval gelijk aan Vd. De geringe overschrijding van de spanning +Vd door de versterker-uitgangsspanning aan de ingang 5 leidt tot het in geleiding komen van de transistor 10 en een daarbij sperren van de transistor 13. Door de toe-5 voer van de spanning -V1 aan de transistor 2 spert deze en door de toevoer van de spanning +V1 aan de transistor 4 komt deze in geleiding. Hierbij is de versterker 3 (nog) niet werkzaam voor de signaalverwerking daar het ingangsbeeldsignaal PS1 een kleinere spanning heeft dan de voorspanning +Vb. Gesteld wordt dat de versterker 3 voor de spannings-10 waarden op de (+)ingang die kleiner zijn dan de voorspanning +Vb op de (-)ingang, een versterkeruitgangsspanning heeft die gelijk is aan +Vd.

Bij het aan de (+)ingang van de versterker 3 bereiken van de spanning +Vb wordt deze werkzaam voor de signaalverwerking waarbij het versterk-uitgangssignaal vanaf de waarde +Vd terugvalt naar de massapotentiaal 15 van OV en vervolgens het ingangsbeeldsignaal vanaf de waarde +Vb ver-- sterkt met de faktor B. In figuur 2 zijn tijdsduren TB1 en TB2 gegeven waarin de transistor 4 in geleiding is en in daarin optredende tijdsduren TVb1 en TVb2 is de versterker 3 direkt werkzaam voor de beeld-signaalverwerking.

20 Het blijkt dat voor spanningswaarden tussen +Va en +Vb in het ingangsbeeldsignaal PS1 geen direkte signaalverwerking gebeurt, maar de versterker 3 de spanning +Vd afgeeft. In plaats hiervan kan een versterker worden toegepast die bij deze omstandigheden de massapotentiaal van OV of een kleinere spanning dan +Vd afgeeft. Bij het in figuur 2 25 getekende verloop van het ingangsbeeldsignaal PS1 komt in het uitgangs-beeldsignaal PS2 voor het begin van de tijdsduur TVb1 en voor het begin en na het einde van de tijdsduur TVb2 korte tijd de piekwaarde +Vd voor. Bij weergave van het beeldsignaal PS2 geven deze korte tijdsduren met de piekwaarde +Vd heldere kontouren in het beeld. Deze kontouren in 30 het weergegeven beeld kunnen gunstig zijn om te beklemtonen vanaf welk oorspronkelijk signaalniveau de plaatselijke beeldinformatie afkomstig is. Na het einde van de tijdsduur TVb1 in het resterende deel van de tijdsduur TB1, treedt in het weergegeven beeld een helder deel op. In het geval dit heldere deel bij weergave van het beeldsignaal PS2 als 35 storend wordt ervaren, is het mogelijk de voorspanning +Vb te verkleinen tot nabij de waarde +Va. Hierbij wordt de tijdsduur TVb1 verlengd tot nagenoeg de tijdsduur TB1, zodat ook in dit geval een helder kontour 85 02 5 6 4

V

* t PHN 11.497 8 optreedt. Voor het verkrijgen van een optimaal samengesteld uitgangs-beeldsignaal PS2 is het in algemene zin uitgedrukt, vereist dat bij de signaalkanaalversterker 3 met de kleinste versterkingsfaktor gelijk aan B de voorspanning +Vb voor een signaalniveauverschuiving ligt buiten het 5 uitgangsspanningsbereik van OV tot +Va van de voor de signaalverwerking in de beeldsignaalverwerkingsschakeling werkzame signaalkanaalversterker 1 met de grootste versterkingsfaktor gelijk aan A. In figuur 2 zijn de beeldsignalen PS1 en PS2 als voorbeeld gegeven met positieve spanningswaarden, maar een kombinatie van positieve en negatieve spanningswaarden 10 of de toepassing van negatieve spanningen is evenzo mogelijk.

Het omschakelcircuit (2, 4, 5-16} van figuur 1 geeft een omschakeling tussen de uitgangen van de versterkers 1 en 3. Hierbij is er een eenvoudige omschakeling door in het signaalkanaal (1, 2) respek-tievelijk (3, 4) de versterker 1 respektievelijk 3 te laten volgen door 15 de schakeltransistor 2 respektievelijk 4. Een andere mogelijkheid zou een omschakeling zijn tussen de ingangen van de versterkers 1 en 3. De in figuur 1 getekende uitvoering waarbij de ingang 5 van het omschakelcircuit (2, 4, 5-16) met de uitgang van de versterker 1 met de grootste versterkingsfaktor A is verbonden, blijkt in de praktijkt tot een 20 vloeiend omschakelen te leiden.

Voor een overzicht van spanningswaarden en versterkings-faktoren aanwezig bij een praktische uitvoering van de beeldsignaalver-werkingsschakeling worden genoemd: versterkingsfaktor A = 5 en B = 1 25 spanningswaarde Va = 1V, VB = 1,5V, Vc = 6,5V

Vd = 5V en V1 = 12V.

In het gegeven voorbeeld is de beeldsignaalverwerkingsschakeling geschikt voor de verwerking van een ingangsbeeldsignaal PS1 met een signaalbereik tussen OV en +6f5V, 30 waarbij relevant geachte beeldsignaalkontrasten voorkomen tussen OV en «j

+1V, en 1,5V en 6,5V. Ten opzichte van het spanningsniveau -h-V

, , I 2

zi^n er kontrasten tot + en --V en ten opzichte van het spanningsniveau +4V zijn er kontrasten tot + en -2,5V, waarbij er tussen de niveau's een verschil is van 3,5V. De schakeling geeft het 35 uitgangsbeeldsignaal PS2 af met een gewenst, van OV tot +5V beperkt signaalbereik waarin de oorspronkelijke kontrasten van-OV tot 1V vijfmaal versterkt voorkomen en de oorspronkelijke kontrasten van +1,5V

8502554 * PHN 11.497 9 tot +6,5V ongewijzigd in grootte, maar met de spanningsverschuiving optreden. Het is duidelijk dat andere signaalbereiken en -niveau's naar wens zijn te kiezen voor de beeldsignaalverwerking.

qs A 9 nqi W •kJ Ü hm -

Claims (4)

1. Beeldsignaalverwerkingsschakeling voor het verwerken vaneen beeldsignaal optredend met beeldinformaties op verschillende signaal-niveau's, waarbij de signaalniveauverschillen merendeels groter zijn dan de beeldinformatieverschillen bij de signaalniveau's, welke schake-5 ling is uitgevoerd met een versterkerschakeling aan een ingang waarvan het genoemde beeldsignaal wordt toegevoerd en waarbij een uitgang van de versterkerschakeling een beeldsignaal afgeeft dat beperkt is tussen een minimale en een maximale waarde, met het kenmerk, dat de beeldsignaal-verwerkingsschakeling is uitgevoerd met een versterkerschakeling die 10 twee parallelle, eerste en tweede signaalkanalen tussen de in- en uitgang bevat, en met een omschakelcircuit via welke één der twee parallelle signaalkanalen van de versterkerschakeling voor de signaalverwerking werkzaam is afhankelijk van het signaalniveau in het genoemde beeldsignaal, waarbij de signaalkanalen van de versterkerschakeling zijn 15 uitgevoerd met versterkers met elk per signaalkanaal een andere verster-kingsfaktor en een andere voorspanning voor een signaalniveauver-schuiving.

2. Beeldsignaalverwerkingsschakeling volgens konklusie 1, met het kenmerk, dat het omschakelcircuit is uitgevoerd met een 20 spanningsvergelijkschakeling voor het met een nagenoeg konstante gelijkspanning vergelijken van de aan een ingang ervan toegevoerde uitgangs-spanning afkomstig van de signaalkanaalversterker met de grootste versterkingsfaktor, waarbij afhankelijk van het vergelijkingsresultaat het eerste respektievelijk tweede signaalkanaal werkzaam is voor de 25 signaalverwerking.

3. Beeldsignaalverwerkingsschakeling volgens konklusie 1 of 2, met het kenmerk, dat bij de signaalkanaalversterker met de kleinste versterkingsfaktor de voorspanning voor een signaalniveauverschuiving ligt buiten het uitgangsspanningsbereik van de voor de signaalverweking 30 in de beeldsignaalverwerkingsschakeling werkzame signaalkanaalversterker met de grootste versterkingsfaktor.

4. Beeldsignaalverwerkingsschakeling volgens één der voorafgaande konklusies, met het kenmerk, dat in het signaalkanaal de versterker wordt gevolgd door een schakeltransistor die deel uitmaakt 35 van het omschakelcircuit. 850 2 564