RU2065257C1

RU2065257C1 - Small-frame image signal shaping device

Info

Publication number: RU2065257C1
Application number: RU93054682A
Authority: RU
Inventors: В.М. Смелков
Original assignee: Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр"
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: television engineering; image-signal shaping devices built around charge-coupled device arrays using video signal decomposition in small-frame mode. SUBSTANCE: device has optical unit 1 incorporating optically coupled first gate or first pulsed light source 1-2, first lens 1-3, first guiding optical component 1-5, second guiding optical component 1-6, turning optical component 1-7, third guiding optical component 1-8, second lens 1-4, second gate or second pulsed light source 1-2; it also has charge-coupled device array 2 incorporating charge-coupled first three-phase storage section 2-1 and first three-phase output register 2-3, second three-phase storage section 2-2, second three-phase register 2-4; in addition, it has control signal shaper and video signal processing unit 13. EFFECT: enlarged functional capabilities due to shaping combined image signal by sequential transmission of two nondistorted video signals from CCD array in each active line of frame. 14 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к телевизионной технике. The invention relates to television technology.

Известно устройство формирования сигнала изображения, содержащее две телекамеры, синхрогенератор и видеосмеситель. Устройство обеспечивает формирование на выходе видеосмесителя совмещенного сигнала изображения, для которого имеет место передача за кадр видеосигналов с обеих телекамер. Недостатком аналога является частичная потеря видеоинформации от фотоприемников каждой из телекамер независимо от их типа, т.к. в совмещенном изображении передаются только центральные участки составляющих изображений. A device for generating an image signal containing two cameras, a clock generator and a video mixer. The device provides the formation at the output of the video mixer of the combined image signal, for which there is a transmission per frame of video signals from both cameras. The disadvantage of the analogue is a partial loss of video information from the photodetectors of each of the cameras, regardless of their type, because in the combined image, only the central portions of the constituent images are transmitted.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство, содержащее оптический блок, расположенный перед оптическим входом матрицы ПЗС, причем матрица ПЗС состоит из двух фотоприемных секций и двух выходных регистров, формирователь управляющих сигналов, первый и второй видеоусилители. В прототипе матрица ПЗС работает в режиме импульсного экспонирования. Недостатком прототипа является отсутствие в нем возможности формирования совмещенного сигнала изображения, когда за кадр передаются оба видеосигнала с матрицы ПЗС. Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования совмещенного сигнала изображения путем последовательной передачи в каждой активной строке кадра двух неискаженных видеосигналов от матрицы ПЗС. The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a device containing an optical unit located in front of the optical input of the CCD matrix, the CCD matrix consisting of two photodetector sections and two output registers, a driver of control signals, the first and second video amplifiers. In the prototype, the CCD matrix operates in a pulse exposure mode. The disadvantage of the prototype is the lack of the possibility of forming a combined image signal when both video signals from the CCD are transmitted per frame. The objective of the present invention is to expand the functionality of the device by forming a combined image signal by sequentially transmitting in each active line of the frame two undistorted video signals from the CCD matrix.

Поставленная задача решается тем, что в малокадровое устройство формирования изображения дополнительно введены первый затвор или первый импульсный источник света, второй затвор или второй импульсный источник света, блок обработки видеосигналов, при этом формирователь управляющих сигналов выполнен определенным образом, а объективы оптического блока выполнены анаморфотными. The problem is solved in that the first shutter or the first pulsed light source, the second shutter or the second pulsed light source, the video processing unit are additionally introduced into the small-frame image forming apparatus, while the driver of the control signals is made in a certain way, and the lenses of the optical unit are made anamorphic.

Технический результат изобретения достигается при использовании единственной матрицы ПЗС, при этом в сигнале совмещения присутствуют полные (неискаженные) видеосигналы от каждой из двух фотомишеней. The technical result of the invention is achieved using a single CCD matrix, while the combination signal contains full (undistorted) video signals from each of the two target targets.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства. На фиг.2 - структурная схема формирователя управляющих сигналов, на фиг.3 один из вариантов формирователя импульсов, на фиг.4-6 временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг.7 структурная схема блока обработки видеосигналов. Малокадровое устройство формирования сигнала изображения (фиг.1) содержит оптический блок 1, расположенный перед оптическим входом матрицы 2 ПЗС, причем оптический блок состоит из оптически связанных первого затвора или первого импульсного источника света 1-2, первого анаморфотного объектива 1-3, первого направляющего оптического элемента 1-5, второго направляющего оптического элемента 1-6, оборачивающего оптического элемента 1-7, третьего направляющего оптического элемента 1-8, второго анаморфотного объектива 1-4, второго затвора или второго импульсного источника света 1-2, матрица ПЗС состоит из связанных зарядовой связью первой трехфазной секции накопления 2-1 и первого трехфазного выходного регистра 2-3, второй трехфазной секции накопления 2-2 и второго трехфазного выходного регистра 2-4, содержит также четыре трехфазных преобразователя уровней 3,4,5,6, два видеоусилителя 12-1,12-2, блок обработки видеосигналов 13, формирователь управляющих сигналов 11. Формирователь управляющих сигналов (ФУС) фиг.2 содержит задающий генератор 7, делитель частоты на два 11, синхрогенератор 8, два формирователя импульсов 9,10. Figure 1 shows the structural diagram of the inventive device. In Fig.2 is a structural diagram of a driver of control signals, in Fig.3 is one of the variants of a pulse shaper, in Figs.4-6 are timing diagrams explaining the operation of the device, in Fig.7 is a structural diagram of a block for processing video signals. The small-frame image signal conditioning apparatus (Fig. 1) comprises an optical unit 1 located in front of the optical input of the CCD matrix 2, the optical unit consisting of an optically coupled first shutter or first pulsed light source 1-2, a first anamorphic lens 1-3, a first guide an optical element 1-5, a second guide optical element 1-6, a wrapping optical element 1-7, a third guide optical element 1-8, a second anamorphic lens 1-4, a second shutter or a second pulse source light 1-2, the CCD matrix consists of charge-coupled first three-phase storage section 2-1 and first three-phase output register 2-3, second three-phase storage section 2-2 and second three-phase output register 2-4, also contains four three-phase a level converter 3,4,5,6, two video amplifiers 12-1,12-2, a video signal processing unit 13, a driver of control signals 11. A driver of control signals (FSF) of FIG. 2 contains a master oscillator 7, a frequency divider into two 11, sync generator 8, two formiro pulse generator 9.10.

Анаморфотные объективы 1-3 и 1-4 предназначены для изменения масштаба оптического изображения в одном направлении. Коэффициенты анаморфотности объективов по горизонтали равны 0,5. Матрица 2 ПЗС может иметь схемотехническую организацию "кадровый перенос" (КП) или "строчно-кадровый перенос" (СКП). Для последней организации необходимость в затворах или импульсных источниках света в составе оптического блока отпадает, но блок 2 содержит на одном кристалле по сути две матрицы СКП. Формирователь импульсов фиг.3 предназначен для формирования логических импульсных последовательностей. На его тактовый вход подаются импульсы с выхода задающего генератора 7 (фиг.4.1 а), а на стробирующий вход импульсы с третьего выхода синхрогенератора 8 (фиг. 4.1в). Временное положение последних импульсов относительно гасящих импульсов строк (фиг.4.1б) учитывает наличие "холостых" (защитных) элементов в регистрах матрицы ПЗС. Выходные сигналы формирователя импульсов представлены на фиг.4-6, где фиг.4.1ж (фиг.5ж) первая фаза трехфазного регистра, фиг.4.1з (фиг. 5. з) третья фаза трехфазного регистра, фиг.4.1в (фиг.5.и) третья фаза трехфазного регистра, фиг.6а импульсы первой выборки, фиг.6б импульсы второй выборки. Формирователь импульсов содержит шесть элементов И 14,16,18,19,22,24, два элемента ИЛИ 15,23, три элемента НЕ (17,20,21). На фиг.4.1в показан первый вход элемента И 18, на фиг.4.1г второй вход элемента И 18, фиг.4.1д выход элемента И 18, фиг.4.1е выход элемента И 19, фиг.4.1ж (5ж) первый вход элемента И 14, фиг.4.1з (фиг.5з) первый вход элемента ИЛИ 15, фиг. 4.1и (фиг. 5и) первый вход элемента И 16, фиг.4.1к (фиг.5к) выход элемента И 14, фиг.4.1л (фиг.5л) - выход элемента ИЛИ 15, фиг.4.1м (фиг.5м) выход элемента И 16, фиг.4.2 (фиг.5н) выход элемента И 22, фиг.4.2о (фиг.5о) выход элемента ИЛИ 23, фиг.4.2п (фиг.5п) выход элемента И 24. Anamorphic lenses 1-3 and 1-4 are designed to scale the optical image in one direction. The horizontal anamorphic coefficients of the lenses are 0.5. Matrix 2 of the CCD can have the circuit organization "personnel transfer" (KP) or "line-personnel transfer" (SKP). For the latter organization, the need for gates or pulsed light sources as part of the optical unit disappears, but unit 2 contains essentially one two UPC arrays on one chip. The pulse generator of figure 3 is intended for the formation of logical pulse sequences. Pulses from the output of the master oscillator 7 are fed to its clock input (Fig. 4.1 a), and pulses from the third output of the sync generator 8 (Fig. 4.1c) are fed to the gate input. The temporary position of the last pulses relative to the quenching pulses of the rows (Fig.4.1b) takes into account the presence of "idle" (protective) elements in the CCD matrix registers. The output signals of the pulse shaper are presented in Figs. 4-6, where Figs. 4.1g (Fig. 5g) is the first phase of the three-phase register, Fig. 4.1z (Fig. 5. h) is the third phase of the three-phase register, Fig. 4.1c (Fig. 5.i) the third phase of the three-phase register, Fig.6a pulses of the first sample, Fig.6b pulses of the second sample. The pulse shaper contains six elements AND 14,16,18,19,22,24, two elements OR 15,23, three elements NOT (17,20,21). Fig. 4.1c shows the first input of the element And 18, Fig. 4.1d the second input of the element And 18, Fig. 4.1d the output of the element And 18, Fig. 4.1e the output of the element And 19, Fig. 4.1g (5g) the first input element And 14, fig.4.1z (fig.5z) the first input of the element OR 15, fig. 4.1i (Fig. 5i) the first input of the And element 16, Fig. 4.1k (Fig. 5k) the output of the element And 14, Fig. 4.1l (Fig. 5l) - the output of the element OR 15, Fig. 4.1m (Fig. 5m ) the output of the element And 16, Fig. 4.2 (Fig.5n) the output of the element And 22, Fig. 4.2o (Fig.5o) the output of the element OR 23, Fig. 4.2p (Fig.5p) the output of the element And 24.

Блок обработки видеосигналов 13 предназначен для осуществления обработки и "сшивки" двух аналоговых видеосигналов, поступающих через буферные видеоусилители 12-1,12-2 c выходов матрицы ПЗС. Блок обработки видеосигналов (фиг. 7) содержит три блока фиксации уровня 25,26,29, блок 27 выборки со сшивкой, аналоговый умножитель 28, буферный видеоусилитель 30. Блок обработки видеосигналов выполняет следующие функции: восстановление постоянных составляющих видеосигналов, выделение в видеосигналах участков видеоинформации в пределах каждого элемента изображения и его запоминание на период элемента, объединение двух видеосигналов с устранением эффекта перепада уровня фиксации, выравнивание коэффициентов усиления видеосигналов и балансировка, восстановление постоянной составляющей для объединенного видеосигнала, буферное преобразование объединенного видеосигнала для работы на низкоомную нагрузку. The video processing unit 13 is designed to process and “stitch” two analog video signals coming through buffer video amplifiers 12-1,12-2 from the outputs of the CCD. The video signal processing block (Fig. 7) contains three level fixation blocks 25,26,29, a crosslinked sampling block 27, an analog multiplier 28, a buffer video amplifier 30. The video signal processing block performs the following functions: restoring the constant components of the video signals, extracting sections of video information in the video signals within each element of the image and its storage for the period of the element, combining two video signals with the elimination of the effect of the differential level of fixation, alignment of the gain of the video signals and the balance calibration, restoration of the DC component for the combined video signal, buffer conversion of the combined video signal for operation at low impedance load.

Малокадровое устройство формирования сигнала изображения работает следующим образом. Изображения двух контролируемых объектов ("левого" и "правого") в режиме импульсного экспонирования проецируется через оптический блок 1 на фотомишени 2-1 и 2-2 матрицы ПЗС. Режим импульсного экспонирования, обеспечиваемый синхронно работающими затворами или импульсными источниками света 1-1 и 1-2, осуществляется таким образом, что в течение обратного хода кадровой развертки оба оптических канала открыты, а во время прямого хода закрыты. Управление блоками 1-1 и 1-2 производится при помощи кадрового гасящего импульса, подаваемого с первого выхода синхрогенератора 8. На секцию 2-1 поступает импульсное изображение левого объекта, растянутое вдвое по горизонтали, а на секцию 2-2 растянутое вдвое по горизонтали импульсное изображение правого объекта. В качестве матрицы ПЗС применяется трехфазная матрица кадрового переноса с п-каналом проводимости. Задающий генератор 7 работает на частоте вдвое выше, чем в прототипе, однако делитель на два 11 обеспечивает работу синхрогенератора 8 без изменения скорости. Поэтому импульсные последовательности, подаваемые на электроды секций 2-1 и 2-2, соответственно через преобразователи уровней 3 и 4, не отличаются от аналогичных схем прототипа. К моменту окончания интервала кадрового гашения на фотомишенях 2-1 и 2-2 заканчивается формирование зарядовых рельефов соответственно для левого и правого объектов контроля. В течение прямого хода кадровой развертки выполняется поочередное считывание зарядовых пакетов при закрытых оптических каналах (в темноте) из секции 2-1 в выходной регистр 2-3 и из секции 2-2 в регистр 2-4. При этом во время первой половины активной части каждой строки считывается с удвоенной по отношению к прототипу скоростью зарядовая строка секции 2-1, а во время второй половины активной части строки с той же удвоенной скоростью зарядовая строка 2-2. A small-frame device for generating an image signal operates as follows. Images of two controlled objects ("left" and "right") in the pulse exposure mode are projected through the optical unit 1 on the photo targets 2-1 and 2-2 of the CCD. The pulse exposure mode, provided by synchronously operating shutters or pulsed light sources 1-1 and 1-2, is carried out in such a way that both optical channels are open during the reverse scan of the vertical scan and closed. Blocks 1-1 and 1-2 are controlled by a quenching frame pulse supplied from the first output of the sync generator 8. Section 2-1 receives a pulsed image of the left object, stretched twice horizontally, and section 2-2, pulses horizontally twice image of the right object. As a CCD matrix, a three-phase personnel transfer matrix with a p-channel conductivity is used. The master oscillator 7 operates at a frequency twice as high as in the prototype, however, the divider by two 11 ensures the operation of the synchronizer 8 without changing the speed. Therefore, the pulse sequences supplied to the electrodes of sections 2-1 and 2-2, respectively, through the transducers of levels 3 and 4, do not differ from similar schemes of the prototype. By the end of the frame blanking interval on targets 2-1 and 2-2, the formation of charge reliefs for the left and right objects of control, respectively, ends. During the direct course of the frame scan, charge packets are sequentially read with closed optical channels (in the dark) from section 2-1 to the output register 2-3 and from section 2-2 to the register 2-4. At the same time, during the first half of the active part of each line, the charge line of section 2-1 is read out at double speed relative to the prototype, and during the second half of the active part of the line at the same double speed, the charge line is 2-2.

Необходимое управление работой регистров 2-3 и 2-4 осуществляется при помощи блоков 7,9,10, а также функционирующих с удвоенной частотой трехфазных преобразователей уровней 5 и 6. Удвоенная частота переноса зарядовых пакетов в регистрах благодаря малокадровому режиму разложения существенно ниже предельной частоты опроса ПЗС-линейки, для которой имеют место искажения из-за неэффективности переноса. Эпюры импульсных сигналов для первого регистра 2-3 показаны на фиг.4.1к-м, а для второго 2-4 на фиг.4.2н-п. В результате видеосигналы на первом и втором выходах матрицы ПЗС содержат видеоинформацию с восстановленным масштабом для левого и правого объективов контроля. The necessary control of the operation of registers 2-3 and 2-4 is carried out using blocks 7,9,10, as well as three-phase converters of levels 5 and 6 operating with double frequency. The double frequency of transferring charge packets in registers due to the low-frame decomposition mode is significantly lower than the limiting polling frequency CCD arrays for which distortion occurs due to transfer inefficiency. Pulse waveform diagrams for the first register 2-3 are shown in Fig. 4.1k-m, and for the second 2-4 in Fig. 4.2n-p. As a result, the video signals at the first and second outputs of the CCD contain video information with a restored scale for the left and right control lenses.

Через буферные видеоусилители 11 и 12 видеосигналы с матрицы ПЗС поступают на блок обработки 13, где осуществляется их предварительная обработка и объединение ("сшивка"). На выходе устройства в малокадровом темпе разложения формируется совмещенный видеосигнал, в каждой активной строке которого последовательно передаются сигналы изображения от левого и правого объектов контроля. Through the buffer video amplifiers 11 and 12, the video signals from the CCD are fed to the processing unit 13, where they are pre-processed and combined (“stitching”). A combined video signal is formed at the output of the device at a low-frame decomposition rate, in each active line of which image signals from the left and right control objects are sequentially transmitted.

Claims

1. A small-frame image signal generating apparatus comprising an optical unit located in front of an optical input of a charge coupled device (CCD) array, the optical unit consisting of an optically coupled first lens, a first optical guide element, a second optical guide element, an optical element wrapping optical element, and a third a directing optical element and a second lens, and the CCD matrix consists of charge-coupled first three-phase storage section (TSN) and the first phase output register (TBR), second TSN and second three-phase output register (TBR), while the first control input of the first TSN and the third control input of the second TSN are connected respectively through the first and second three-phase level converters (TPU) to the first output of the control signal generator ( FCS), the second control inputs of both TSN through the first and second TPU to the second output of the FCS, and the third control input of the first TSN and the first control input of the second TSN through the first and second TPU to the third output of the FCS, while the first , the second and third control inputs of the first and second TBR are connected respectively to the outputs of the third and fourth TPU, and the outputs of the CCD matrix respectively to the inputs of the first and second buffer video amplifiers, characterized in that the first shutter or the first pulsed light source is introduced into the optical unit, the first a shutter or a first pulsed light source is located in front of the first lens and is optically coupled to it, a second shutter or a second pulsed light source, the second shutter or a second pulsed light source positioned in front of the second lens and optically connected to it, the control inputs of both shutters or both pulsed light sources are combined and connected to the fourth output of the FSF, a video signal processing unit (BOV) is also introduced, the first and second information inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second buffer video amplifiers, the input of the pulse signal of fixation of the BOW is connected to the fifth output of the FUS, the input of the pulse signal of the sample of the BOW to the sixth output of the FUS, the first input of the pulse signal of switching the BOW to the seventh the output of the FUS, the ninth output of which is connected to the first control input of the third TPU, the tenth output of the FUS to the second control input of the third TPU, the eleventh output of the FUS to the third control input of the third TPU, the twelfth output of the FUS to the first control input of the fourth TPU, the thirteenth output of the FUS to the second control the input of the fourth TPU, the fourteenth output of the FUS to the third control input of the fourth TPU, the output of the BOV is the output of the combined video signal, while the lenses of the optical unit are made anamorphic and.

2. The device according to claim 1, characterized in that the driver of the control signals (FUS) contains serially connected master oscillator, a frequency divider for two and a clock generator, as well as the first and second pulse generators (FI), while the first output of the clock generator is connected to the fourth the output of the FSF, the second output of the clock to the first output of the FSF, the third output of the clock to the second output of the FSF, the fourth output of the clock to the third output of the FSF, the fifth output of the clock to the gate inputs, respectively, the first the first and second FIs, the sixth output of the sync generator to the pulse center signal input of the line of the second FI, and the seventh output of the clock to the fifth output of the FSF, the clock input of the first FI connected to the master oscillator, the first output of the first FI to the first input of the second FI, the second output of the first FI to the second input of the second FI, the third output of the first FI to the sixth output of the FUS, the seventh output of which is connected to the seventh output of the second FI, the eighth output of the FUS to the eighth output of the second FI, the first output of which is connected to the ninth output of the FUS, the second output d of the second to the tenth LSF FUS output, the third output of the second to eleventh FI FUS output, the fourth output of the second to twelfth FI FUS output, a fifth output of the second to the thirteenth FI output FUS sixth output of the second to the fourteenth FI output SCF.