RU2119725C1

RU2119725C1 - Device for stabilization of video signal amplitude

Info

Publication number: RU2119725C1
Application number: RU96124309A
Authority: RU
Inventors: В.В. Струков; В.С. Титов; С.В. Дегтярев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-09-27

Abstract

FIELD: TV equipment, in particular, transmitting TV cameras which has picture detectors using charge-coupled devices. SUBSTANCE: device has clock oscillator, matching amplifiers, picture detector using charge-coupled devices, video amplifier, mismatch detector, which has level detector, D flip-flop, reverse counter, code comparator, unit, which counts line or frame length, generator of end line or frame pulse. Goal of invention is achieved by introduced enabling shutter control unit, and exposing shutter control unit. Amplitude of video signal is controlled by means of alternation of charge accumulation period in sensitive section of picture detector using charge-coupled devices. EFFECT: increased precision of amplitude stabilization, simplified design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к средствам, предназначенным для автоматического регулирования амплитуды видеосигнала, и может быть использовано в телевизионных передающих камерах с датчиками изображения на приборе с зарядовой связью. The invention relates to television technology, in particular to means for automatically controlling the amplitude of a video signal, and can be used in television transmitting cameras with image sensors on a charge-coupled device.

Известно устройство стабилизации амплитуды видеосигнала для датчика изображения на приборе с зарядовой связью, содержащее генератор импульсов, согласующий усилитель фоточувствительной секции, датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель, датчик рассогласования, содержащий два компаратора напряжений, два D-триггера, делитель частоты импульсов, счетчик импульсов, RS-триггер, компаратор кодов, формирователь импульса конца строки или кадра, блок отсчетов длины строки или кадра [1]. A device for stabilizing the amplitude of a video signal for an image sensor on a charge-coupled device containing a pulse generator, a matching amplifier for the photosensitive section, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor containing two voltage comparators, two D-flip-flops, a pulse frequency divider, pulse counter, RS-flip-flop, code comparator, pulse generator of the end of the line or frame, block of samples of the length of the line or frame [1].

Недостатком этого устройства является невысокая точность стабилизации амплитуды видеосигнала вследствие низкого быстродействия. The disadvantage of this device is the low accuracy of stabilization of the amplitude of the video signal due to low speed.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, согласующие усилители, датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеусилитель, датчик рассогласования, состоящий из двух детекторов уровня, элемент ИЛИ, два D-триггера, элемент И, реверсивный счетчик, блок регулирования времени накопления, выполненный на ПЗУ, компаратор кода, S-триггер, блок задержки, блок отсчета длины строки или кадра, формирователь импульса конца строки или кадра [2]. Closest to the proposed device is a device containing a clock generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor consisting of two level detectors, an OR element, two D-flip-flops, an I element, a reversible counter, a unit adjustment of the accumulation time, performed on the ROM, a code comparator, an S-trigger, a delay unit, a line or frame length reference unit, an end-of-line or frame pulse former [2].

Недостаток этого устройства заключается в невысокой точности стабилизации амплитуды видеосигнала из-за наличия у датчика рассогласования зоны нечувствительности, границы которой определяются верхним и нижним уровнями заданного напряжения. The disadvantage of this device is the low accuracy of stabilization of the amplitude of the video signal due to the presence of a mismatch in the deadband sensor, the boundaries of which are determined by the upper and lower levels of the specified voltage.

Технической задачей изобретения является повышение точности стабилизации амплитуды видеосигнала за счет исключения зоны нечувствительности и упрощение конструкции устройства путем исключения детектора уровня, D-триггера, блока задержки, элементов И и ИЛИ, RS-триггера, блока регулирования времени накопления, выполненного из ПЗУ, и введения блока управления разрешающим затвором датчика изображения, блока управления фотозатвором датчика изображения, выполненного на D-триггере с двумя входами асинхронного управления: R и S. An object of the invention is to increase the accuracy of stabilization of the amplitude of the video signal by eliminating the deadband and simplifying the design of the device by eliminating the level detector, D-trigger, delay unit, AND and OR elements, RS-trigger, accumulation time adjustment unit made from ROM, and introduction an image sensor permitting gate control unit, an image sensor shutter control unit, implemented on a D-trigger with two asynchronous control inputs: R and S.

Техническая задача решается тем, что в устройство стабилизации амплитуды видеосигнала, содержащее генератор тактовых импульсов, согласующие усилители, датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель, датчик рассогласования, состоящий из детектора уровня, D-триггер, реверсивный счетчик, компаратор кодов, блок отсчета длины строки или кадра, формирователь импульса конца строки или кадра, введены блок управления разрешающим затвором датчика изображения и блок управления фотозатвором датчика изображения, причем один выход генератора тактовых импульсов через соответствующий согласующий усилитель соединен с входом датчика изображения на приборе с зарядовой связью, а другой выход подключен к входу блока отсчета длины строки или кадра, выходы которого соединены с входами блока управления разрешающим затвором датчика изображения и формирователя импульса конца строки или кадра, выходы согласующих усилителей фоточувствительной секции датчика изображения соединены с соответствующими входами датчика изображения на приборе в зарядовой связью, вход видеоусилителя соединен с выходом датчика изображения на приборе с зарядовой связью, один вход датчика рассогласования подключен к выходу видеоусилителя, а на другой вход подано напряжение заданного уровня, выход датчика рассогласования соединен с C-входом D-триггера, прямой выход которого подключен к счетному входу "Сложение/Вычитание" реверсивного счетчика, соответствующие входы компаратора кодов соединены с выходами адекватных разрядов реверсивного счетчика и блока отсчета длины строки или кадра, выход компаратора кодов подключен к одному из входов блока управления фотозатвором датчика изображения, выход которого соединен с входом согласующего усилителя фоточувствительной секции датчика изображения, прямой выход блока управления разрешающим затвором датчика изображения соединен с входом согласующего усилителя, а его инверсный выход подключен одновременно к входу формирователя импульса конца строки или кадра и к C-входу реверсивного счетчика, выход формирователя импульса конца строки или кадра соединен одновременно с входами блока управления разрешающим затвором датчика изображения, блока управления фотозатвором датчика изображения и с R-входом D-триггера. The technical problem is solved in that in the device for stabilizing the amplitude of the video signal containing a clock generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor consisting of a level detector, a D-trigger, a reversible counter, a code comparator, a reference unit the length of the line or frame, the pulse generator of the end of the line or frame, the control unit for enabling the image sensor and the control unit for the shutter of the image sensor, one output q the clock generator through the appropriate matching amplifier is connected to the input of the image sensor on the device with a charge-coupled device, and the other output is connected to the input of the line or frame length reading unit, the outputs of which are connected to the inputs of the resolution block of the image sensor and the line terminator , the outputs of the matching amplifiers of the photosensitive section of the image sensor are connected to the corresponding inputs of the image sensor on the device in charge communication, video input line is connected to the output of the image sensor on a charge-coupled device, one input of the mismatch sensor is connected to the output of the video amplifier, and a voltage of a given level is applied to the other input, the output of the mismatch sensor is connected to the C-input of the D-trigger, the direct output of which is connected to the counting input " Addition / Subtraction of the "reverse counter, the corresponding inputs of the code comparator are connected to the outputs of the adequate bits of the reverse counter and the block for reading the line or frame length, the output of the code comparator is connected to one from the inputs of the control unit of the photocell shutter of the image sensor, the output of which is connected to the input of the matching amplifier of the photosensitive section of the image sensor, the direct output of the control unit of the enabling shutter of the image sensor is connected to the input of the matching amplifier, and its inverse output is connected simultaneously to the input of the pulse shaper of the end of the line or frame and to C-input of the reversible counter, the output of the pulse former of the end of the line or frame is connected simultaneously with the inputs of the control block of the enable gate yes snip images, shutter control unit of the image sensor and the R-input of a D-flip-flop.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства стабилизации амплитуды видеосигнала. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural electrical diagram of the device; in FIG. 2 and 3 are timing diagrams explaining the operation of the device for stabilizing the amplitude of the video signal.

Устройство для стабилизации амплитуды видеосигнала содержит генератор 1 тактовых импульсов, согласующие усилители 2, 3 и 4, датчик изображения 5 на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель 6, датчик рассогласования 7, D-триггер 8, реверсивный счетчик 9, компаратор кодов 10, блок отсчета длины строки или кадра 11, блок управления разрешающим затвором 12 датчика изображения, блок управления фотозатвором 13 датчика изображения, формирователь импульса конца строки или кадра 14, причем один выход генератора 1 тактовых импульсов через соответствующий согласующий усилитель 2 соединен с входом датчика изображения 5 на приборе с зарядовой связью, а другой выход подключен к входу блоку отсчета длины строки или кадра 11, выходы которого соединены с входами блока управления разрешающим затвором 12 датчика изображения и формирователя импульса конца строки или кадра 14, выходы согласующих усилителей 2, 3 и 4 фоточувствительной секции датчика изображения соединены с соответствующими входами датчика изображения 5 на приборе с зарядовой связью, вход видеоусилителя 6 соединен с выходом датчика изображения 5 на приборе с зарядовой связью, один вход датчика рассогласования 7 подключен к выходу видеоусилителя 6, а на другой вход подано напряжение заданного уровня, выход датчика рассогласования 7 соединен с C-входом D-триггера 8, прямой выход которого подключен к счетному входу "Сложение/Вычитание" реверсивного счетчика 9, соответствующие входы компаратора кодов 10 соединены с выходами адекватных разрядов реверсивного счетчика 9 и блока отсчета длины строки или кадра 11, выход компаратора кодов 10 подключен к одному из входов блока управления фотозатвором 13 датчика изображения, выход которого соединен с входом согласующего усилителя 4 фоточувствительной секции датчика изображения, прямой выход блока управления разрешающим затвором 12 датчика изображения соединен с входом согласующего усилителя 3, а его инверсный выход подключен одновременно к входу формирователя импульса конца строки или кадра 14 и к C-входу реверсивного счетчика 9, выход формирователя импульса конца строки или кадра 14 соединен одновременно с входами блока управления разрешающим затвором 12 датчика изображения, блока управления фотозатвором 13 датчика изображения и с R-входом D-триггера 8. The device for stabilizing the amplitude of the video signal contains a clock generator 1, matching amplifiers 2, 3 and 4, an image sensor 5 on a charge-coupled device, a video amplifier 6, a mismatch sensor 7, a D-trigger 8, a reversible counter 9, a code comparator 10, a reference unit the length of the line or frame 11, the control unit permits the shutter 12 of the image sensor, the control unit of the shutter 13 of the image sensor, the driver of the end of the line or frame 14, and one output of the clock generator 1 through the corresponding the amplifying amplifier 2 is connected to the input of the image sensor 5 on a charge-coupled device, and the other output is connected to the input of the line or frame 11 length reading unit, the outputs of which are connected to the inputs of the resolution block 12 of the image sensor and the end-of-line or frame 14 pulse shaper, the outputs of the matching amplifiers 2, 3 and 4 of the photosensitive section of the image sensor are connected to the corresponding inputs of the image sensor 5 on a charge-coupled device, the input of the video amplifier 6 is connected to the output of the image sensor 5 on the device with a charge-coupled device, one input of the mismatch sensor 7 is connected to the output of the video amplifier 6, and a voltage of a given level is applied to the other input, the output of the mismatch sensor 7 is connected to the C-input of the D-trigger 8, the direct output of which is connected to the counting input " Addition / Subtraction of the “reverse counter 9, the corresponding inputs of the code comparator 10 are connected to the outputs of the adequate bits of the reverse counter 9 and the block for reading the line or frame length 11, the output of the code comparator 10 is connected to one of the inputs of the control unit ph the image sensor shutter 13, the output of which is connected to the input of the matching amplifier 4 of the photosensitive section of the image sensor, the direct output of the resolution sensor control unit 12 of the image sensor is connected to the input of the matching amplifier 3, and its inverse output is connected simultaneously to the input of the pulse former of the end of the line or frame 14 and to the C-input of the reverse counter 9, the output of the pulse former of the end of the line or frame 14 is connected simultaneously with the inputs of the control unit of the resolution gate 12 of the image sensor, the control unit of the shutter 13 of the image sensor and with the R-input of the D-trigger 8.

Устройство стабилизации амплитуды видеосигнала работает следующим образом. Device stabilization of the amplitude of the video signal operates as follows.

Управление амплитудой видеосигнала осуществляется изменением времени накопления фотозаряда в фоточувствительной секции датчика изображения. Завершение процесса накопления происходит в момент прихода импульса конца строки или кадра с формирователя импульса 14 (см., например, фиг.2д) на блок управления разрешающим затвором 12 датчика изображения. The amplitude of the video signal is controlled by changing the accumulation time of the photo charge in the photosensitive section of the image sensor. The completion of the accumulation process occurs at the moment of arrival of the pulse of the end of the line or frame from the pulse shaper 14 (see, for example, fig.2d) to the control unit of the enable shutter 12 of the image sensor.

Начало накопления происходит в момент совпадения текущего кода блока отсчета длины строки 11, поступающего на первую группу входов компаратора кодов 10, с кодом, представленным в данный момент на выходе реверсивного счетчика 9, поступающим на вторую группу входов компаратора кодов 10. The accumulation begins at the moment of coincidence of the current code of the block for reading the length of the line 11, which arrives at the first group of inputs of the code comparator 10, with the code currently presented at the output of the reverse counter 9, arrives at the second group of inputs of the code comparator 10.

Таким образом, с помощью изменения кода, представленного на выходе реверсивного счетчика 9 и поступающего на входы компаратора кодов 10, производится регулирование момента подачи напряжения на фоточувствительную секцию датчика изображения 5, а поскольку момент снятия этого напряжения синхронизирован с концом строки или кадра, то смена кода на выходе реверсивного счетчика 9 осуществляет регулирование времени накопления фотозаряда и, следовательно, амплитуды видеосигнала. Thus, by changing the code presented at the output of the reverse counter 9 and entering the inputs of the code comparator 10, the moment of voltage supply to the photosensitive section of the image sensor 5 is regulated, and since the moment of removal of this voltage is synchronized with the end of the line or frame, the code change the output of the reversible counter 9 controls the accumulation time of the photo charge and, therefore, the amplitude of the video signal.

Рассмотрим случай, когда амплитуда видеосигнала в течение строки или кадра превысит заданный уровень опорного сигнала Uon (см. фиг.2). Consider the case when the amplitude of the video signal during a line or frame exceeds a predetermined level of the reference signal Uon (see figure 2).

В момент времени, когда амплитуда видеосигнала на выходе видеоусилителя 6 (см. фиг.2а) превысит заданное значение Uoп, сработает детектор уровня 7, с выхода которого на C-вход D-триггера 8 поступит импульс (см. фиг.2б), фронтом которого осуществляется запись логической единицы, постоянно присутствующей на D-входе. At the time when the amplitude of the video signal at the output of the video amplifier 6 (see Fig. 2a) exceeds the preset value Uoop, a level 7 detector will trigger, from the output of which a pulse will arrive at the C-input of the D-trigger 8 (see Fig. 2b), which records the logical unit constantly present at the D-input.

С прямого выхода D-триггера 8 (см. фиг.2в) на управляющий вход реверсивного счетчика 9 поступит логическая единица, которая установит положительное направление счета. С приходом на тактовый вход (C-вход) реверсивного счетчика 9 импульса (см. фиг.2г), инверсного импульсу, управляющему разрешающим затвором датчика изображения, код реверсивного счетчика 9 будет увеличен на единицу младшего разряда. Это значит, что равенство кодов блока отсчета длины строки или кадра 11 и реверсивного счетчика 9 будет зафиксировано компаратором кодов 10 несколько позже относительно начала строки или кадра. Следовательно, фоточувствительная секция датчика изображения 5 включится также несколько позже по отношению к началу строки или кадра (см. фиг.2е). Сокращение времени накопления фотозаряда в фоточувствительной секции датчика изображения 5 приведет к уменьшению амплитуды видеосигнала. From the direct output of the D-flip-flop 8 (see Fig. 2c), a logical unit will arrive at the control input of the reverse counter 9, which will establish a positive counting direction. With the arrival at the clock input (C-input) of the reverse pulse counter 9 (see Fig. 2d), the inverse of the pulse controlling the resolution shutter of the image sensor, the code of the reverse counter 9 will be increased by a unit of the least significant bit. This means that the equality of the codes of the block for reading the length of the line or frame 11 and the reverse counter 9 will be fixed by the code comparator 10 somewhat later relative to the beginning of the line or frame. Therefore, the photosensitive section of the image sensor 5 will also turn on somewhat later with respect to the beginning of a line or frame (see FIG. 2e). Reducing the accumulation time of the charge in the photosensitive section of the image sensor 5 will lead to a decrease in the amplitude of the video signal.

В том случае, когда амплитуда видеосигнала на выходе видеоусилителя 6 не превысит заданного уровня Uoп (см. фиг.3а), детектор уровня 7 не сработает и D-триггер 8 останется в исходном состоянии (см. фиг.3б, 3в). С прямого выхода D-триггера 8 на управляющий вход реверсивного счетчика 9 поступит сигнал логического нуля (см. фиг. 3в), который установит отрицательное направление счета. С приходом на тактовый вход (C-вход) реверсивного счетчика 9 импульса (см. фиг.3г), инверсного импульсу, управляющему разрешающим затвором датчика изображения 5, код реверсивного датчика 9 будет уменьшен на единицу младшего разряда. Это значит, что равенство кодов блока отсчета длины строки или кадра 11 и реверсивного счетчика 9 будет зафиксировано компаратором кодов 10 несколько раньше относительно начала строки или кадра. Следовательно, фоточувствительная секция датчика изображения 5 включится также несколько раньше по отношению к началу строки или кадра (см. фиг.3е). Увеличение времени накопления фотозаряда в фоточувствительной секции датчика изображения 5 приведет к увеличению амплитуды видеосигнала. In the case when the amplitude of the video signal at the output of the video amplifier 6 does not exceed a predetermined level Uoop (see Fig. 3a), the level 7 detector will not work and the D-trigger 8 will remain in its original state (see Fig. 3b, 3c). From the direct output of the D-flip-flop 8, a logic zero signal (see Fig. 3c) will arrive at the control input of the reverse counter 9, which will establish a negative counting direction. With the arrival at the clock input (C-input) of the reversible pulse counter 9 (see Fig. 3d), the inverse of the pulse controlling the enable shutter of the image sensor 5, the code of the reverse sensor 9 will be reduced by a unit of the least significant bit. This means that the equality of the codes of the block for reading the length of the line or frame 11 and the reverse counter 9 will be fixed by the code comparator 10 somewhat earlier relative to the beginning of the line or frame. Therefore, the photosensitive section of the image sensor 5 will also turn on somewhat earlier with respect to the beginning of a line or frame (see FIG. 3e). The increase in the accumulation time of the charge in the photosensitive section of the image sensor 5 will lead to an increase in the amplitude of the video signal.

Поскольку границы зоны нечувствительности устанавливаются с помощью дискретных радиоэлементов, то вследствие разброса их параметров, обусловленного технологией изготовления радиоэлементов, влиянием температуры и т.д., верхний и нижний уровни зоны могут в существенной мере отличаться от требуемых значений, что может привести к сужению или, наоборот, расширению зоны нечувствительности, а также к обоюдному смещению ее границ в ту или иную сторону. Все это способно значительно снизить точность стабилизации амплитуды видеосигнала. В предлагаемом устройстве амплитуда видеосигнала сравнивается лишь с одним заданным уровнем напряжения, т.е. отсутствует зона нечувствительности, присущая всем аналогичным устройствам. Между амплитудой видеосигнала и заданным уровнем осуществляется динамическое равновесие, позволяющее постоянно поддерживать необходимое отношение сигнал/шум. Кроме того, предлагаемое решение позволяет значительно снизить аппаратные затраты на реализацию поставленной задачи. Since the boundaries of the dead zone are set using discrete radio elements, due to the dispersion of their parameters due to the technology of manufacturing the radio elements, the influence of temperature, etc., the upper and lower levels of the zone can significantly differ from the required values, which can lead to a narrowing or, on the contrary, the expansion of the deadband, as well as the mutual displacement of its borders in one direction or another. All this can significantly reduce the accuracy of stabilization of the amplitude of the video signal. In the proposed device, the amplitude of the video signal is compared with only one predetermined voltage level, i.e. there is no deadband inherent in all similar devices. Between the amplitude of the video signal and a given level, a dynamic equilibrium is carried out, which allows you to constantly maintain the necessary signal to noise ratio. In addition, the proposed solution can significantly reduce hardware costs for the implementation of the task.

Достоинствами предлагаемого устройства, помимо высокой точности, устойчивости стабилизации амплитуды видеосигнала, является то, что оно выполняется полностью на элементах интегральной микроэлектроники, что обеспечивает ее высокую надежность и возможность микроминиатюризации. The advantages of the proposed device, in addition to high accuracy, stability of stabilization of the amplitude of the video signal, is that it is performed entirely on the elements of integrated microelectronics, which ensures its high reliability and the possibility of microminiaturization.

Claims

A device for stabilizing the amplitude of a video signal containing a clock generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor consisting of one level detector, a D-trigger, a reversible counter, a code comparator, a line or frame length reading unit, a shaper pulse of the end of the line or frame, characterized in that the control unit for enabling the image sensor is introduced into it, the image sensor photo shutter control unit, executed on the D-trigger Here, one output of the clock generator through the corresponding matching amplifier is connected to the input of the image sensor on the charge-coupled device, and the other output is connected to the input of the line or frame length reading unit, the outputs of which are connected to the inputs of the resolution block of the image sensor and the pulse shaper the end of the line or frame, the outputs of the matching amplifiers of the photosensitive section of the image sensor are connected to the corresponding inputs of the image sensor on the device with a charge by communication, the input of the video amplifier is connected to the output of the image sensor on the device with a charge-coupled device, one input of the mismatch sensor is connected to the output of the video amplifier, and a voltage of a given level is applied to the other input, the output of the mismatch sensor is connected to the C-inputs of the D-trigger, the direct output of which is connected to counter input "Addition / Subtraction" of the reverse counter, the corresponding inputs of the code comparator are connected to the outputs of the adequate bits of the reverse counter and the block for reading the length of the line or frame, the output of the comparator code s is connected to one of the inputs of the image sensor photo-gate control unit, the output of which is connected to the input of the matching amplifier of the photosensitive section of the image sensor, the direct output of the resolution sensor control unit of the image sensor is connected to the input of the matching amplifier, and its inverse output is connected simultaneously to the input of the end-of-line pulse shaper or frame and to the C-input of the reversible counter, the output of the pulse former of the end of the line or frame is connected simultaneously with the inputs of the control unit deciding an image sensor shutter, shutter control unit of the image sensor and the R-input of a D-flip-flop.