RU2199827C2 - Method for extending dynamic range of luminous gradation and/or illumination intensity in television system - Google Patents
Method for extending dynamic range of luminous gradation and/or illumination intensity in television system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2199827C2 RU2199827C2 RU2000122314A RU2000122314A RU2199827C2 RU 2199827 C2 RU2199827 C2 RU 2199827C2 RU 2000122314 A RU2000122314 A RU 2000122314A RU 2000122314 A RU2000122314 A RU 2000122314A RU 2199827 C2 RU2199827 C2 RU 2199827C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- range
- illumination
- channels
- dynamic range
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области телевидения, а в ней к системам мониторинга и разведки с использованием телевизионных средств. The invention relates to the field of television, and in it to monitoring and reconnaissance systems using television means.
Динамический диапазон современных телевизионных систем, предназначенных для анализа телевизионных изображений, определяется соответствующими техническими характеристиками всего телевизионного тракта. Основными параметрами, определяющими динамический диапазон телевизионной системы, являются:
- Отношение сигнал/шум преобразователя свет/сигнал;
- Линейность характеристики преобразования свет/сигнал.The dynamic range of modern television systems designed to analyze television images is determined by the corresponding technical characteristics of the entire television path. The main parameters that determine the dynamic range of a television system are:
- The signal-to-noise ratio of the light / signal converter;
- The linearity of the light / signal conversion characteristics.
Земные объекты могут иметь диапазон освещенностей 104÷105, а объекты космические (например, поверхность Луны) - 107÷108. Динамический диапазон D определяется соотношением
где Emax и Emin - максимальная и минимальная освещенности объекта соответственно, a ΔE - минимальное дифференциальное значение освещенности объекта, подлежащее анализу. Так положив, например, ΔЕ=1 лк, получим значение динамического диапазона, численно равное диапазону освещенностей. Получение телевизионных изображений объектов с подобными динамическими диапазонами освещенности потребует отношения сигнал/шум преобразователя свет/сигнал:
- Для земных объектов - 80÷100 дБ;
- Для космических объектов - 140÷160 дБ.Terrestrial objects can have a range of illumination of 10 4 ÷ 10 5 , and space objects (for example, the surface of the moon) - 10 7 ÷ 10 8 . Dynamic range D is determined by the ratio
where E max and E min are the maximum and minimum illumination of the object, respectively, and ΔE is the minimum differential value of the illumination of the object to be analyzed. So setting, for example, ΔЕ = 1 lux, we obtain the value of the dynamic range, numerically equal to the range of illumination. Obtaining television images of objects with similar dynamic ranges of illumination will require a signal-to-noise ratio of the light / signal converter:
- For terrestrial objects - 80 ÷ 100 dB;
- For space objects - 140 ÷ 160 dB.
Существующие преобразователи свет/сигнал (ПЗС-матрицы) обеспечивают отношение сигнал/шум примерно 63÷65 дБ, что соответствует передаче 1400÷1700 градаций яркости. Дальнейшее увеличение отношения сигнал/шум при помощи охлаждения преобразователя не дает значительного выигрыша. Таким образом, проведение качественного мониторинга объектов со сверхбольшим диапазоном яркостей практически невозможно. Existing light / signal converters (CCD matrices) provide a signal-to-noise ratio of approximately 63 ÷ 65 dB, which corresponds to the transmission of 1400 ÷ 1700 gradations of brightness. A further increase in the signal-to-noise ratio by cooling the converter does not give a significant gain. Thus, conducting high-quality monitoring of objects with an extremely large brightness range is almost impossible.
Известны способы получения качественного телевизионного изображения при большой яркости объекта [1, 2]. Они заключаются в уменьшении чувствительности телевизионной камеры при большой яркости объекта. Более близким способом, принятым за прототип, является способ, использованный в устройстве [2]. Этот способ позволяет осуществлять передачу изображений объекта с большой яркостью за счет уменьшения времени накопления и, следовательно, уменьшения чувствительности телевизионной камеры. Однако этот способ уменьшает динамический диапазон, так как уменьшается выходной видеосигнал при постоянном значении шумов преобразователя свет/сигнал, что приводит к уменьшению динамического диапазона и потере информативности телевизионного изображения. Known methods for producing high-quality television images with high brightness of the object [1, 2]. They consist in reducing the sensitivity of a television camera with a large brightness of the object. A closer method adopted for the prototype is the method used in the device [2]. This method allows the transmission of images of an object with high brightness by reducing the accumulation time and, consequently, reducing the sensitivity of the television camera. However, this method reduces the dynamic range, since the output video signal is reduced at a constant value of the noise of the light / signal converter, which leads to a decrease in the dynamic range and loss of information content of the television image.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности телевизионного мониторинга объектов со сверхбольшим диапазоном освещенности. Поставленная цель достигается следующим образом. The aim of the invention is to enable television monitoring of objects with an ultra-large range of illumination. The goal is achieved as follows.
Строится система из N каналов, причем оптическое изображение сцены совмещается с их ТВ растрами, а в качестве преобразователя "свет/сигнал" в каждом из каналов используется ПЗС-матрица (одна или в сочетании с ЭО-Пом). Одним из способов, упомянутых выше и описанных в [1, 2], регулируют экспозицию или время накопления зарядов в ПЗС каналах, рассчитанных на передачу объектов, имеющих большие уровни освещенностей, оставляя чувствительность в каналах, рассчитанных на передачу "темных" мест сцены, максимальной. При этом регулируют уровни "отсечки" сигналов, устанавливая соответствующий режим ПЗС в каналах так, как это описано, например, в [3]. A system of N channels is built, and the optical image of the scene is combined with their TV rasters, and a CCD matrix (one or in combination with EO-Pom) is used as a light / signal converter in each channel. One of the methods mentioned above and described in [1, 2] regulates the exposure or the accumulation time of charges in CCD channels designed to transfer objects with high light levels, leaving sensitivity in channels designed to transmit “dark” places in the scene, maximum . At the same time, the signal “cut-off” levels are adjusted by setting the corresponding CCD mode in the channels as described, for example, in [3].
Далее, зная величину отношения сигнал/шум преобразователя свет/сигнал, определяют величину динамического диапазона одного канала и разбивают динамический диапазон яркостей объекта на N каналов:
где Uсп - линейный участок преобразователя свет/сигнал (по выходу);
Uшп - напряжение шумов преобразователя свет/сигнал.Further, knowing the magnitude of the signal-to-noise ratio of the light / signal converter, the dynamic range of one channel is determined and the dynamic range of object brightnesses is divided into N channels:
where U cn - linear section of the light / signal converter (output);
U cp is the noise voltage of the light / signal converter.
Далее определяют крутизну S преобразования свет/сигнал, приведенную ко входу:
и, наконец, величина светового смещения каждого канала:
где Еi - минимальное пороговое значение освещенности объекта, с которого начинает работать данный канал;
Ni - номер данного канала.Next, determine the slope S of the light / signal conversion, reduced to the input:
and finally, the amount of light displacement of each channel:
where E i - the minimum threshold value of the illumination of the object from which this channel begins to work;
N i is the number of this channel.
Следует отметить, что имеется возможность менять информативность различных участков всего диапазона освещенности объекта, изменяя световой диапазон и крутизну преобразования свет/сигнал отдельных каналов. It should be noted that it is possible to change the information content of various parts of the entire range of illumination of the object, changing the light range and the slope of the light / signal conversion of individual channels.
И, наконец, все каналы собирают в единую систему таким образом, чтобы минимальный уровень светового диапазона каждого канала соответствовал уровню ограничения светового диапазона предыдущего канала, а сумма динамических диапазонов всех каналов тракта преобразования была бы равна динамическому диапазону освещенности объекта. Сущность предлагаемого способа проиллюстрирована на чертеже. В системе координат (Е, S) представлена освещенность проекции i - строки телевизионного растра на объекте. В соответствии с вышеизложенным весь диапазон освещенности (Е) разбит на три зоны таким образом, что минимальный уровень освещенности каждой зоны соответствует максимальному уровню освещенности предыдущей зоны. В системе координат (Uc, t) приведены видеосигналы трех телевизионных каналов, настроенных таким образом, что минимальный уровень видеосигнала (Uc) каждого канала соответствует уровню ограничения размаха видеосигнала предыдущего канала.And, finally, all channels are assembled into a single system so that the minimum level of the light range of each channel corresponds to the level of restriction of the light range of the previous channel, and the sum of the dynamic ranges of all channels of the conversion path is equal to the dynamic range of the illumination of the object. The essence of the proposed method is illustrated in the drawing. In the coordinate system (E, S) the illumination of the projection i - the line of the television raster on the object is presented. In accordance with the foregoing, the entire illumination range (E) is divided into three zones so that the minimum illumination level of each zone corresponds to the maximum illumination level of the previous zone. The coordinate system (U c , t) shows the video signals of three television channels, tuned in such a way that the minimum video signal level (U c ) of each channel corresponds to the level of limitation of the amplitude of the video signal of the previous channel.
Использование предлагаемого способа позволяет осуществлять мониторинг объектов с любым диапазоном яркостей (освещенностей) практически с любым заданным минимальным дифференциальным значением освещенности, подлежащим анализу. Using the proposed method allows monitoring objects with any range of brightness (illumination) with almost any given minimum differential value of illumination to be analyzed.
Перечень использованных источников
1. Телекамера на основе фотоприемной матрицы ПЗС. Патент RU 2129337 С1.List of sources used
1. A camera based on a photodetector CCD. Patent RU 2129337 C1.
2. Телевизионная камера на приборах с зарядовой связью. Патент RU 2092977 С1. 2. A television camera on charge-coupled devices. Patent RU 2092977 C1.
3. Стенин В.Я. Применение микросхем с зарядовой связью. Москва, Радио и связь. 1989, стр. 218-224. 3. Stenin V.Ya. The use of charge-coupled microcircuits. Moscow, Radio and communications. 1989, pp. 218-224.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000122314A RU2199827C2 (en) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | Method for extending dynamic range of luminous gradation and/or illumination intensity in television system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000122314A RU2199827C2 (en) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | Method for extending dynamic range of luminous gradation and/or illumination intensity in television system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000122314A RU2000122314A (en) | 2002-08-20 |
| RU2199827C2 true RU2199827C2 (en) | 2003-02-27 |
Family
ID=20239492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000122314A RU2199827C2 (en) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | Method for extending dynamic range of luminous gradation and/or illumination intensity in television system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2199827C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8077259B2 (en) | 2007-10-31 | 2011-12-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Video signal converter, video display device, and video signal converting method |
| RU2578799C1 (en) * | 2015-03-13 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук | Method for producing images with increased dynamic range |
| RU2679236C2 (en) * | 2013-10-15 | 2019-02-06 | Сони Корпорейшн | Decoding device and decoding method and coding device and coding method |
-
2000
- 2000-08-24 RU RU2000122314A patent/RU2199827C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СТЕНИН В.Я. Применение микросхем с зарядовой связью. - М.: Радио и связь, 1989, с.218-223. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8077259B2 (en) | 2007-10-31 | 2011-12-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Video signal converter, video display device, and video signal converting method |
| RU2679236C2 (en) * | 2013-10-15 | 2019-02-06 | Сони Корпорейшн | Decoding device and decoding method and coding device and coding method |
| RU2578799C1 (en) * | 2015-03-13 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук | Method for producing images with increased dynamic range |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0986816B1 (en) | Extended dynamic range imaging system and method | |
| US6480226B1 (en) | Image pickup apparatus having gradation control function for providing image signals definitive of backlighted objects | |
| KR100968983B1 (en) | Imaging device, imaging device image output method, and computer program | |
| US7750950B2 (en) | Image pickup apparatus and image processing method | |
| US7609299B2 (en) | Solid-state image sensing apparatus | |
| US6995791B2 (en) | Automatic white balance for digital imaging | |
| JP3976754B2 (en) | Wide dynamic range imaging device with selective reading | |
| US11895408B2 (en) | Image pickup system, image pickup method, and computer readable storage medium for generating video signals having first and second dynamic ranges | |
| CN102970487A (en) | Image processing apparatus, image processing method, and program | |
| KR100297714B1 (en) | Wide dynamic range imaging apparatus and image signal processing method thereof | |
| EP0529193A3 (en) | Image-reading device | |
| RU2199827C2 (en) | Method for extending dynamic range of luminous gradation and/or illumination intensity in television system | |
| KR20050057261A (en) | Method of signal reconstruction, imaging device and computer program product | |
| CN100382607C (en) | Display apparatus and method for reproducing color therewith | |
| US7791647B2 (en) | Image capturing apparatus which converts incident light to first electric signals according to a plurality of photoelectronic conversion characteristics and image capturing method | |
| JP2002135787A (en) | Imaging apparatus | |
| JP2010098616A (en) | Image processing circuit | |
| JP2007036714A (en) | Imaging apparatus | |
| US7170554B2 (en) | Method for processing signals representing color pictures | |
| KR100639155B1 (en) | Extended dynamic range imaging system and method | |
| JPS59189775A (en) | Method and device for reading color picture | |
| Yamashita et al. | Wide-dynamic-range camera using a novel optical beam splitting system | |
| JPH08336077A (en) | Image pickup device | |
| US20030020933A1 (en) | Method and apparatus for reducing inaccuracies when processing color data with a matrix | |
| CN1012781B (en) | Method of and apparatus for eliminating spot flashing in video displays and the like |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080825 |