RU2428810C1 - Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects - Google Patents

Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects Download PDF

Info

Publication number
RU2428810C1
RU2428810C1 RU2010124209/09A RU2010124209A RU2428810C1 RU 2428810 C1 RU2428810 C1 RU 2428810C1 RU 2010124209/09 A RU2010124209/09 A RU 2010124209/09A RU 2010124209 A RU2010124209 A RU 2010124209A RU 2428810 C1 RU2428810 C1 RU 2428810C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
control
input
signal
video
Prior art date
Application number
RU2010124209/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Смелков (RU)
Вячеслав Михайлович Смелков
Original Assignee
Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Михайлович Смелков filed Critical Вячеслав Михайлович Смелков
Priority to RU2010124209/09A priority Critical patent/RU2428810C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2428810C1 publication Critical patent/RU2428810C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: primary generation of components of a video signal of a composite image is performed in charge form in parallel on two targets of one CCD matrix at different exposure (accumulation) times and different amplification coefficients of video amplifiers. ^ EFFECT: wider dynamic range and high geometrical accuracy of forming the output image of a television camera by optimising light-to-signal conversion and performing said conversion on a single photodetector crystal. ^ 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к телекамерам, выполненным на основе преобразователя «свет - сигнал» в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) и работающим в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов. Эти условия означают, что в поле зрения камеры могут находиться одновременно сильно и слабо освещенные объекты и/или объекты с резким отличием по яркости.The present invention relates to cameras made on the basis of the light-to-signal converter in the form of a matrix of charge-coupled devices (CCD matrices) and operating in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects. These conditions mean that in the field of view of the camera can be simultaneously strongly and dimly lit objects and / or objects with a sharp difference in brightness.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телекамеру [1], содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив и светоделитель, причем первый выход светоделителя оптически связан с фотомишенью первого датчика телевизионного сигнала, а второй выход светоделителя - с фотомишенью второго датчика телевизионного сигнала, геометрические размеры фотомишеней датчиков одинаковы, а проекции оптического кадра объектива на фотомишенях совпадают, при этом на фотомишень второго датчика нанесена технологическая маска, обеспечивающая для входного светового потока «окно» непрозрачности; а также последовательно соединенные формирователь сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель, первый информационный вход которого подключен к выходу первого датчика, второй информационный вход - к выходу «видео» второго датчика, а первый и второй управляющие входы - соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя, причем выход коммутатора-смесителя является выходом «видео» телекамеры, а пространственное положение «окна» непрозрачности и его геометрические размеры соответствуют временному размещению в растре и параметрам в единицах времени для электронной «рамки» и электронного «окошка».The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a camera [1], containing sequentially located and optically coupled lens and a beam splitter, the first beam splitter output being optically connected to the photo target of the first television signal sensor, and the second beam splitter output to the photo target of the second television signal sensor, the geometrical sizes of the photo target of the sensors are the same, and the projections of the optical frame of the lens on the photo target coincide, while on the photo target of the second sensor a technological mask is applied, which provides an opacity “window” for the input light flux; as well as serially connected signal shaper “frame” and “window” and a switch-mixer, the first information input of which is connected to the output of the first sensor, the second information input to the output of the “video” of the second sensor, and the first and second control inputs, respectively, to the output the signal “window” and the output of the signal “frame” of the shaper, the output of the switch-mixer being the output of the “video” camera, and the spatial position of the “window” of opacity and its geometric dimensions correspond to the time dimension displacement in the raster and parameters in time units for the electronic “frame” and the electronic “window”.

Характерным примером условий эксплуатации для прототипа является наблюдение за зоной горячего проката в металлургии, а также контроль процессов дуговой или электронно-лучевой сварки в автоматическом или полуавтоматическом режиме.A typical example of the operating conditions for the prototype is the monitoring of the hot-rolled zone in metallurgy, as well as the control of the processes of arc or electron beam welding in automatic or semi-automatic mode.

Телекамера прототипа формирует композитный видеосигнал комбинированного изображения, который является результатом синтеза изображений, вырабатываемых первым и вторым датчиками.The prototype camera generates a composite video signal of the combined image, which is the result of the synthesis of images produced by the first and second sensors.

Для устройства прототипа предполагается наличие следующих признаков:For the prototype device, the following features are expected:

- первый и второй датчики синхронизированы в режиме Genlock по сигналу синхронизации приемника (ССП) от одного из них;- the first and second sensors are synchronized in Genlock mode according to the receiver synchronization signal (MSS) from one of them;

- первый и второй датчики в отдельности содержат матрицу ПЗС, сигнальный процессор и генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера и преобразователей уровней;- the first and second sensors separately contain a CCD matrix, a signal processor and a control pulse generator, consisting of a series-connected time controller and level converters;

- матрицы ПЗС выполнены по схемотехнической организации «строчный перенос»;- CCD matrices are made according to the circuit organization “line transfer”;

- сигнальный процессор обеспечивает формирование композитного сигнала изображения, автоматическую регулировку усиления (АРУ) видеосигнала и формирование управляющего сигнала для блока автоматической регулировки времени накопления (АРВН) фотоприемника;- the signal processor provides the formation of a composite image signal, automatic gain control (AGC) of the video signal and the formation of a control signal for the automatic storage time adjustment unit (ARVN) of the photodetector;

- служебные импульсы, необходимые для работы сигнального процессора, подаются через управляющий вход с выхода временного контроллера;- service pulses necessary for the signal processor to work, served through the control input from the output of the temporary controller;

- блок АРВН входит в состав генератора управляющих импульсов, а его выходной сигнал с изменяемой длительностью подается непосредственно на электронный затвор матрицы ПЗС, расположенный на ее фотоприемной секции;- the ARVN unit is part of the control pulse generator, and its output signal with a variable duration is fed directly to the electronic shutter of the CCD matrix located on its photodetector section;

- импульсы синхронизации строчной и кадровой частоты, необходимые для работы формирователя сигналов «рамка» и «окошко», могут быть взяты непосредственно с выходов этих сигналов во временном контроллере.- synchronization pulses of horizontal and frame frequencies, necessary for the operation of the “frame” and “window” signal conditioners, can be taken directly from the outputs of these signals in the temporary controller.

Недостаток прототипа - ограничение динамического диапазона изображения телекамеры из-за ограниченных возможностей преобразования «свет - сигнал» и недостаточная геометрическая точность формирования выходного видеосигнала комбинированного изображения по причине использования двух матриц ПЗС в качестве фотоприемников.The disadvantage of the prototype is the limitation of the dynamic range of the image of the camera due to the limited conversion capabilities of the light-signal and the lack of geometric accuracy in the formation of the output video signal of the combined image due to the use of two CCD matrices as photodetectors.

Задача изобретения - расширение динамического диапазона и повышение геометрической точности формирования выходного изображения телекамеры путем оптимизации преобразования «свет - сигнал» и выполнения его на единственном кристалле фотоприемника.The objective of the invention is the expansion of the dynamic range and increase the geometric accuracy of the formation of the output image of the camera by optimizing the conversion of the light-signal "and performing it on a single crystal photodetector.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемую телекамеру, которая содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и светоделитель, причем первый выход светоделителя оптически связан с фотомишенью матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», состоящей из последовательно связанных зарядовой связью первой фотоприемной секции, первого горизонтального регистра и первого блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера (ВК) и преобразователей уровней (ПУ), формирователь сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель, причем первый и второй выходы ПУ подключены соответственно к управляющим входам первой фотоприемной секции и первого горизонтального регистра матрицы ПЗС, а третий выход ПУ - к электронному затвору первой фотоприемной секции, выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый информационный вход сигнального процессора к информационному входу первого видеоусилителя, управляющий вход которого, являющийся управляющим входом сигнального процессора, подключен ко второму выходу ВК, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу управления сигнального процессора, первый информационный выход которого, являющийся выходом «видео» первого видеоусилителя, подключен к первому информационному входу коммутатора-смесителя, выход которого является выходом «видео» телекамеры, первый и второй управляющие входы коммутатора-смесителя подключены соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя, вход строчной и вход кадровой синхронизации которого подключены соответственно к выходам строчных и кадровых синхроимпульсов ВК; а также второй видеоусилитель и последовательно связанные зарядовой связью вторую фотоприемную секцию, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН, причем вторая фотоприемная секция, геометрические размеры которой совпадают с геометрическими размерами первой фотоприемной секции, оптически связана со вторым выходом светоделителя, а на нее нанесена технологическая маска, обеспечивающая для входного светового потока «окно» непрозрачности, пространственное положение которого и его геометрические размеры соответствуют временному размещению в растре и параметрам в единицах времени для электронной «рамки» и электронного «окошка», при этом вторая фотоприемная секция, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН введены на кристалл матрицы ПЗС, а второй видеоусилитель введен в сигнальный процессор, причем управляющие входы второй фотоприемной секции и второго горизонтального регистра подключены соответственно к первому и второму выходам ПУ, а электронный затвор второй фотоприемной секции - к четвертому выходу ПУ, выход второго БПЗН матрицы ПЗС через второй информационный вход сигнального процессора - к информационному входу второго видеоусилителя, управляющий вход которого подключен к управляющему входу сигнального процессора, второй выход управления которого подключен ко второму управляющему входу ВК, выход «видео» второго видеоусилителя, являющийся вторым информационным выходом сигнального процессора, подключен ко второму информационному входу коммутатора-смесителя, причем площадь затвора ΔS1 полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, а площадь затвора ΔS2 аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, при этом ΔS1>ΔS2.The problem is solved in that in the inventive camera, which contains sequentially located and optically coupled lens and a beam splitter, and the first output of the beam splitter is optically connected with the photo target of the CCD with the organization "line transfer", consisting of sequentially connected by charge communication of the first photodetector section, the first horizontal register and the first block conversion of charge into voltage (BPS), as well as a control pulse generator, consisting of series-connected time of the controller (VC) and level converters (PU), a signal conditioner “frame” and “window” and a switch-mixer, with the first and second outputs of the PU connected respectively to the control inputs of the first photodetector section and the first horizontal register of the CCD, and the third output PU - to the electronic shutter of the first photodetector section, the output of the first CCD sensor of the CCD is connected through the first information input of the signal processor to the information input of the first video amplifier, the control input of which is m of the input of the signal processor, connected to the second output of the VC, the first control input of which is connected to the first control output of the signal processor, the first information output of which is the video output of the first video amplifier, connected to the first information input of the mixer-mixer, the output of which is the output video ”cameras, the first and second control inputs of the switch-mixer are connected respectively to the output of the“ window ”signal and to the output of the“ frame ”signal of the former, the lowercase input and the input the frame synchronization of which is connected respectively to the outputs of the lowercase and frame sync pulses of the VK; as well as a second video amplifier and a second photodetector section, a second horizontal register and a second CCD, sequentially connected by charge coupling, the second photodetector section, the geometric dimensions of which coincide with the geometric dimensions of the first photodetector section, is optically connected to the second output of the beam splitter, and a technological mask is applied to it, providing for the input light flux a “window” of opacity, the spatial position of which and its geometric dimensions correspond to the time In the raster and parameters in time units for the electronic “frame” and the electronic “window”, the second photodetector section, the second horizontal register and the second SPS are introduced into the CCD matrix crystal, and the second video amplifier is introduced into the signal processor, and the control inputs of the second photodetector sections and the second horizontal register are connected respectively to the first and second outputs of the control unit, and the electronic shutter of the second photodetector section is connected to the fourth output of the control unit, the output of the second SPS of the CCD matrix through the second information the input signal processor is connected to the information input of the second video amplifier, the control input of which is connected to the control input of the signal processor, the second control output of which is connected to the second control input of the VC, the video output of the second video amplifier, which is the second information output of the signal processor, is connected to the second information Valid mixer switch, wherein the gate area ΔS 1 FET performing the charge carriers in the first charge BPZN is formed by the criterion ma maximum DUTY control the charge capacity conversion, and the shutter area ΔS 2 similar FET in the second BPZN - according to the criterion of the minimum entry in the intrinsic noise of the image signal, wherein ΔS 1> ΔS 2.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая телевизионная камера отличается следующими признаками:Comparative analysis with the prototype shows that the inventive television camera is characterized by the following features:

- взаимным расположением фотомишеней для первого и второго фотоприемников, т.к. конструктивно и технологически эти мишени выполняются в виде двух фотоприемных секций, размещаемых на общем кристалле единственном матрицы ПЗС;- mutual arrangement of the photo targets for the first and second photodetectors, because structurally and technologically, these targets are made in the form of two photodetector sections placed on a common crystal of a single CCD;

- взаимным расположением первого и второго горизонтальных регистров, размещаемых на общем кристалле единственной матрицы ПЗС;- the mutual arrangement of the first and second horizontal registers placed on a common crystal of a single CCD matrix;

- взаимным расположением первого и второго БПЗН, размещаемых на общем кристалле единственной матрицы ПЗС;- the mutual arrangement of the first and second CPS located on a common crystal of a single CCD matrix;

- схемотехнической организаций двухканального фотоприемника как формой выполнения этого элемента - матрицы ПЗС;- circuitry organizations of a two-channel photodetector as a form of implementation of this element - a CCD matrix;

- взаимным расположением первого и второго видеусилителей, размещаемым на общем сигнальном процессоре телекамеры;- mutual arrangement of the first and second video amplifiers, placed on a common signal processor of the camera;

- конструктивным различием первого и второго БПЗН по площади затвора полевого транзистора, который осуществляет поэлементный сбор носителей зарядового изображения.- a constructive difference between the first and second overvoltage arresters in terms of the gate area of the field effect transistor, which performs element-by-element collection of charge image carriers.

Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.The combination of known and new features is not known from the prior art, therefore, the claimed solution meets the requirement of novelty.

В предлагаемом решении первичное формирование составляющих видеосигнала комбинированного изображения выполняется в зарядовой форме параллельно на двух мишенях одной матрицы ПЗС при различных временах экспозиции и различных коэффициентах усиления видеоусилителей, которые оптимальны или близки к оптимальным значениям для каждого из передаваемых фрагментов сцены.In the proposed solution, the primary formation of the components of the video signal of the combined image is performed in a charge form in parallel on two targets of the same CCD matrix at different exposure times and different amplification factors of the video amplifiers that are optimal or close to the optimal values for each of the transmitted fragments of the scene.

За счет использования в качестве фотоприемника телекамеры единственной матрицы ПЗС в заявляемой телекамере для составляющих видеосигналов комбинированного изображения отсутствует ошибка пространственного смещения, возможность которой в прототипе принципиально сохраняется из-за погрешности внешней синхронизации первого и второго датчиков телевизионного сигнала. Повышается и стабильность поддержания амплитуды видеосигнала комбинированного изображения при эксплуатации телекамеры в температурном диапазоне из-за воздействия на фотоприем лишь одного, а не двух различных отсчетов плотности темнового тока ПЗС.Due to the use of a single CCD matrix as the camera’s camera, the claimed camera does not have a spatial displacement error for the composite video signal components, the possibility of which in the prototype is fundamentally preserved due to the external synchronization error of the first and second television signal sensors. The stability of maintaining the amplitude of the video signal of the combined image is also increased when the camera is operated in the temperature range due to the effect on the photodetector of only one, and not two different readings of the CCD dark current density.

Благодаря оптимизации в фотоприемнике преобразования «заряд - напряжение» для темных и/или низко освещенных деталей сцены, в выходном видеосигнале телекамеры обеспечивается дополнительное расширение динамического диапазона.Due to the optimization in the photodetector of the “charge-voltage” conversion for dark and / or low-lit scene details, an additional expansion of the dynamic range is provided in the video output signal of the camera.

По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.According to the technical result and methods for its achievement, the claimed solution meets the requirement of inventive step.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой телекамеры; на фиг.2 приведена функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС; на фиг.3 показан пример размещения составляющих комбинированного изображения в телевизионном растре и соответствующие им положение и размеры «окна» непрозрачности на второй фотоприемной секции матрицы ПЗС; на фиг.4 представлена типовая световая характеристика телекамеры; на фиг.5 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие управление электронным затвором фотоприемной секции матрицы ПЗС; на фиг.6 приведена иллюстрация процесса антиблюмингового стока в фотоприемной секции трехфазной матрицы ПЗС.Figure 1 shows the structural diagram of the inventive camera; figure 2 shows a functional diagram of the technological organization of the CCD matrix; figure 3 shows an example of the placement of the components of the combined image in a television raster and the corresponding position and size of the "window" of opacity on the second photodetector section of the CCD; figure 4 presents a typical light characteristic of a television camera; 5 is a timing chart illustrating the electronic shutter control of the photodetector section of a CCD; figure 6 shows an illustration of the process of anti-blooming drain in the photodetector section of a three-phase CCD.

Заявляемая телекамера (см. фиг.1), содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1, светоделитель 2 и матрицу 3 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью первой фотоприемной секции 3-1, первого горизонтального регистра 3-2 и первого БПЗН 3-3, а также из расположенных на кристалле матрицы и последовательно связанных зарядовой связью второй фотоприемной секции 3-4, второго горизонтального регистра 3-5 и второго БПЗН 3-6, причем первый выход светоделителя 2 оптически связан с фотоприемной секцией 3-1, а второй выход светоделителя 2 - с фотоприемной секцией 3-4; а также генератор 4 управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных ВК 4-1 и ПУ 4-2; сигнальный процессор 5, содержащий первый видеоусилитель 5-1 и второй видеоусилитель 5-2; формирователь 6 сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель 7, причем первый выход ПУ 4-2 подключен к соединенным между собой управляющим входам секций 3-1 и 3-4, второй выход ПУ 4-2 - к соединенным между собой управляющим входам горизонтальных регистров 3-2 и 3-5, третий выход ПУ 4-2 - к электронному затвору секции 3-1, а четвертый выход ПУ 4-2 - к электронному затвору секции 3-4; выход БПЗН 3-3 подключен через первый информационный вход сигнального процессора к информационному входу видеоусилителя 5-1, а выход БПЗН 3-6 через второй информационный вход сигнального процессора 5 - к информационному входу видеоусилителя 5-2, управляющий вход которого объединен с управляющим входом видеоусилителя 5-1 и является управляющим входом сигнального процессора 5, который подключен ко второму выходу ВК 4-1, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу управления сигнального процессора 5, а второй управляющий вход ВК 4-1 - ко второму выходу управления сигнального процессора 5, первый информационный выход которого, являющийся выходом «видео» видеоусилителя 5-1, подключен к первому информационному входу коммутатора-смесителя 7, а второй информационный выход сигнального процессора 5, являющийся выходом «видео» видеоусилителя 5-2, - ко второму информационному входу коммутатора-смесителя 7, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя 6, вход строчной и вход кадровой синхронизации которого подключены соответственно к выходам строчных и кадровых синхроимпульсов ВК 4-1, причем выход коммутатора-смесителя 7 является выходом «видео» телекамеры.The inventive camera (see figure 1), contains sequentially located and optically coupled lens 1, a beam splitter 2, and a CCD matrix 3, consisting of a series of charge-coupled first photodetector sections 3-1, the first horizontal register 3-2 and the first BPZN 3- 3, as well as from the second photodetector section 3-4, the second horizontal register 3-5 and the second BPZN 3-6 located on the chip matrix and sequentially connected by charge coupling, the first output of the beam splitter 2 is optically coupled to the photodetector section 3-1, and the second beam splitter 2 output - with photodetector section 3-4; as well as a generator 4 of control pulses, consisting of series-connected VK 4-1 and PU 4-2; a signal processor 5 comprising a first video amplifier 5-1 and a second video amplifier 5-2; driver 6 signals "frame" and "window" and the switch-mixer 7, and the first output of the PU 4-2 is connected to interconnected control inputs of sections 3-1 and 3-4, the second output of the PU 4-2 to interconnected the control inputs of the horizontal registers 3-2 and 3-5, the third output of the PU 4-2 to the electronic shutter of section 3-1, and the fourth output of the PU 4-2 to the electronic shutter of section 3-4; BPZN 3-3 output is connected through the first information input of the signal processor to the information input of the video amplifier 5-1, and BPZN 3-6 output through the second information input of the signal processor 5 is connected to the information input of the video amplifier 5-2, the control input of which is combined with the control input of the video amplifier 5-1 is the control input of the signal processor 5, which is connected to the second output of the VK 4-1, the first control input of which is connected to the first control output of the signal processor 5, and the second control input of the VK 4-1 - to the second control output of the signal processor 5, the first information output of which is the video output of the video amplifier 5-1 connected to the first information input of the mixer-mixer 7, and the second information output of the signal processor 5, which is the video output of the video amplifier 5- 2, - to the second information input of the switch-mixer 7, the first and second control inputs of which are connected respectively to the output of the “window” signal and to the output of the “frame” signal of the driver 6, the lowercase input and the frame sync input ronizatsii which are respectively connected to the outputs of the horizontal and vertical sync pulses VC 4-1, wherein the outlet of the mixer-output switch 7 is "video" cameras.

Объектив 1 и светоделитель 2 по исполнению не отличаются от аналогичных блоков прототипа. Светоделитель 2 (см. фиг.1) содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало 2-1 и отражающее зеркало 2-2, причем вход полупрозрачного зеркала является входом светоделителя, а второй выход полупрозрачного зеркала и выход отражающего - соответственно первым и вторым выходами светоделителя.The lens 1 and the beam splitter 2 in execution do not differ from similar blocks of the prototype. The beam splitter 2 (see Fig. 1) contains sequentially located and optically connected translucent mirror 2-1 and a reflecting mirror 2-2, the input of the translucent mirror being the input of the beam splitter, and the second output of the translucent mirror and the reflecting output, respectively, of the first and second outputs of the beam splitter .

Фотоприемные секции 3-1 и 3-4 (см. фиг.2) фотоприемника 3 имеют типовую конструкцию для матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Каждая из них обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в столбцы. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр, отделенный от фотодиодов фотозатвором. Во время накопления зарядовых пакетов в фотодиодах на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах.The photodetector sections 3-1 and 3-4 (see FIG. 2) of the photodetector 3 have a typical design for CCD arrays with the organization of “horizontal transfer”. Each of them provides the accumulation of charge packets in photosensitive elements, which are used as photodiodes organized in columns. In the immediate vicinity of each column of photodiodes there is a light-sensitive vertical CCD register, separated from the photodiodes by a photocell. During the accumulation of charge packets in the photodiodes, a low voltage level is applied to the photocell, which provides a potential barrier between the photodiodes and the vertical CCD register. At the end of the accumulation, a high voltage level is briefly applied to the photocell, allowing the transfer of charge packets from the photodiodes to potential wells formed in vertical CCD registers.

Как и в прототипе, каждая из фотоприемных секций матрицы 3 ПЗС снабжена электронным затвором, выполняющим электронную регулировку чувствительности путем управления временем накопления зарядовых носителей в течение кадрового периода. Импульсный сигнал, подаваемый на соответствующий электрод управления, показан на фиг.5б по отношению кадровому бланку, представленному на фиг.5а. По сути, электронный затвор является затвором антиблюминговой (стоковой) области GA, технологически выполненной в фотоприемной секции матрицы ПЗС, как показано на фиг.6.As in the prototype, each of the photodetector sections of the CCD matrix 3 is equipped with an electronic shutter that performs electronic sensitivity adjustment by controlling the accumulation time of charge carriers during the personnel period. The pulse signal supplied to the corresponding control electrode is shown in FIG. 5b with respect to the frame blank shown in FIG. 5a. In fact, the electronic shutter is a shutter of the anti-blooming (sink) region GA, technologically performed in the photodetector section of the CCD, as shown in Fig.6.

Во время световой перегрузки матрицы ПЗС на затвор GA подается высокий уровень импульсного смещения, поэтому потенциальный барьер снимается, затвор открывается, а на фомишени исключается процесс накопления фотоэлектронов. Носители зарядов, не задерживаясь в потенциальных ямах под фазными электродами, например под шинами Ф2Н при трехфазной организации переноса, устремляются в более глубокие ямы, создаваемые потенциалом DA стоковой области, а далее рекомбинируют в подложку фотоприемника (см. фиг.6б). Когда световая перегрузка матрицы ПЗС устранена, на затвор GA подается нижний уровень импульсного смещения, закрывая его и реализуя режим накопления с сокращенным внутри кадра временем Тк сбора носителей (см. фиг.6а).During the light overload of the CCD, a high level of pulse bias is applied to the GA shutter, so the potential barrier is removed, the shutter opens, and photoelectron accumulation is excluded on the target. Charge carriers, not lingering in potential wells under phase electrodes, for example, under Ф2Н buses with three-phase transfer organization, rush into deeper wells created by the potential DA of the drain region, and then recombine into the photodetector substrate (see Fig.6b). When the light overload of the CCD is eliminated, the lower level of the pulse bias is applied to the shutter GA, closing it and realizing the accumulation mode with a reduced time T for carrier collection inside the frame (see Fig. 6a).

Продолжая изложение работы фотоприемника 3 телекамеры, отметим, что зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 3-1 построчно переносятся в горизонтальный регистр 3-2, из которого поэлементно считываются через БПЗН 3-3. Зарядовые пакеты из вертикальных регистров секции 3-4 аналогично поступают в горизонтальный регистр 3-5, а далее - в БПЗН 3-6. Все они также являются типовыми представителями матрицы ПЗС со строчным переносом.Continuing the presentation of the operation of the photodetector 3 of the camera, we note that the charge packets from the vertical CCD registers of section 3-1 are transferred line by line to the horizontal register 3-2, from which they are read out element-wise through the CPS 3-3. Charge packets from the vertical registers of section 3-4 similarly go to the horizontal register 3-5, and then to BPZN 3-6. All of them are also typical representatives of the CCD matrix with line wrap.

Блок 3-6, как и блок 3-3, предназначен для осуществления преобразования зарядового сигнала изображения в напряжение видеосигнала. Принципиальным их отличием является различный уровень зарядовых пакетов на входе, который учитывается при конструктивном исполнении полевого транзистора в части емкости его затвора.Block 3-6, like block 3-3, is designed to convert the charge signal of the image into the voltage of the video signal. Their principal difference is the different level of charge packets at the input, which is taken into account in the design of the field effect transistor in terms of the capacitance of its gate.

Для БПЗН 3-3 ожидается высокий уровень зарядового сигнала, поэтому необходимо увеличить управляющую способность блока путем увеличения площади затвора (ΔS1). Напротив, для БПЗН 3-6 предполагается низкий уровень зарядового сигнала, поэтому емкость затвора должна быть предельно малой, что достигается выбором геометрии его размеров, обеспечивающей малую площадь (ΔS2). Так что обязательным при конструировании нагрузочных транзисторов является условие: ΔS1>ΔS2.A high level of the charge signal is expected for CWP 3-3; therefore, it is necessary to increase the control ability of the unit by increasing the gate area (ΔS 1 ). On the contrary, a low level of the charge signal is assumed for BPS 3-6, therefore, the shutter capacity should be extremely small, which is achieved by choosing a geometry of its size that provides a small area (ΔS 2 ). So, the condition: ΔS 1 > ΔS 2 is mandatory when designing load transistors.

Здесь необходимо привести техническое обоснование данного предложения. Дело в том, что в каждом элементе выводимого из матрицы ПЗС видеосигнала дополнительно к фотонному шуму проявляется собственный источник шума, называемый шумом считывания. Среднеквадратичное отклонение (СКО) шума считывания определяется площадью затвора выходного полевого транзистора. Типовое значение СКО шума считывания составляет 20 электронов [2, с.52], и оно является результатом проектирования выходного транзистора, площадь затвора (ΔS) которого вмещает максимальную величину ожидаемого заряда, т.е. соответствует критерию максимальной управляющей способности зарядового фотоэлектронного преобразования, осуществляемого в матрице ПЗС.Here it is necessary to provide a technical justification for this proposal. The fact is that in each element of the video signal output from the CCD matrix, in addition to the photon noise, an intrinsic noise source, called read noise, appears. The standard deviation (RMS) of the read noise is determined by the gate area of the output field effect transistor. The typical value of the standard deviation of reading noise is 20 electrons [2, p.52], and it is the result of designing an output transistor, the gate area (ΔS) of which contains the maximum value of the expected charge, i.e. meets the criterion of maximum control ability of the charge photoelectronic conversion carried out in the CCD matrix.

По мнению специалистов, теоретически СКО шума считывания может быть снижено на порядок [2, с.52]. Следовательно, причина ограничения динамического диапазона снизу для телекамеры прототипа уже заложена в конструкции БПЗН матрицы ПЗС, а для расширения динамического диапазона целесообразно оптимизировать в фотоприемнике сам процесс преобразования «заряд - напряжение».According to experts, theoretically, the standard deviation of read noise can be reduced by an order of magnitude [2, p. 52]. Therefore, the reason for limiting the lower dynamic range for the prototype camera is already inherent in the design of the CCD array of the CCD, and to expand the dynamic range it is advisable to optimize the charge-voltage conversion process in the photodetector.

На световой характеристике заявляемой телекамеры (см. фиг.4) точка Б соответствует минимальной (пороговой) освещенности телекамеры Emin2 для порогового отношения сигнал/шум ψпор.=6, когда площадь затвора ΔS2 выбрана по критерию минимального внесения в видеосигнал собственных шумов матрицы. Точка А на той же характеристике соответствует минимальной освещенности Emin1 для того же порогового отношения сигнал/шум ψпор=6, а площадь ΔS2 выбрана по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования. Поэтому отношение пороговых освещенностей может составить:

Figure 00000001
On the light characteristic of the claimed camera (see figure 4), point B corresponds to the minimum (threshold) illumination of the camera E min2 for the threshold signal-to-noise ratio ψ pore. = 6, when the shutter area ΔS 2 is selected according to the criterion of the minimum introduction of the intrinsic noise of the matrix into the video signal. Point A on the same characteristic corresponds to the minimum illumination E min1 for the same threshold signal-to-noise ratio ψ pore = 6, and the area ΔS 2 is selected according to the criterion of the maximum control ability of the charge conversion. Therefore, the ratio of threshold illuminances can be:
Figure 00000001

По сути, в заявляемом решении на общем кристалле фотоприемника размещены две матрицы ПЗС со строчным переносом и с оптимизированным преобразованием «заряд - напряжение» для каждой из них. Предположим, что для такой матрицы ПЗС число элементов секций 3-1 и 3-2 составляет 582(V)×752(Н), а размер каждой мишени по диагонали - 1/2 дюйма.In fact, in the claimed solution, two CCD arrays with horizontal transfer and optimized charge-voltage conversion for each of them are placed on a common photodetector chip. Assume that for a number of CCD elements sections 3-1 and 3-2 is 582 (V) × 752 (H), and the size of each target diagonally - 1/2 inches.

Другой особенностью заявляемого решения является создание на фотоприемной секции 3-4 «окна» непрозрачности для светового потока путем нанесения на фотомишень технологической маски.Another feature of the proposed solution is the creation on the photodetector section 3-4 of the “window” of opacity for the light flux by applying a technological mask to the photo target.

Пространственное положение «окна» непрозрачности должно соответствовать положению в растре телекамеры электронной «рамки», размеры которой по горизонтали и вертикали совпадают с размерами электронного «окошка» и соответствуют в единицах времени геометрическим размерам «окна» непрозрачности.The spatial position of the “window” of opacity should correspond to the position in the raster of the television camera of the electronic “frame”, the horizontal and vertical sizes of which coincide with the dimensions of the electronic “window” and correspond in time units to the geometric dimensions of the “window” of opacity.

Пусть размеры фотомишени 3-4 составляют (L×H) в мм, а размеры «окна» непрозрачности - (l×h) в тех же единицах (см. фиг.3б). Предположим, что площадь «окна» непрозрачности занимает 1/9 от площади всей фотомишени. Если видимое с экрана монитора изображение имеет размеры (L1×H1), а размеры электронной «рамки» и области «окошка» составляют (a×b) в мм, как показано на фиг.3а), то имеем соотношение:

Figure 00000002
Let the sizes of the 3-4 target be (L × H) in mm, and the dimensions of the “window” of opacity - (l × h) in the same units (see fig.3b). Suppose that the area of the “window” of opacity occupies 1/9 of the area of the entire photo target. If the image visible from the monitor screen has dimensions (L 1 × H 1 ), and the dimensions of the electronic “frame” and the “window” area are (a × b) in mm, as shown in Fig. 3a), then we have the ratio:
Figure 00000002

С другой стороны, для телекамеры, работающей в вещательном стандарте, размеры «рамки» и «окошка» в единицах времени составляют: а=52/3=17,3 мкс, b=288×64/3=6144 мкс.On the other hand, for a camera working in the broadcast standard, the dimensions of the “frame” and “window” in units of time are: a = 52/3 = 17.3 μs, b = 288 × 64/3 = 6144 μs.

В зависимости от геометрической формы контролируемого объекта с избыточной освещенностью и/или яркостью возможны и другие адекватные геометрические размеры «окна» непрозрачности и временные параметры «рамки» и «окошка».Depending on the geometric shape of the controlled object with excessive illumination and / or brightness, other adequate geometric dimensions of the “window” of opacity and the time parameters of the “frame” and “window” are possible.

Для фотоприемной секции 3-1 крутизна (S1) «свет - сигнального» преобразования (см. фиг.4) равна:For the photodetector section 3-1, the slope (S 1 ) of the “light-signal” conversion (see FIG. 4) is equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Umax - максимальное напряжение линейного участка преобразования «свет - сигнал»;where U max - the maximum voltage of the linear section of the transformation "light - signal";

Еmах - освещенность, при которой наступает насыщение носителями потенциальных ям фотомишени 3-1.E max - the illumination at which the saturation by carriers of potential targets of the photographic target 3-1 occurs.

Крутизна «свет - сигнального» преобразования секции 3-4 (S2) составляет:The steepness of the "light - signal" conversion section 3-4 (S 2 ) is:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Umax - максимальное напряжение линейного участка преобразования «свет - сигнал»;where U max - the maximum voltage of the linear section of the transformation "light - signal";

E2 - освещенность, при которой наступает насыщение носителями потенциальных ям фотомишени 3-4.E 2 - illumination at which the saturation by carriers of potential 3-4 target wells occurs.

Очевидно, что Е2mах, поэтому S1<S2.Obviously, E 2 <E max , therefore, S 1 <S 2 .

Генератор 4 управляющих импульсов предназначен для осуществления развертки в матрице 3 ПЗС и формирования служебных импульсов для сигнального процессора 4. Входящий в его состав ВК 4-1 может быть выполнен в виде большой интегральной схемы (БИС), например, микросхемы CXD2463R фирмы Sony [3]. ПУ 4-2, служащий для преобразования уровней логических сигналов ВК 4-1 в уровни сигналов, необходимые для работы матрицы 3 ПЗС, могут быть реализованы в виде второй БИС необходимого комплекта.The control pulse generator 4 is designed to scan in the CCD matrix 3 and generate service pulses for the signal processor 4. The VK 4-1 included in it can be made in the form of a large integrated circuit (LSI), for example, Sony CXD2463R microcircuit [3] . PU 4-2, which serves to convert the levels of logical signals VK 4-1 in the signal levels necessary for the operation of the matrix 3 of the CCD, can be implemented in the form of a second LSI necessary set.

Сигнальный процессор 5 предназначен для двухканального усиления и обработки сигналов изображения с выходов матрицы ПЗС; выполнения функции АРУ для каждого канала; формирования на первом и втором информационных выходах композитных видеосигналов; формирования на первом и втором выходах управления управляющих сигналов для двухканальной схемы АРВН. Сигнальный процессор 5 может быть выполнен в виде одной БИС или двух микросхем CXA1310AQ фирмы Sony [4].The signal processor 5 is designed for two-channel amplification and processing of image signals from the outputs of the CCD; performing the AGC function for each channel; the formation of the first and second information outputs of composite video signals; formation of control signals at the first and second control outputs for the two-channel ARVN circuit. The signal processor 5 can be made in the form of one LSI or two CXA1310AQ microcircuits from Sony [4].

Отметим, что на фиг.1 в пределах сигнального процессора 5 штриховыми линиями показаны две электрические связи: с выхода управляющего сигнала видеоусилителя 5-1 на первый выход управления блока 5 и соответственно с выхода управляющего сигнала видеоусилителя 5-2 на второй выход управления блока 5. Это определяется тем, что формируемые управляющие сигналы являются результатом детектирования сигналов изображения соответственно первого и второго каналов, а сами детекторы видеосигналов могут быть как встроены в микросхемы видеоусилителей, так и вынесены из них на общий кристалл сигнального процессора.Note that in Fig. 1, within the signal processor 5, dashed lines show two electrical connections: from the output of the control signal of the video amplifier 5-1 to the first control output of the unit 5 and, accordingly, from the output of the control signal of the video amplifier 5-2 to the second control output of the unit 5. This is determined by the fact that the generated control signals are the result of detection of image signals, respectively, of the first and second channels, and the video signal detectors themselves can be either integrated into video amplifier microcircuits, They moved out of the overall chip signal processor.

Формирователь 6, как и в прототипе, используя входные сигналы синхронизации строчной и кадровой частоты, вырабатывает электрические сигналы «рамка» и «окошко». Предполагается, что «толщина» электронной «рамки» составляет (1…2) элемента разложения по горизонтали и соответственно (1…2) строки по вертикали, поэтому для упрощения принято совпадение их геометрических размеров и соответствующих временных параметров.Shaper 6, as in the prototype, using the input synchronization signals of horizontal and frame frequencies, generates electrical signals "frame" and "window". It is assumed that the "thickness" of the electronic "frame" is (1 ... 2) of the horizontal expansion element and, accordingly, (1 ... 2) vertical lines, therefore, for simplicity, the coincidence of their geometric dimensions and the corresponding time parameters is accepted.

Коммутатор-смеситель 7, как и в прототипе, предназначен для формирования композитного комбинированного видеосигнала. Яркие и светлые детали наблюдаемой телекамерой сцены передаются в нем в пределах растрового «окошка». В пределах оставшейся области кадра осуществляется передача темных и/или низкоосвещенных деталей сцены.The switch-mixer 7, as in the prototype, is designed to form a composite composite video signal. Bright and bright details of the scene observed by the camera are transmitted in it within the raster “window”. Within the remaining area of the frame, dark and / or low-lit scene details are transmitted.

Телекамера (см. фиг.1) работает следующим образом.The camera (see figure 1) works as follows.

Сигнал электронной «рамки», замешиваемый в выходной видеосигнал телекамеры, помогает оператору по наблюдаемому с экрана видеомонитора комбинированному изображению осуществить необходимое вписывание изображения сцены с высокой освещенностью и/или яркостью.The electronic “frame” signal, mixed into the camera’s video output signal, helps the operator to make the necessary recording of a scene image with high illumination and / or brightness using the combined image observed from the screen of the video monitor.

Допустим, что размещение телекамеры позволяет выполнить ее ориентирование так, чтобы сильно освещенные и/или яркие объекты воспринимались на контролируемом изображении, ограниченном электронной «рамкой», например в центральной части ее угла зрения (см. фиг.3а).Suppose that the placement of the camera allows you to orient it so that highly illuminated and / or bright objects are perceived in a controlled image limited by an electronic “frame”, for example, in the central part of its viewing angle (see Fig. 3a).

Технологическая маска, нанесенная на фотомишень 3-4, обеспечивает для нее «окно» непрозрачности входного светового потока в пределах площади, определяемой электронной «рамкой». Поэтому величина средней освещенности по всей площади фотоприемной секции 3-4 будет определяться уровнем освещенности на той ее области, которая находится на периферии «окна».The technological mask, applied to target 3-4, provides for it a “window” of opacity of the input light flux within the area defined by the electronic “frame”. Therefore, the average illumination value over the entire area of the photodetector section 3-4 will be determined by the level of illumination in that region located on the periphery of the “window”.

В результате для наблюдаемого заявляемой телекамерой сюжета канал АРВН и АРУ для секции 3-1 и канал АРВН и АРУ для секции 3-4 фотоприемника 3 установят различные и оптимальные значения текущей экспозиции и коэффициента усиления видеоусилителей 5-1 и 5-2 сигнального процессора 5, а именно:As a result, for the scene observed by the claimed television camera, the ARVN and AGC channel for section 3-1 and the ARVN and AGC channel for section 3-4 of photodetector 3 will establish different and optimal values of the current exposure and gain of video amplifiers 5-1 and 5-2 of signal processor 5, namely:

Тн1н2; Ку1у2,T n1 <T n2 ; K y1 <K y2 ,

где Тн1, Ky1 - длительность текущего накопления в секции 3-1 и коэффициент усиления видеусилителя 5-1;where T n1 , K y1 - the duration of the current accumulation in section 3-1 and the gain of the video amplifier 5-1;

Тн2, Ку2 - длительность текущего накопления в секции 3-4 и коэффициент усиления видеоусилителя 5-2.T n2 , K y2 - the duration of the current accumulation in sections 3-4 and the gain of the video amplifier 5-2.

Отметим, что управление электронным затвором секции 3-1 осуществляется с третьего выхода ПУ 4-2 по цепи обратной связи с выхода БПЗН 3-3 на первый управляющий вход ВК 4-1, а управление электронным затвором секции 3-4 - с четвертого выхода ПУ 4-2 по цепи обратной связи с выхода БПЗН 3-6 на второй управляющий вход ВК 4-1.It should be noted that the electronic shutter of section 3-1 is controlled from the third output of the control unit 4-2 via the feedback circuit from the output of the control unit 3-3 to the first control input of VK 4-1, and the electronic shutter of section 3-4 is controlled from the fourth output of the control unit 4-2 through the feedback circuit from the output of the BPZN 3-6 to the second control input of the VK 4-1.

Использование «окна» непрозрачности позволяет избежать световой перегрузки фотоприемной секции 3-4 матрицы ПЗС.Но, по сравнению с прототипом, благодаря оптимизации площади затвора (ΔS2) в БПЗН 3-6 обеспечивается дополнительное повышение отношения сигнал/шум для темных и/или низкоосвещенных деталей сцены.Using the “window” of opacity allows to avoid light overload of the photodetector section 3-4 of the CCD matrix. But, in comparison with the prototype, due to the optimization of the shutter area (ΔS 2 ) in BPS 3-6, an additional increase in the signal-to-noise ratio for dark and / or low-light scene details.

Этот фактор служит основанием утверждать о расширении динамического диапазона телекамеры, оцениваемого по выходному композитному видеосигналу. Если обратиться к световой характеристике телекамеры (см. фиг.4), то для прототипа диапазон рабочих освещенностей составляет (Emin1…Еmах), а для заявляемого решения - (Emin2…Emax), который потенциально шире первого диапазона на порядок.This factor serves as the basis for asserting the expansion of the dynamic range of the camera, estimated by the composite output video signal. If we turn to the light characteristics of the camera (see figure 4), then for the prototype the range of working illumination is (E min1 ... E max ), and for the claimed solution - (E min2 ... E max ), which is potentially wider than the first range by an order of magnitude.

В предлагаемой телекамере составляющие комбинированного изображения рождаются в зарядовой форме на кристалле единственной матрицы ПЗС, а не на двух кристаллах, как это реализовано в прототипе. Поэтому точность формирования и поддержания комбинированного изображения в заявляемой телекамере по сравнению с прототипом будет заведомо выше.In the proposed camera, the components of the combined image are generated in charge form on a crystal of a single CCD, and not on two crystals, as is implemented in the prototype. Therefore, the accuracy of formation and maintenance of the combined image in the inventive camera compared with the prototype will be obviously higher.

В настоящее время все блоки предлагаемого решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Currently, all blocks of the proposed solution have been mastered or can be mastered by domestic industry, therefore, the proposed invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.

Источники информацииInformation sources

1. Патент №2389151 РФ. МПК H04N 5/225. Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов / В.М.Смелков // БИ №13. - 2010.1. Patent No. 2389151 of the Russian Federation. IPC H04N 5/225. A television camera for observation in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects / V.M.Smelkov // BI No. 13. - 2010.

2. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.2. Nikitin V.V., Tsytsulin A.K. Television in physical protection systems. SPb .: SPbGETU "LETI", 2001.

3. Микросхема CXA1310AQ фирмы Sony. Single Chip Processing for CCD Camera. Инструкция для пользователя на английском языке, с.1-14.3. Sony CXA1310AQ chip. Single Chip Processing for CCD Camera. User manual in English, pp. 1-14.

4. Микросхема CXD2463R фирмы Sony. Timing Controller for CCD Camera. Инструкция для пользователя на английском языке. С.1-12.4. Sony CXD2463R chip. Timing Controller for CCD Camera. Instructions for the user in English. S.1-12.

Claims (1)

Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов, содержащая последовательно расположенные и оптически связанные объектив и светоделитель, причем первый выход светоделителя оптически связан с фотомишенью матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) с организацией «строчный перенос», состоящей из последовательно связанных зарядовой связью первой фотоприемной секции, первого горизонтального регистра и первого блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), а также генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера (ВК) и преобразователей уровней (ПУ), формирователь сигналов «рамка» и «окошко» и коммутатор-смеситель, причем первый и второй выходы ПУ подключены соответственно к управляющим входам первой фотоприемной секции и первого горизонтального регистра матрицы ПЗС, а третий выход ПУ - к электронному затвору первой фотоприемной секции, при этом выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый информационный вход сигнального процессора к информационному входу первого видеоусилителя, управляющий вход которого, являющийся управляющим входом сигнального процессора, подключен ко второму выходу ВК, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу управления сигнального процессора, первый информационный выход которого, являющийся выходом «видео» первого видеоусилителя, подключен к первому информационному входу коммутатора-смесителя, выход которого является выходом «видео» телекамеры, первый и второй управляющие входы коммутатора-смесителя подключены соответственно к выходу сигнала «окошко» и к выходу сигнала «рамка» формирователя, вход строчной и вход кадровой синхронизации которого подключены соответственно к выходам строчных и кадровых синхроимпульсов ВК, а также второй видеоусилитель и последовательно связанные зарядовой связью вторую фотоприемную секцию, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН, причем вторая фотоприемная секция, геометрические размеры которой совпадают с геометрическими размерами первой фотоприемной секции, оптически связана со вторым выходом светоделителя, а на нее нанесена технологическая маска, обеспечивающая для входного светового потока «окно» непрозрачности, пространственное положение которого и его геометрические размеры соответствуют временному размещению в растре и параметрам в единицах времени для электронной «рамки» и электронного «окошка», отличающаяся тем, что вторая фотоприемная секция, второй горизонтальный регистр и второй БПЗН введены на кристалл матрицы ПЗС, а второй видеоусилитель введен в сигнальный процессор, причем управляющие входы второй фотоприемной секции и второго горизонтального регистра подключены соответственно к первому и второму выходам ПУ, а электронный затвор второй фотоприемной секции - к четвертому выходу ПУ, выход второго БПЗН матрицы ПЗС через второй информационный вход сигнального процессора - к информационному входу второго видеоусилителя, управляющий вход которого подключен к управляющему входу сигнального процессора, второй выход управления которого подключен ко второму управляющему входу ВК, выход «видео» второго видеоусилителя, являющийся вторым информационным выходом сигнального процессора, подключен ко второму информационному входу коммутатора-смесителя, причем площадь ΔS1 затвора полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, а площадь ΔS2 затвора аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, при этом ΔS1>ΔS2. A television camera for observation in difficult lighting conditions and / or complex brightness of objects, containing a sequentially located and optically coupled lens and a beam splitter, the first beam splitter output being optically coupled to the target plate of a charge-coupled device array (CCD matrix) with a horizontal transfer organization consisting of of the first photodetector section, the first horizontal register and the first block of charge-to-voltage conversion (BPS), sequentially connected by charge coupling, as well as a control generator pulses, consisting of a series-connected time controller (VK) and level converters (PU), a frame driver and a window, and a switch-mixer, the first and second outputs of the PU connected respectively to the control inputs of the first photodetector section and the first horizontal the register of the CCD matrix, and the third output of the CU to the electronic shutter of the first photodetector section, while the output of the first CPS sensor of the CCD is connected through the first information input of the signal processor to the information input the first video amplifier, whose control input, which is the control input of the signal processor, is connected to the second VK output, the first control input of which is connected to the first control output of the signal processor, whose first information output, which is the video output of the first video amplifier, is connected to the first information input mixer-switch, the output of which is the output of the "video" camera, the first and second control inputs of the switch-mixer are connected respectively to the output of the There’s a “window” and to the output of the “frame” signal of the shaper, the lowercase input and the frame synchronization input of which are connected respectively to the outputs of the lowercase and frame sync pulses of the VK, as well as the second video amplifier and the second photodetector section, the second horizontal register and the second CVD, connected in series with charge communication, moreover, the second photodetector section, the geometrical dimensions of which coincide with the geometrical dimensions of the first photodetector section, is optically connected to the second output of the beam splitter, and nological mask, providing for the input light flux a “window” of opacity, the spatial position of which and its geometric dimensions correspond to the temporary placement in the raster and parameters in units of time for the electronic “frame” and the electronic “window”, characterized in that the second photodetector section, the second a horizontal register and a second CVD are introduced into the CCD matrix crystal, and the second video amplifier is introduced into the signal processor, the control inputs of the second photodetector section and the second horizontally of the second register are connected respectively to the first and second outputs of the control unit, and the electronic shutter of the second photodetector section is connected to the fourth output of the control unit, the output of the second SEC sensor of the CCD through the second information input of the signal processor is connected to the information input of the second video amplifier, the control input of which is connected to the control input of the signal processor , the second control output of which is connected to the second control input of the VK, the output of the "video" of the second video amplifier, which is the second information output of the signal process sora connected to the second information input of the mixer-mixer, and the area ΔS 1 of the gate of the field-effect transistor collecting charge carriers in the first SPS is performed according to the criterion of the maximum control ability of the charge conversion, and the area ΔS 2 of the gate of a similar field-effect transistor in the second SPS is according to the criterion minimum introduction of the intrinsic noise into the image signal, while ΔS 1 > ΔS 2 .
RU2010124209/09A 2010-06-11 2010-06-11 Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects RU2428810C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124209/09A RU2428810C1 (en) 2010-06-11 2010-06-11 Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124209/09A RU2428810C1 (en) 2010-06-11 2010-06-11 Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2428810C1 true RU2428810C1 (en) 2011-09-10

Family

ID=44757764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010124209/09A RU2428810C1 (en) 2010-06-11 2010-06-11 Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2428810C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769274C1 (en) * 2021-04-28 2022-03-29 Александр Иванович Горбатюк Method of forming digital image using several ccd and device for implementation thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769274C1 (en) * 2021-04-28 2022-03-29 Александр Иванович Горбатюк Method of forming digital image using several ccd and device for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9967472B2 (en) Image sensor combining high dynamic range techniques
US9232158B2 (en) Large dynamic range cameras
US20050083421A1 (en) Dynamic range enlargement in CMOS image sensors
JPWO2017013806A1 (en) Solid-state imaging device
US11553151B2 (en) Solid-state imaging device, method of controlling solid-state imaging device, and electronic device
WO2017110481A1 (en) Imaging element and driving method therefor, and imaging device
US11451717B2 (en) Multi-cell pixel array for high dynamic range image sensors
US9813687B1 (en) Image-capturing device, image-processing device, image-processing method, and image-processing program
US9749566B2 (en) Imaging device and electronic device
EP3420592B1 (en) Improved ultra-high dynamic range pixel architecture
RU2428810C1 (en) Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects
RU2670420C1 (en) Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix under conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects
JP6929106B2 (en) Imaging device and control method of imaging device
WO2021157261A1 (en) Imaging device and image processing method
RU2420018C1 (en) Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects
RU2443069C1 (en) Television camera for observation in conditions of complicated lighting and/or complicated brightness of objects
EP3076661A1 (en) Image lag mitigation for buffered direct injection readout with current mirror
JP6564239B2 (en) High dynamic range imaging apparatus and imaging method
JP2009290795A (en) Image processor, image processing method, image processing program, recording medium, and electronic information device
JP2009010627A (en) Solid-state imaging apparatus and camera using the same
US20190098264A1 (en) Image Intensified Color Camera
Walasek-Hoehne et al. Video Cameras used in Beam Instrumentation--an Overview
JP6930556B2 (en) Image sensor and image sensor
WO2015097776A1 (en) Image pickup element and image pickup apparatus
Wang Visible CMOS APS imager with ultra high dynamic range