RU2448431C1 - Method of forming interference pattern signal and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of forming interference pattern signal and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2448431C1 RU2448431C1 RU2011109767/07A RU2011109767A RU2448431C1 RU 2448431 C1 RU2448431 C1 RU 2448431C1 RU 2011109767/07 A RU2011109767/07 A RU 2011109767/07A RU 2011109767 A RU2011109767 A RU 2011109767A RU 2448431 C1 RU2448431 C1 RU 2448431C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- signal
- trigger
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах анализа интерферограмм, в которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС).The invention relates to television technology and can mainly be used in interferogram analysis systems in which charge-coupled device arrays (CCD matrices) are used as video signal sensors.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ формирования сигнала изображения интерферограмм [1], заключающийся в том, что световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта разделяют по двум направлениям и проецируют одновременно на первую и вторую мишени (фотоприемные секции) специализированной матрицы ПЗС, причем освещенность первой мишени по отношению к освещенности второй мишени устанавливают с коэффициентом K, выбираемым из неравенства 0<K<1, накапливают информационные заряды на мишенях матрицы ПЗС с периодом кадров (полукадров) (здесь и далее в описании заявляемого решения период кадров означает период следования кадров прогрессивной развертки, а период полукадров - период следования полей чересстрочной развертки), в интервале обратного хода кадровой развертки переносят информационные заряды из ячеек второй фотоприемной секции в ячейки секции памяти, а информационные заряды из ячеек первой фотоприемной секции - в освободившиеся ячейки второй фотоприемной секции, построчно переносят информационные заряды из секции памяти в выходной регистр в интервале обратного хода строчной развертки, а в интервале прямого хода строчной развертки поэлементно переносят информационные заряды из выходного регистра в выходной блок матрицы ПЗС с одновременным преобразованием заряда в напряжение видеосигнала.The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a method of generating an image signal of interferograms [1], which consists in the fact that the light flux from the interference pattern of the controlled object is separated in two directions and simultaneously projected onto the first and second targets (photodetector sections) of a specialized CCD moreover, the illumination of the first target with respect to the illumination of the second target is set with a coefficient K selected from the inequality 0 <K <1, the information e charges on the targets of the CCD matrix with a period of frames (half frames) (hereinafter in the description of the claimed solution, the frame period means the period of following frames of progressive scanning, and the period of half frames - the period of following fields of interlaced scanning), information charges are transferred from the interval of reverse scanning of frames cells of the second photodetector section to the cells of the memory section, and information charges from the cells of the first photodetector section to the freed cells of the second photodetector section, transferring information line by line e charges from the memory section to the output register in the interval of the flyback of the horizontal scanning, and in the interval of the forward stroke of the horizontal scanning, the information charges are transferred element by element from the output register to the output block of the CCD with the simultaneous conversion of the charge into the voltage of the video signal.
В прототипе решения непосредственно в фотоприемнике - матрице ПЗС с организацией «кадровый перенос», оперируя сигналами изображения в зарядовой форме, по методу рекурсивной фильтрации видеосигнала реализуют усреднение случайных колебаний оптического изображения объекта, вызванных, например, вибрациями. Интервал накопления задержанной составляющей выходного сигнала изображения однозвенного рекурсивного фильтра фиксирован и равен интервалу накопления прямой составляющей видеосигнала на выходе рекурсивного фильтра. Регулировка же степени фильтрации достигается только за счет управления размахом этой составляющей сигнала с коэффициентом K, который определяется коэффициентом ослабления освещенности для первой мишени матрицы ПЗС.In the prototype of the solution, directly in the photodetector — a CCD matrix with the organization of “personnel transfer”, operating with image signals in charge form, by the method of recursive filtering of the video signal, the random vibrations of the optical image of the object are averaged, caused, for example, by vibrations. The accumulation interval of the delayed component of the output image signal of a single-link recursive filter is fixed and equal to the accumulation interval of the direct component of the video signal at the output of the recursive filter. The adjustment of the degree of filtration is achieved only by controlling the magnitude of this component of the signal with a coefficient K, which is determined by the attenuation coefficient of illumination for the first target of the CCD matrix.
Недостатком прототипа [1] является невозможность по данному способу формирования сигнала изображения интерферограмм достичь управления степенью фильтрации в зависимости от времени накопления задержанной составляющей выходного сигнала изображения, что приводит к ограничению точности выполнения самой операции рекурсивной фильтрации.The disadvantage of the prototype [1] is the impossibility of this method of generating an image signal of interferograms to achieve control of the degree of filtration depending on the accumulation time of the delayed component of the output image signal, which leads to a limitation of the accuracy of the recursive filtering operation itself.
Задача изобретения - повышение точности рекурсивной фильтрации в результате повышения отношения сигнал/шум выходного сигнала изображения интерферограмм путем дополнительного управления временем накопления задержанной составляющей этого видеосигнала.The objective of the invention is to increase the accuracy of recursive filtering as a result of increasing the signal-to-noise ratio of the output signal of the image of interferograms by additionally controlling the accumulation time of the delayed component of this video signal.
Прототипом устройства предлагаемого изобретения следует считать устройство [2], содержащее последовательно расположенные и оптически связанные объектив и мишень датчика телевизионного сигнала, а также RS-триггер, селектор синхроимпульсов, счетчик-делитель, коммутатор, блок задержки на кадр, состоящий из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) и цифро-аналогового преобразователя (ЦДЛ), причем выход «Видео» датчика подключен к входу блока задержки на кадр и соответственно к входу селектора синхроимпульсов, выход которого подключен к тактовому входу RS-триггера и соответственно к входу последовательно соединенных счетчика-делителя и коммутатора, управляющий вход которого соединен с первым управляющим входом датчика и подключен к прямому выходу RS-триггера, второй управляющий вход датчика подключен к выходу коммутатора, S-вход RS-триггера является входом «Пуск», а R-вход RS-триггера - входом «Стоп» устройства прототипа.The prototype of the device of the present invention should be considered a device [2], containing sequentially located and optically coupled lens and target of the television signal sensor, as well as an RS-trigger, a clock selector, a counter-divider, a switch, a delay unit per frame, consisting of series-connected analog- digital converter (ADC), random access memory (RAM) and digital-to-analog converter (DAC), and the output of the “Video” sensor is connected to the input of the delay unit per frame and corresponds to to the input of the clock selector, the output of which is connected to the clock input of the RS-trigger and, accordingly, to the input of the counter-divider and switch connected in series, the control input of which is connected to the first control input of the sensor and connected to the direct output of the RS-trigger, the second control input of the sensor is connected to the switch output, the S-input of the RS-trigger is the “Start” input, and the R-input of the RS-trigger is the “Stop” input of the prototype device.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе формирования сигнала изображения интерферограмм, заключающемся в том, что световой поток от интерференционной картины контролируемого объекта проецируют на единственную мишень типовой матрицы ПЗС, согласно предлагаемому изобретению реализуют в фотоприемнике принудительно «длинное» и «короткое» накопление информационных зарядов в смежных кадрах (полукадрах), формируют на выходе фотоприемника мультиплексный видеосигнал, а на выходе датчика телевизионного сигнала - мультиплексный телевизионный сигнал, осуществляют задержку мультиплексного телевизионного сигнала на кадр (полукадр), а по наблюдаемому изображению выполняют взвешенное суммирование прямого и задержанного видеосигналов путем сложения прямого видеосигнала с единичным весовым коэффициентом K и задержанного видеосигнала с коэффициентом K, выбираемым из неравенства 0<K<1, и дополняют эту регулировку выбором оптимальной длительности «короткого» накопления в матрице ПЗС.The problem is solved in that in the inventive method of generating an image signal of interferograms, namely, that the light flux from the interference pattern of the controlled object is projected onto a single target of a typical CCD matrix, according to the invention, a “long” and “short” accumulation of information is compulsorily implemented in the photodetector charges in adjacent frames (half frames), form a multiplex video signal at the output of the photodetector, and a multiplex at the output of the television signal sensor xx television signal, the multiplex television signal is delayed per frame (half frame), and the observed image performs weighted summation of the direct and delayed video signals by adding the direct video signal with a unit weight coefficient K and the delayed video signal with a coefficient K selected from the inequality 0 <K <1 , and supplement this adjustment with the choice of the optimal duration of the “short” accumulation in the CCD matrix.
Поставленная задача в заявляемом устройстве формирования сигнала изображения интерферограмм, предназначенном для осуществления заявленного способа, решается тем, что в устройство прототипа, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные объектив и мишень датчика телевизионного сигнала, а также RS-триггер, селектор синхроимпульсов, счетчик-делитель, коммутатор, блок задержки на кадр, состоящий из последовательно соединенных АЦП, ОЗУ и ЦАП, причем выход «Видео» датчика подключен к входу блока задержки на кадр и соответственно к входу селектора синхроимпульсов, выход которого подключен к тактовому входу RS-триггера и соответственно к входу последовательно соединенных счетчика-делителя и коммутатора, управляющий вход которого соединен с первым управляющим входом датчика и подключен к прямому выходу RS-триггера, второй управляющий вход датчика подключен к выходу коммутатора, S-вход RS-триггера является входом «Пуск», а R-вход RS-триггера - входом «Стоп» устройства прототипа, введены последовательно соединенные аналоговый ключ и взвешивающий сумматор, при этом управляющий вход аналогового ключа подключен к прямому выходу RS-триггера, а информационный вход аналогового ключа - к выходу блока задержки на кадр (полукадр), вход которого подключен ко второму входу взвешивающего сумматора, выход «Видео» которого является выходом заявляемого устройства.The problem in the inventive device for generating an image signal of interferograms intended for the implementation of the claimed method is solved by the fact that in the prototype device containing sequentially located and optically coupled lens and target of the television signal sensor, as well as an RS-trigger, clock selector, counter-divider, a switch, a delay unit per frame, consisting of ADCs, RAM, and DACs connected in series, and the Video output of the sensor is connected to the input of the delay unit per frame and, respectively, to the input of the clock selector, the output of which is connected to the clock input of the RS-trigger and, accordingly, to the input of the counter-divider and switch connected in series, the control input of which is connected to the first control input of the sensor and connected to the direct output of the RS-trigger, the second control input of the sensor is connected to the output of the switch, the RS input of the RS-trigger is the “Start” input, and the R-input of the RS-trigger is the “Stop” input of the prototype device, an analog key and a weighting adder are connected in series, while m the control input of the analog key is connected to the direct output of the RS-flip-flop, and the information input of the analog key is connected to the output of the delay unit per frame (half frame), the input of which is connected to the second input of the weighing adder, the “Video” output of which is the output of the inventive device.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемый способ отличается наличием новых признаков, а именно наличием следующих действий:Comparative analysis with the prototype [1] shows that the inventive method is distinguished by the presence of new features, namely the presence of the following actions:
- принудительной реализацией в матрице ПЗС «длинного» и «короткого» накопления информационных зарядов в смежных кадрах (полукадрах);- forced implementation of the “long” and “short” accumulation of information charges in adjacent frames (half-frames) in the CCD matrix;
- формированием на выходе фотоприемника мультиплексного видеосигнала, а на выходе датчика телевизионного сигнала - мультиплексного телевизионного сигнала;- the formation of a multiplex video signal at the output of the photodetector, and a multiplex television signal at the output of the television signal sensor;
- осуществлением задержки мультиплексного телевизионного сигнала на кадр (полукадр);- the implementation of the delay multiplex television signal per frame (half frame);
- выполнением регулировки взвешенного суммирования прямого и задержанного видеосигналов;- adjusting the weighted summation of the direct and delayed video signals;
- выполнением регулировки длительности «короткого» накопления в матрице ПЗС.- adjusting the duration of the “short” accumulation in the CCD matrix.
Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемый способ отвечает требованию новизны.The combination of known and new features is not known from the prior art, therefore, the claimed method meets the requirement of novelty.
Сопоставительный анализ с прототипом [2] показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков, в том числе:Comparative analysis with the prototype [2] shows that the inventive device is characterized by the presence of new features, including:
- новыми конструктивными элементами (блоками), которыми являются аналоговый ключ и взвешивающий сумматор;- new structural elements (blocks), which are an analog key and a weighing adder;
- электрическими связями новых блоков в составе устройства.- electrical connections of the new units in the device.
Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features of the claimed device is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
В заявляемом решении интервалы накопления смежных кадров (полукадров) в матрице ПЗС не совпадают и разнесены по времени, что увеличивает возможность регулировки степени рекурсивной фильтрации видеосигнала интерферограмм, повышая качество воспроизводимого их изображения на экране видеомонитора за счет роста отношения сигнал/шум.In the claimed solution, the intervals of accumulation of adjacent frames (half-frames) in the CCD matrix do not coincide and are separated in time, which increases the possibility of adjusting the degree of recursive filtering of the video signal of the interferograms, increasing the quality of their reproduced image on the screen of the video monitor due to the growth of the signal-to-noise ratio.
Следовательно, по техническому результату и методу его достижения предлагаемое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, according to the technical result and the method of its achievement, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 приведен пример выполнения электрической схемы коммутатора; на фиг.3 схематически представлено взаимное расположение интервалов накопления матрицей ПЗС в смежных кадрах (полукадрах); на фиг.4 представлена временная диаграмма, поясняющая работу счетчика делителя; на фиг.5 приведена иллюстрация процесса антиблюмингового стока в матрице ПЗС.Figure 1 shows a structural diagram of the inventive device that implements the inventive method; figure 2 shows an example of the electrical circuit of the switch; figure 3 schematically shows the relative position of the intervals of accumulation by the CCD matrix in adjacent frames (half frames); figure 4 presents a timing chart explaining the operation of the counter divider; figure 5 shows an illustration of the process of anti-blooming runoff in a CCD matrix.
Заявляемое устройство формирования сигнала изображения интерферограмм, см. фиг.1, содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1 и мишень датчика 2 телевизионного сигнала, а также RS-триггер 3, селектор 4 синхроимпульсов, счетчик-делитель 5, коммутатор 6, блок 7 задержки на кадр, состоящий из последовательно соединенных АЦП 7-1, ОЗУ 7-2 и ЦАП 7-3, а также последовательно соединенные аналоговый ключ 8 и взвешивающий сумматор 9, выход «Видео» которого является выходом устройства, S-вход RS-триггера 3 является входом «Пуск», а его R-вход - входом «Стоп» устройства, причем выход «Видео» датчика подключен соответственно к входу блока задержки на кадр, второму входу взвешивающего сумматора 9 и к входу селектора 4 синхроимпульсов, выход которого подключен к тактовому входу RS-триггера и соответственно к входу последовательно соединенных счетчика-делителя 5 и коммутатора 6, управляющий вход которого, соединенный соответственно с первым управляющим входом датчика 2 и управляющим входом аналогового ключа 8, подключен к прямому выходу RS-триггера 3; второй управляющий вход датчика 2 подключен к выходу коммутатора 6, а информационный вход аналогового ключа 8 - к выходу блока 7 задержки на кадр (полукадр). Видеосигнал с выхода взвешивающего сумматора 9, как показано на фиг.1, может быть подан на вход видеомонитора 10.The inventive device for generating an image signal of interferograms, see figure 1, contains sequentially located and optically coupled
Как и в прототипе [2], в качестве датчика 2 может быть использована предлагаемая российской фирмой «ЭВС» (г.Санкт-Петербург) бескорпусная камера VSI-746 [3], которая выполнена на основе матрицы ПЗС с числом элементов 582×752 и размером мишени по диагонали 1/2 дюйма.As in the prototype [2], the open-frame camera VSI-746 [3], which is based on the CCD matrix with the number of elements 582 × 752 and can be used as a sensor 2, can be used by the Russian company “EVS” (St. Petersburg) 1/2 inch diagonal target size.
Матрица ПЗС имеет организацию «строчный перенос», а ее фотоприемная секция снабжена электронным затвором, выполняющим электронную регулировку чувствительности путем управления временем накопления зарядовых носителей в течение кадрового периода. По сути, электронный затвор является затвором антиблюминговой (стоковой) области GA, технологически выполненной в фотоприемной секции матрицы ПЗС, как показано на фиг.5.The CCD matrix has an “horizontal transfer” organization, and its photodetector section is equipped with an electronic shutter that performs electronic sensitivity adjustment by controlling the accumulation time of charge carriers during the personnel period. 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.5.
Если на затвор GA подается высокий уровень импульсного смещения, 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.5б).If a high level of pulsed bias is applied to the GA gate, the potential barrier is removed, the gate 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. 5b).
Когда на затвор GA матрицы ПЗС подается нижний уровень импульсного смещения, закрывая его, реализуется режим накопления с сокращенным внутри кадра временем сбора носителей (см. фиг.5а).When the lower level of the pulse bias is applied to the shutter GA of the CCD matrix, closing it, the accumulation mode is implemented with a reduced carrier collection time inside the frame (see Fig. 5a).
Особенностью датчика 2 в заявляемом решении является наличие первого и второго управляющих входов.A feature of the sensor 2 in the claimed solution is the presence of the first and second control inputs.
Для прибора VSI-746 первым управляющим входом является вывод 20 микросхемы CXD2463R. Если необходимо включить автоматическую регулировку времени накопления (АРВН), нужно подать на этот вывод логический «0», для переключения в режим ручного управления временем накопления - логическую «1» в уровнях ТТЛ.For the VSI-746, the first control input is pin 20 of the CXD2463R. If you need to enable automatic adjustment of accumulation time (ARVN), you need to send a logical "0" to this output, to switch to manual control of the accumulation time - logical "1" in the TTL levels.
Второй управляющий вход прибора VSI-746 образуют выводы 11, 12, 13 микросхемы CXD2463R. Для работы в режиме АРВН эти выводы должны «висеть в воздухе», т.к. на них с помощью высокоомных резистивных делителей поданы соответствующие потенциалы в диапазоне 1,3-3,5 В. Когда необходимо переключение восьми значений фиксированных экспозиций в диапазоне от 10 мкс до 10 мс, то на них должны быть поданы кодовые комбинации из нулей («0») и единиц («1»), указанные в приведенной ниже табл.1.The second control input of the VSI-746 device is formed by the terminals 11, 12, 13 of the CXD2463R microcircuit. To work in ARVN mode, these conclusions must be “hanging in the air”, because using high-resistance resistive dividers, they are supplied with the corresponding potentials in the range 1.3-3.5 V. When it is necessary to switch eight values of fixed exposures in the range from 10 μs to 10 ms, then code combinations of zeros should be applied to them ("0 ") And units (" 1 ") indicated in the table below.
В настоящем решении используются шесть кодовых комбинаций: «000» - 10 мкс; «100» - 100 мкс; «011» - 200 мкс; «110» - 500 мкс; «001» - 1000 мкс; «111» - 10000 мкс.In this solution, six code combinations are used: “000” - 10 μs; “100” - 100 μs; “011” - 200 μs; "110" - 500 μs; "001" - 1000 μs; "111" - 10,000 μs.
Отметим, что комбинация «000» определяет самую короткую длительность накопления, а комбинация «111» - самую длинную. Установка всех этих кодовых комбинаций выполняется в коммутаторе 6.Note that the combination “000” determines the shortest accumulation time, and the combination “111” determines the longest. All of these code combinations are installed on
Возможная электрическая схема этого блока (см. фиг.2) содержит первый элемент «И» 6-1, второй элемент «И» 6-2, третий элемент «И» 6-3, первый элемент «ИЛИ» 6-4, второй элемент «ИЛИ» 6-5, третий элемент «ИЛИ» 6-6, первый коммутатор 6-7, второй коммутатор 6-8, третий коммутатор 6-9, а также первый переключатель S1, второй переключатель S2 и третий переключатель S3.A possible electrical circuit of this unit (see figure 2) contains the first element "AND" 6-1, the second element "AND" 6-2, the third element "AND" 6-3, the first element "OR" 6-4, the second the "OR" element 6-5, the third "OR" element 6-6, the first switch 6-7, the second switch 6-8, the third switch 6-9, as well as the first switch S1, the second switch S2 and the third switch S3.
Допустим, что переключатели S1…S3 находятся в исходном (отжатом) положении. Тогда при подаче высокого логического уровня сигнала от блока 3 на входы разрешения коммутаторов 6-7, 6-8, 6-9 и высокого логического уровня сигнала от блока 5 на первые входы элементов «И» 6-1, 6-2, 6-3 на выходе коммутатора 6 формируется логическая комбинация «111».Suppose that the switches S1 ... S3 are in the initial (depressed) position. Then, when applying a high logical level of the signal from
Когда же в исходном положении переключателей S1…S3 и наличии на входах разрешения коммутаторов логической «1» на первые входы элементов «И» 6-1, 6-2, 6-3 от блока 5 будет подан логический «0», на выходе блока 6 установится логическая комбинация «000».When in the initial position of the switches S1 ... S3 and the logical inputs “1” on the resolution inputs of the switches, the logical inputs “0” are sent to the first inputs of the “And” elements 6-1, 6-2, 6-3 from block 5, the output of the
При подаче уровня логической «1» от блока 3 и сохранении уровня логического «0», поступающего от блока 5, могут быть получены четыре дополнительных кодовых комбинации в зависимости от положения переключателей S1…S3, как представлено в табл.2.When a logical “1” level is supplied from
Очевидно, что выбор положения переключателей S1…S3 позволяет осуществить регулировку «короткого» времени накопления в датчике 2 от 10 до 1000 мкс.Obviously, the choice of the position of the switches S1 ... S3 allows you to adjust the "short" accumulation time in the sensor 2 from 10 to 1000 μs.
Если на входы разрешения коммутаторов 6-7, 6-8, 6-9 будет подан низкий логический уровень, тогда, независимо от состояния на входах элементов «И» 6-1, 6-2, 6-3 и положения переключателей S1…S3, выходы коммутаторов будут изолированы от входов.If a low logic level is applied to the permission inputs of the switches 6-7, 6-8, 6-9, then, regardless of the state of the inputs of the "And" elements 6-1, 6-2, 6-3 and the position of the switches S1 ... S3 , the outputs of the switches will be isolated from the inputs.
Объектив 1, RS-триггер 3, селектор 4 синхроимпульсов, счетчик-делитель 5 и блок 7 задержки на кадр по схемотехническому выполнению не отличаются от аналогичных блоков прототипа [2].
Добавим, что RS-триггер 3 является тактируемым триггерным устройством RS-типа с высоким активным уровнем на входах управления.We add that the RS-
Селектор 4 синхроимпульсов предназначен для выделения из композитного видеосигнала на входе сигнала синхронизации приемника (ССП) с последующим формированием на выходе кадрового синхронизирующего импульса (КСИ).The clock selector 4 is designed to extract from the composite video signal at the input of the receiver synchronization signal (MSS) with the subsequent formation of a frame synchronizing pulse (CSI) at the output.
Счетчик-делитель 5 предназначен для выполнения деления частоты импульсов КСИ на два (с 50 Гц до 25 Гц) при прогрессивной развертке и соответственно на четыре (с 50 Гц до 12,5 Гц) при чересстрочной развертке видеосигнала.Counter-divider 5 is intended for dividing the frequency of pulses of CSI into two (from 50 Hz to 25 Hz) for progressive scan and, accordingly, into four (from 50 Hz to 12.5 Hz) for interlaced scanning of the video signal.
Блок 7 предназначен для выполнения задержки входного видеосигнала на длительность одного кадра. Если в устройстве использована прогрессивная развертка с частотой кадров 50 Гц, то длительность задержки составляет 20 мс. При организации в устройстве стандартной чересстрочной развертки длительность требуемой задержки будет составлять два полукадра, т.е. 40 мс. Техническая реализация блока 7 может быть осуществлена путем последовательного соединения аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7-1, оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ) 7-2, цифро-аналогового устройства (ЦАП) 7-3.Block 7 is designed to delay the input video signal for a duration of one frame. If the device uses a progressive scan with a frame frequency of 50 Hz, then the delay time is 20 ms. When arranging a standard interlace scan in a device, the duration of the required delay will be two half-frames, i.e. 40 ms The technical implementation of block 7 can be carried out by serial connection of an analog-to-digital converter (ADC) 7-1, random access memory (RAM) 7-2, digital-to-analog device (DAC) 7-3.
Аналоговый ключ 8 может быть выполнен на базе одного из четырех управляемых ключей с нормально разомкнутыми контактами отечественной микросхемы КР590КН2 [4].Analog key 8 can be performed on the basis of one of four managed keys with normally open contacts of the domestic chip KR590KN2 [4].
Взвешивающий сумматор 9 предназначен для выполнения операции сложения двух входных видеосигналов с весовыми (масштабными) коэффициентами и может быть выполнен по рекомендациям [5]. Для видеосигнала, поступающего на его первый вход, весовой коэффициент K является регулируемым, который выбирается из неравенства 0<K<1. Для видеосигнала, поступающего на его второй вход, весовой коэффициент должен быть равен единице (K=1).The weighing adder 9 is designed to perform the operation of adding two input video signals with weight (scale) factors and can be performed according to the recommendations [5]. For the video signal arriving at its first input, the weight coefficient K is adjustable, which is selected from the inequality 0 <K <1. For the video signal arriving at its second input, the weight coefficient must be equal to unity (K = 1).
Способ формирования сигнала изображения интерферограмм осуществляется следующим образом. Воспользуемся структурной схемой заявляемого устройства (см. фиг.1), реализующего заявленный способ.A method of generating an image signal of interferograms is as follows. We use the structural diagram of the claimed device (see figure 1) that implements the claimed method.
Предположим, что расположенная в поле зрения устройства интерфенционная картина объекта находится в идеально статическом положении, не испытывая случайных колебаний за счет вибрации и других регулярных механических воздействий низкой частоты. При этом допустим, что само устройство работает в режиме прогрессивной развертки, а освещенность объекта контроля позволяет установить рабочую освещенность на мишени матрицы ПЗС, необходимую для получения видеосигнала с максимальным отношением сигнал/шум.Suppose that the interference pattern of an object located in the field of view of the device is in a perfectly static position, without experiencing random vibrations due to vibration and other regular mechanical effects of low frequency. At the same time, suppose that the device itself operates in progressive scan mode, and the illumination of the control object allows you to set the working illumination on the target of the CCD matrix, which is necessary to obtain a video signal with a maximum signal to noise ratio.
Тогда автоматическая регулировка времени накопления (АРВН) фотоприемника в датчике 2 телевизионного сигнала установит максимальную величину текущей экспозиции, т.е. длительность накопления информационных зарядов составит 10000 мкс.Then the automatic adjustment of the accumulation time (ARVN) of the photodetector in the sensor 2 of the television signal will set the maximum value of the current exposure, i.e. the duration of the accumulation of information charges will be 10,000 μs.
При этом селектор 4 синхроимпульсов выделяет на выходе кадровые импульсы с периодом Tn (см. фиг.4а), а счетчик-делитель 5 выполняет деление входной частоты на два, формируя на выходе меандр с периодом T∂1=2Tn (см. фиг.4б).In this case, the clock selector 4 selects output pulses with a period of T n (see figa), and the counter-divider 5 divides the input frequency by two, forming a square wave with a period of T ∂1 = 2T n at the output (see Fig. .4b).
Пусть на объекте контроля возникает низкочастотное механическое воздействие. Тогда в формируемом видеосигнале неизбежно появляется смаз, а в наблюдаемом с экрана видеомонитора 10 изображении заметно ухудшается его качество за счет снижения отношения сигнал/шум.Let a low-frequency mechanical effect occur at the control object. Then, a smear inevitably appears in the generated video signal, and in the image observed from the screen of the video monitor 10, its quality noticeably deteriorates due to a decrease in the signal-to-noise ratio.
Для выполнения задачи изобретения на вход «Пуск» устройства подается импульс положительной полярности. В момент совпадения на «S»-входе RS-триггера 3 высокого уровня этого импульса с высоким уровнем кадровых синхроимпульсов на его тактовом входе состояние триггера изменяется. На прямом выходе триггера 3 устанавливается сигнал логической «1». Последний подается на управляющий вход блока 6, на первый управляющий вход датчика 2 и на управляющий вход аналогового ключа 8. Поэтому схема АРВН в датчике 2 отключается, а его второй управляющий вход оказывается подключенным к выходу блока 6. Одновременно аналоговый ключ 8 устанавливается в состояние «замкнуто», соединяя выход блока 7 с первым информационным входом блока 9.To accomplish the task of the invention, a pulse of positive polarity is supplied to the “Start” input of the device. At the moment of coincidence at the “S” input of the RS flip-
Отметим, что независимо от этой коммутации селектор 4 синхроимпульсов продолжает выделять на выходе кадровые импульсы, а на выходе счетчика-делителя 5 формируются импульсы с периодом T∂.Note that, regardless of this switching, the clock selector 4 continues to emit frame pulses at the output, and pulses with a period T ∂ are formed at the output of the counter-divider 5.
При подключении второго управляющего входа датчика 2 к выходу блока 6 на этом входе на время действия низкого уровня меандра импульсов с выхода блока 5 устанавливается логическая комбинация «000», обеспечивающая длительность кадрового накопления зарядов в фотоприемнике, равной 10 мкс - (см. табл.1). Когда же с выхода блока 5 будет подан высокий уровень меандра импульсов, тогда на это время на втором управляющем входе датчика 2 установится логическая комбинация «111», гарантирующая время накопления матрицы ПЗС 10000 мкс - (см. табл.1). По отношению к кадровому бланку, показанному на фиг.3а, импульсный сигнал, подаваемый на электронный затвор GA матрицы ПЗС в этой ситуации, представлен на фиг.3б.When connecting the second control input of the sensor 2 to the output of
Благодаря этому датчик 2 формирует мультиплексный сигнал изображения, смежные кадры которого являются «длинными» и «короткими» видеосигналами в соответствии с режимом накопления зарядов в фотоприемнике.Due to this, the sensor 2 generates a multiplex image signal, adjacent frames of which are “long” and “short” video signals in accordance with the mode of accumulation of charges in the photodetector.
Этот мультиплексный видеосигнал одновременно поступает на вход блока 7 и на второй информационный вход взвешивающего сумматора 9. Задержанный на кадр мультиплексный видеосигнал подается на первый информационный вход взвешивающего сумматора 9.This multiplexed video signal is simultaneously fed to the input of block 7 and to the second information input of the weighting adder 9. The delayed multiplex video signal is fed to the first information input of the weighting adder 9.
Синтез выходного сигнала изображения заявляемого устройства осуществляется в блоке 9, где выполняется суммирование входных видеосигналов с необходимыми весовыми коэффициентами. Предусмотренная по первому информационному входу блока 9 регулировка весового коэффициента K в пределах 0<K<1 позволяет, как и в прототипе, изменить степень рекурсивности выполняемой фильтрации видеосигнала, а следовательно, добиться повышения отношения сигнал/шум.The synthesis of the output image signal of the inventive device is carried out in block 9, where the summation of the input video signals with the necessary weighting factors is performed. The weight coefficient K provided for at the first information input of block 9 within 0 <K <1 allows, as in the prototype, to change the degree of recursiveness of the performed video signal filtering, and therefore, to increase the signal-to-noise ratio.
С другой стороны, в заявляемом решении суммируемые видеосигналы, по сравнению с прототипом, фиксируют различные состояния процесса накопления информационных зарядов во времени. Своеобразной иллюстрацией этого процесса для предлагаемого решения является временная диаграмма на фиг.3б, а для прототипа - диаграмма на фиг.3в.On the other hand, in the claimed solution, the summed video signals, in comparison with the prototype, record various states of the process of accumulation of information charges in time. A peculiar illustration of this process for the proposed solution is the timing diagram in fig.3b, and for the prototype - the diagram in figv.
Временные «центры тяжести» суммируемых видеосигналов (они помечены на фиг.3 кружками с заливкой) у прототипа разнесены точно на интервал кадра, а для заявляемого решения это временное смещение может быть управляемым. Поэтому, выбирая при помощи переключателей S1…S3 длительность накопления (см. табл.2 и фиг.3б), можно дополнительно регулировать степень рекурсивности фильтруемого видеосигнала, реализуя имеющийся резерв повышения отношения сигнал/шум.Temporary "centers of gravity" of the summed video signals (they are marked in FIG. 3 with filled circles) in the prototype are spaced exactly in the frame interval, and for the proposed solution, this temporary offset can be controlled. Therefore, choosing the accumulation duration using the switches S1 ... S3 (see table 2 and figb), you can further adjust the degree of recursiveness of the filtered video signal, realizing the existing reserve of increasing the signal-to-noise ratio.
Предположим, что устройство работает в режиме чересстрочной развертки. Тогда на выходе селектора 4 синхроимпульсов формируются импульсы с периодом полукадров Tn. Счетчик-делитель 5 выполняет деление входной частоты на четыре, т.е. период выходных импульсов будет составлять T∂2=4Tn (см. фиг.4в). В течение действия высокого уровня этого меандра в датчике 2 будет выполняться не один, а два цикла экспонирования с «длинным» зарядовым накоплением по для каждого. Аналогично, в течение действия низкого уровня нового меандра в датчике 2 будет совершаться не один, а два цикла экспонирования с «коротким» зарядовым накоплением по . Блок 8 осуществляет задержку входного видеосигнала на два полукадра, т.е. по длительности на два Tn. В остальном работа устройства не отличается от ее функционирования в режиме прогрессивной развертки.Assume the device is in interlaced mode. Then, pulses with a half-frame period T n are formed at the output of the selector 4 clock pulses. Counter divider 5 performs the division of the input frequency into four, i.e. the period of the output pulses will be T ∂2 = 4T n (see Fig. 4c). During the action of the high level of this meander in the sensor 2, not one, but two exposure cycles with a “long” charge accumulation over for everybody. Similarly, during the low-level action of the new meander in the sensor 2, not one, but two exposure cycles with a “short” charge accumulation by . Block 8 delays the input video signal by two half frames, i.e. in duration by two T n . Otherwise, the operation of the device does not differ from its operation in progressive scan mode.
При необходимости возвращения устройства в исходный режим работы следует подать импульс положительной полярности на вход «Стоп». В момент совпадения на «R»-входе RS-триггера 3 высокого уровня этого импульса с высоким уровнем тактовых импульсов (КСИ) состояние триггера изменяется. На прямом выходе RS-триггера 3 установится сигнал логического «0», а в датчике 2 будет восстановлено функционирование схемы АРВН. Одновременно будет восстановлено состояние «разомкнуто» для аналогового ключа 8 благодаря подаче сигнала логического «0» на его управляющий вход. На первом информационном входе видеосигнал отсутствует, поэтому на выход взвешивающего сумматора 9 будет передаваться со второго информационного входа типовой телевизионный сигнал датчика 2.If it is necessary to return the device to its original mode of operation, a pulse of positive polarity must be applied to the Stop input. At the moment of coincidence at the “R” input of the RS flip-
По сравнению с прототипом [1] предлагаемый способ формирования сигнала изображения интерферограмм исключает необходимость разделения входного светового потока по двум направлениям. Поэтому принципиально устраняется возможная неточность рекурсивной фильтрации видеосигнала из-за ошибки оптического рассовмещения смежных кадров при накоплении информационных зарядов.Compared with the prototype [1], the proposed method for generating an image signal of interferograms eliminates the need to separate the input light flux in two directions. Therefore, the possible inaccuracy of the recursive filtering of the video signal due to the optical misregistration of adjacent frames during the accumulation of information charges is fundamentally eliminated.
В настоящее время все элементы структурной схемы устройства формирования сигнала изображения интерферограмм, которые реализуют все действия согласно заявленному способу и определяют заявляемое устройство, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью. Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Currently, all the elements of the structural diagram of the device for generating an image signal of interferograms, which implement all the actions according to the claimed method and determine the inventive device, mastered or can be mastered by domestic industry. Therefore, the present invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент №2068624 РФ. МПК H04N 5/225, 7/18. Устройство формирования сигнала изображения интерферограмм. / В.М.Смелков // Б.И. - 1996. - №30.1. Patent No. 2068624 of the Russian Federation. IPC H04N 5/225, 7/18. Interferogram image signal forming device. / V.M.Smelkov // B.I. - 1996. - No. 30.
2. Патент №2362275 РФ. МПК H04N 5/225. Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов. / В.М.Смелков // Б.И. - 2009. - №20.2. Patent No. 2362275 of the Russian Federation. IPC H04N 5/225. A television camera for observation in difficult lighting conditions and / or complex brightness of objects. / V.M.Smelkov // B.I. - 2009. - No. 20.
3. Телевизионные камеры фирмы «ЭВС», каталог, 2005 г.3. Television cameras of the EVS company, catalog, 2005
4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. / С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др. - М.: «Радио и связь», 1990.4. Digital and analog integrated circuits: a reference. / S.V. Yakubovsky, L.I. Nisselson, V.I. Kuleshova, etc. - M.: Radio and Communications, 1990.
5. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС: Перевод с англ. - М.: «Мир», 1985.5. Falkenberry L. Application of operational amplifiers and linear ICs: Translation from English. - M .: "World", 1985.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109767/07A RU2448431C1 (en) | 2011-03-15 | 2011-03-15 | Method of forming interference pattern signal and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109767/07A RU2448431C1 (en) | 2011-03-15 | 2011-03-15 | Method of forming interference pattern signal and apparatus for realising said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2448431C1 true RU2448431C1 (en) | 2012-04-20 |
Family
ID=46032739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109767/07A RU2448431C1 (en) | 2011-03-15 | 2011-03-15 | Method of forming interference pattern signal and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2448431C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491755C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-08-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for computer detection of fringe pattern image signal and television system for realising said method |
RU2784003C1 (en) * | 2022-01-18 | 2022-11-23 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for computer registration of an image signal of interferograms based on a cmos matrix photodetector |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5251008A (en) * | 1991-01-11 | 1993-10-05 | Jeol Ltd. | Fourier transform spectroscopy and spectrometer |
US5465147A (en) * | 1991-04-29 | 1995-11-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for acquiring images using a ccd detector array and no transverse scanner |
RU2068624C1 (en) * | 1992-02-04 | 1996-10-27 | НИИ промышленного телевидения "РАСТР" | Device for generation of signal of interference picture |
RU2239157C2 (en) * | 2002-12-06 | 2004-10-27 | Атнашев Виталий Борисович | Interferometer |
RU2362275C1 (en) * | 2007-11-23 | 2009-07-20 | Вячеслав Михайлович Смелков | Television camera for suveillance in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects |
JP2009217231A (en) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Samsung Mobile Display Co Ltd | Electronic imaging device |
-
2011
- 2011-03-15 RU RU2011109767/07A patent/RU2448431C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5251008A (en) * | 1991-01-11 | 1993-10-05 | Jeol Ltd. | Fourier transform spectroscopy and spectrometer |
US5465147A (en) * | 1991-04-29 | 1995-11-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for acquiring images using a ccd detector array and no transverse scanner |
RU2068624C1 (en) * | 1992-02-04 | 1996-10-27 | НИИ промышленного телевидения "РАСТР" | Device for generation of signal of interference picture |
RU2239157C2 (en) * | 2002-12-06 | 2004-10-27 | Атнашев Виталий Борисович | Interferometer |
RU2362275C1 (en) * | 2007-11-23 | 2009-07-20 | Вячеслав Михайлович Смелков | Television camera for suveillance in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects |
JP2009217231A (en) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Samsung Mobile Display Co Ltd | Electronic imaging device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491755C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-08-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for computer detection of fringe pattern image signal and television system for realising said method |
RU2784003C1 (en) * | 2022-01-18 | 2022-11-23 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for computer registration of an image signal of interferograms based on a cmos matrix photodetector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10847556B2 (en) | Solid-state imaging apparatus and imaging apparatus | |
US7911518B2 (en) | Variable exposure for color image sensor | |
CN1980335B (en) | Signal generator and method for generating signals for reducing noise in signals | |
EP2549743B1 (en) | Imaging apparatus | |
US10785430B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JPS5978324A (en) | Stroboscopic light emission controller of electronic camera using solid-state image pickup element | |
JPS63105580A (en) | Television camera | |
RU2448431C1 (en) | Method of forming interference pattern signal and apparatus for realising said method | |
Riccardo et al. | Fast-gated 16× 16 SPAD array with 16 on-chip 6 ps time-to-digital converters for non-line-of-sight imaging | |
US9531974B2 (en) | Two-line, shared pixel linear image sensor | |
US11496700B1 (en) | HDR image sensor employing multi-tap pixel architecture and method for operating same | |
RU2362275C1 (en) | Television camera for suveillance in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects | |
RU2399164C1 (en) | Image signal formation method | |
RU2446612C1 (en) | Device for interferogram image signal generation | |
US20150350580A1 (en) | Solid-state imaging device and imaging method | |
JP3899859B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera system | |
RU2507706C2 (en) | Method for computer-aided recording of interferogram image signal | |
US9386242B2 (en) | Imaging device and method having a control circuit to shift charges of the photodiode of each pixel simultaneously to a first storage node or a second storage node for capturing a moving object without distortion and achieving a wide dynamic range | |
EP3598739A1 (en) | Image sensing circuit and control method thereof | |
RU2784003C1 (en) | Method for computer registration of an image signal of interferograms based on a cmos matrix photodetector | |
RU2387092C1 (en) | Thermal imaging channel | |
JP3246666B2 (en) | Synchronous gate control high-speed CCD imager system | |
RU2416171C1 (en) | Television camera for viewing in conditions of low illumination and/or low brightness of objects | |
CN107071309B (en) | High-speed double-pulse image exposure method based on CCD electrode direct control | |
JPH08307649A (en) | Image pickup device |