RU2451419C1 - Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method - Google Patents

Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2451419C1
RU2451419C1 RU2011117803/07A RU2011117803A RU2451419C1 RU 2451419 C1 RU2451419 C1 RU 2451419C1 RU 2011117803/07 A RU2011117803/07 A RU 2011117803/07A RU 2011117803 A RU2011117803 A RU 2011117803A RU 2451419 C1 RU2451419 C1 RU 2451419C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
control
charge
comparator
Prior art date
Application number
RU2011117803/07A
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 RU2011117803/07A priority Critical patent/RU2451419C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451419C1 publication Critical patent/RU2451419C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: signal charges of neighbouring frames are accumulated in a photodetector successively for a time interval exceeding the duration of the broadcast television subframe (Tk), and during accumulation of signal charges of a first frame from neighbouring frames, nondestructive measurement of the level of the formed charge relief is performed with period Tk, in the interval of its last row, by performing non-scanning "charge-voltage" conversion. Video signal voltage is detected and its value is compared with threshold voltage based on the criterion of a predetermined signal-to-noise ratio, wherein the accumulation process of the first frame continues if the current comparison result is less than the threshold, or is stopped if the current comparison result is equal to or higher than the threshold.
EFFECT: increase in sensitivity through automatic selection of accumulation time of compared frames depending on background illumination of the controlled scene.
2 cl, 14 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении телевизионных устройств, выполненных на базе фотоприемника в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), для обнаружения находящихся в ее поле зрения подвижных объектов.The present invention relates to television and can be used in the construction of television devices made on the basis of a photodetector in the form of a matrix of devices with charge coupling (CCD matrix) to detect moving objects in its field of view.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионный способ обнаружения подвижных объектов [1], заключающийся в том, что световой поток от контролируемой сцены проецируют на мишень матрицы ПЗС, последовательно накапливают на мишени матрицы ПЗС информационные заряды телевизионных кадров в течение временного промежутка, не превышающего период вещательного полукадра Тк, переносят накопленные заряды смежных кадров раздельно в две секции памяти матрицы ПЗС, параллельно переносят из секций памяти матрицы ПЗС хранящиеся там заряды смежных кадров построчно в два горизонтальных выходных регистра фотоприемника, поэлементно считывают в каждом из двух выходных регистров заряды строк смежных кадров с реализацией на каждом из двух выходов матрицы ПЗС для каждого элемента преобразования «заряд - напряжение», формируют из видеосигналов смежных кадров видеосигнал межкадровой разности, выполняют сравнение сигнала межкадровой разности с пороговым напряжением, регистрируя превышение порога сигналом межкадровой разности как событие, эквивалентное обнаружению подвижного объекта в поле зрения фотоприемника.The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a television method for detecting moving objects [1], which consists in the fact that the light flux from the monitored scene is projected onto the target of the CCD matrix, the information charges of the television frames are sequentially accumulated on the targets of the CCD matrix during the time period, not exceeding the period T to half-frame broadcast, the accumulated charges are transferred to adjacent frames separately in two memory sections CCD, are transferred in parallel from the memory sections these CCD matrices, the charges of adjacent frames stored there are line-by-line into two horizontal output registers of the photodetector, element-wise read in each of the two output registers the charges of the rows of adjacent frames with the implementation on each of the two outputs of the CCD matrix for each element of the charge-voltage transformation, are formed from video signals of adjacent frames, the video signal of the interframe difference, comparing the signal of the interframe difference with a threshold voltage, registering the excess of the threshold with the signal of the interframe difference as an event, equivalent to detecting a moving object in the field of view of a photodetector.

Прототип работает с циклом накопления, соответствующим периоду вещательного полукадра Тк (20 мс). Поэтому в условиях низкой освещенности фона и низкого контраста объекта-нарушителя относительно фона возможны пропуски видеосигнала межкадровой разности из-за ограниченной чувствительности данного технического решения.The prototype works with the accumulation cycle corresponding to the broadcast half-frame period T k (20 ms). Therefore, in conditions of low background illumination and low contrast of the intruder object relative to the background, video signals of inter-frame difference are possible due to the limited sensitivity of this technical solution.

Задача изобретения - повышение чувствительности путем автоматического выбора времени накопления сравниваемых кадров в зависимости от фоновой освещенности контролируемой сцены.The objective of the invention is to increase the sensitivity by automatically selecting the accumulation time of the compared frames, depending on the background illumination of the monitored scene.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом телевизионном способе обнаружения подвижных объектов, заключающемся в том, что световой поток от контролируемой сцены проецируют на мишень матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), последовательно накапливают на мишени матрицы ПЗС информационные заряды телевизионных кадров, переносят накопленные заряды каждого из смежных кадров раздельно в две секции памяти матрицы ПЗС, параллельно переносят из секций памяти матрицы ПЗС хранящиеся там заряды смежных кадров построчно в два горизонтальных выходных регистра фотоприемника, поэлементно считывают в каждом из двух выходных регистров заряды строк смежных кадров с реализацией на каждом из двух выходов матрицы ПЗС для каждого элемента преобразования «заряд - напряжение», формируют из видеосигналов смежных кадров видеосигнал межкадровой разности, выполняют сравнение сигнала межкадровой разности с пороговым напряжением, регистрируя превышение порога сигналом межкадровой разности как событие, эквивалентное обнаружению подвижного объекта в поле зрения фотоприемника, согласно предлагаемому изобретению выполняют накопление информационных зарядов соседних кадров в фотоприемнике последовательно в течение одного и того же временного интервала, превышающего длительность вещательного телевизионного полукадра Тк, а в процессе накопления информационных зарядов первого из соседних кадров осуществляют с периодом Тк, в интервале его последней строки, неразрушающее измерение уровня формируемого зарядового рельефа путем выполнения безразверточного преобразования «заряд-напряжение», выполняют детектирование напряжения видеосигнала и сравнение его величины с пороговым напряжением по критерию заранее выбранного отношения сигнал/шум, при этом процесс накопления первого кадра продолжают, когда текущий результат сравнения меньше порога, или завершают, если текущий результат сравнения равен порогу или его превышает.The problem is solved in that in the claimed television method for detecting moving objects, which consists in the fact that the light flux from the monitored scene is projected onto the target of a matrix of devices with charge-coupled (CCD matrix), sequentially accumulate information charges of television frames on the targets of the CCD matrix, transfer the accumulated the charges of each of the adjacent frames separately in two sections of the memory of the CCD matrix; in parallel, they transfer from the sections of the memory of the CCD matrix the charges of adjacent frames stored there in row two the horizontal output registers of the photodetector, the charges of the rows of adjacent frames with the implementation of the CCD matrix for each element of the charge-voltage conversion on each of the two outputs of the CCD are element-wise read out in each of the two output registers, the video signal of the inter-frame difference is formed from the video signals of the adjacent frames, the signal of the inter-frame difference is compared with a threshold voltage, registering a threshold exceeding by the signal of the interframe difference as an event equivalent to the detection of a moving object in the field of view of a photodetector ka, according to the invention operate accumulation information charges of adjacent frames in the photodetector sequentially during the same time interval greater than the duration of the broadcast television half-frame T c, and in the process of accumulating information charges of the first of the adjacent frames is performed with a period T c in the range of its of the last line, non-destructive measurement of the level of the formed charge relief by performing a charge-voltage non-reversal transformation, editing the voltage of the video signal and comparing its value with the threshold voltage according to the criterion of a pre-selected signal-to-noise ratio, while the accumulation of the first frame is continued when the current comparison result is less than the threshold, or completed if the current comparison result is equal to or exceeds the threshold.

Термин «безразверточное» преобразование «заряд-напряжение» предложен авторами [2, с.96] и означает, что съем зарядового сигнала изображения может быть реализован без соблюдения основного правила твердотельной развертки, т.е. не прибегая к съему видеосигнала в результате поэлементного преобразования «заряд-напряжение», выполняемого на выходе горизонтального регистра матрицы ПЗС и привязанного к координате конкретного пиксела фотоприемника.The term “zero-voltage” charge-voltage transformation was proposed by the authors [2, p. 96] and means that the charge of the image signal can be realized without observing the basic rule of solid-state scanning, i.e. without resorting to the video signal as a result of the elementary transformation "charge-voltage", performed at the output of the horizontal register of the CCD matrix and tied to the coordinate of a specific pixel of the photodetector.

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:

- реализацией в матрице ПЗС «длинного» накопления информационных зарядов соседних кадров с автоматической установкой одинаковой длительности экспозиции в зависимости от фоновой освещенности контролируемой сцены;- implementation of a “long” accumulation of information charges of neighboring frames in the CCD matrix with automatic installation of the same exposure duration depending on the background illumination of the monitored scene;

- выполнением процесса накопления первого из соседних кадров отдельными «порциями» длительностью Тк;- the process of accumulating the first of neighboring frames in separate "batches" of duration T to ;

- неразрушающим по характеру измерением уровня зарядового рельефа на мишени фотоприемника после каждой «порции» накопления.- non-destructive in nature measurement of the charge relief level on the target of the photodetector after each "portion" of accumulation.

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.

Прототип устройства предлагаемого изобретения [1] содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив и мишень матрицы ПЗС, состоящей из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления (мишени), первой секции памяти, первого выходного регистра, первого блока преобразования «заряд-напряжение» (БПЗН), разделительного электрода, второй секции памяти и второго БПЗН, причем управляющие входы секции накопления, первой и второй секций памяти, разделительного электрода, первого и второго выходных регистров матрицы ПЗС соединены с соответствующими выходами генератора управляющих напряжений, состоящего из последовательно соединенных синхронизатора и комплекта преобразователей уровня (комплекта ПУ), состоящего из отдельных ПУ для каждого из массивов матрицы ПЗС, при этом выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второго БПЗН - через второй видеоусилитель ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с компаратором, второй вход которого является входом порогового напряжения, а выход подключен к формирователю сигнала тревоги.The prototype device of the invention [1] contains a sequentially located and optically coupled lens and a target of a CCD matrix, consisting of a series of charge-coupled accumulation sections (targets), a first memory section, a first output register, a first charge-voltage conversion unit (CPS) , a separation electrode, a second section of memory and a second SEC, and the control inputs of the accumulation section, the first and second sections of memory, the separation electrode, the first and second output registers CCDs are connected to the corresponding outputs of the control voltage generator, consisting of a series-connected synchronizer and a set of level converters (set of controllers), consisting of separate controllers for each of the arrays of the CCD, the output of the first CPS of the CCD matrix is connected through the first video amplifier to the first input of the block subtraction, and the output of the second UBZN through the second video amplifier to the second input of the subtraction unit, the output of which is connected to the comparator, the second input of which is the threshold input to voltage, and the output is connected to the shaper of the alarm.

Поставленная задача в заявляемом телевизионном устройстве для обнаружения подвижных объектов, предназначенном для осуществления заявленного способа, решается тем, что в устройство прототипа, содержащее последовательно расположенные объектив и трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, первой секции памяти, первого выходного регистра, первого БПЗН, разделительного электрода, второй секции памяти, второго выходного регистра и второго БПЗН, причем выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второго БПЗН - через второй видеоусилитель ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с первым компаратором, второй вход которого является входом порогового напряжения, а выход подключен к формирователю сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы секции накопления, первой секции памяти, второй секции памяти, объединенные первые, вторые и третьи управляющие входы первого и второго выходных регистров, а также управляющий вход разделительного электрода матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого ПУ, второго ПУ, третьего ПУ, четвертого ПУ и пятого ПУ соответственно, причем управляющий вход второго ПУ соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к управляющему входу четвертого ПУ, введены формирователь импульсов (ФИ) и последовательно соединенные блок измерения заряда, пиковый детектор и второй компаратор, второй вход которого является входом порогового напряжения, при этом первый вход ФИ подключен к третьему выходу синхронизатора, а второй вход ФИ - к выходу второго компаратора, первый выход ФИ - к управляющему входу первого ПУ, второй выход ФИ - к управляющему входу третьего ПУ, третий выход ФИ - к управляющему входу пятого ПУ, четвертый выход ФИ - к первому управляющему входу секции накопления матрицы ПЗС, второй управляющий вход которой соединен с входом блока измерения заряда, причем пятый выход ФИ подключен к стробирующему входу второго компаратора, шестой выход ФИ - к входу «Сброс» пикового детектора, а седьмой выход ФИ - к стробирующему входу первого компаратора.The problem in the inventive television device for detecting moving objects, designed to implement the claimed method, is solved by the fact that in the prototype device containing a sequentially located lens and a three-phase CCD matrix, consisting of a series of charge-coupled accumulation sections, the first memory section, the first output register , the first SPS, the separation electrode, the second memory section, the second output register and the second SPS, and the output of the first SPS of the CCD matrix p it is connected through the first video amplifier to the first input of the subtraction unit, and the output of the second BPZN is connected through the second video amplifier to the second input of the subtraction unit, the output of which is connected to the first comparator, the second input of which is a threshold voltage input, and the output is connected to the alarm driver, while the first , the second and third control inputs of the accumulation section, the first memory section, the second memory section, the combined first, second and third control inputs of the first and second output registers, as well as the control input d the separation electrode of the CCD matrix is connected to the corresponding outputs of the first control unit, the second control unit, the third control unit, the fourth control unit and the fifth control unit, respectively, and the control input of the second control unit is connected to the first output of the synchronizer, the second output of which is connected to the control input of the fourth control unit, a pulse shaper ( FI) and a series-connected charge measuring unit, a peak detector and a second comparator, the second input of which is a threshold voltage input, while the first input of the FI is connected to the third output synchronizer, and the second FI input - to the output of the second comparator, the first FI output - to the control input of the first control unit, the second FI output - to the control input of the third control unit, the third FI output - to the control input of the fifth control unit, the fourth FI output - to the first control input the CCD array accumulation section, the second control input of which is connected to the input of the charge measurement unit, the fifth output of the FI connected to the gate input of the second comparator, the sixth output of the FI connected to the reset input of the peak detector, and the seventh output of the FI connected to the gate input of the first a comparator.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое телевизионное устройство отличается наличием новых блоков: формирователя импульсов (ФИ), блока измерения заряда, пикового детектора и второго компаратора, а также связей с остальными блоками. Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed television device is characterized by the presence of new units: a pulse shaper (FI), a charge measuring unit, a peak detector and a second comparator, as well as connections with other blocks. The combination of known and new features is not known from the prior art, therefore, the claimed solution meets the requirement of novelty.

Повышение чувствительности предлагаемого технического решения достигается путем выбора оптимального времени накопления двух смежных кадров по результатам неразрушающих периодических измерений формируемого зарядового рельефа первого кадра непосредственно на мишени матрицы ПЗС. Поэтому данное решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.Increasing the sensitivity of the proposed technical solution is achieved by choosing the optimal accumulation time of two adjacent frames according to the results of non-destructive periodic measurements of the formed charge relief of the first frame directly on the target of the CCD. Therefore, this solution meets the requirement of inventive step.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого телевизионного устройства; на фиг.2 - возможная электрическая схема (в составе ФИ) формирователя интервалов накопления; на фиг.3-4 - временные диаграммы, поясняющие работу этого формирователя; на фиг.5-6 - функциональная схема формирователя служебных сигналов (в составе ФИ), необходимых для выполнения неразрушающих измерений фотозарядов, и временная диаграмма, поясняющая работу этого формирователя; на фиг.7-12 - временные диаграммы, поясняющие работу заявляемого решения в целом; на фиг.13 - световая характеристика матрицы ПЗС; на фиг.14 - структурная схема блока измерения заряда.Figure 1 shows a structural diagram of the inventive television device; figure 2 is a possible electrical circuit (in the FI) of the shaper of the intervals of accumulation; figure 3-4 - time diagrams explaining the operation of this shaper; figure 5-6 is a functional diagram of the shaper service signals (as part of the FI), necessary to perform non-destructive measurements of photo charges, and a timing chart explaining the operation of this shaper; 7-12 are timing diagrams explaining the operation of the claimed solution as a whole; on Fig - light characteristic of the CCD; on Fig is a structural diagram of a unit for measuring charge.

Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов (фиг.1) содержит последовательно расположенные объектив 1 и трехфазную матрицу 2 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции 2-1 накопления, первой секции 2-2 памяти, первого выходного регистра 2-3, первого БПЗН 2-4, разделительного электрода 2-5, второй секции 2-6 памяти, второго выходного регистра 2-7 и второго БПЗН 2-8; в состав заявляемого телевизионного устройства входят первый видеоусилитель 3, второй видеоусилитель 4, блок вычитания 5, первый компаратор 6, второй вход которого является входом порогового напряжения Un1, формирователь 7 сигнала тревоги, синхронизатор 8, первый ПУ 9, второй ПУ 10, третий ПУ 11, четвертый ПУ 12, пятый ПУ 13, ФИ 14, а также последовательно соединенные блок 15 измерения заряда, пиковый детектор 16 и второй компаратор 17, второй вход которого является входом порогового напряжения Un2, причем выход БПЗН 2-4 подключен через видеоусилитель 3 к первому входу блока вычитания 5, а выход БПЗН 2-8 - через видеоусилитель 4 ко второму входу блока вычитания 5, выход которого соединен с компаратором 5, выход которого подключен к формирователю 7 сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы секции 2-1, секции 2-2, секции 2-6, объединенные первые, вторые и третьи управляющие входы выходных регистров 2-3 и 2-7, а также управляющий вход разделительного электрода 2-5 матрицы 2 ПЗС подключены к соответствующим выходам ПУ 9, ПУ 10, ПУ 11, ПУ 12 и ПУ 13 соответственно, причем управляющий вход ПУ 10 соединен с первым выходом синхронизатора 8, второй выход которого подключен к управляющему входу ПУ 12, при этом первый вход ФИ 14 подключен к третьему выходу синхронизатора 8, а второй вход ФИ 14 - к выходу компаратора 17, первый выход ФИ 14 - к управляющему входу ПУ 9, второй выход ФИ - к управляющему входу ПУ 11, третий выход ФИ 14 - к управляющему входу пятого ПУ 13, четвертый выход ФИ 14 - к первому управляющему входу секции 2-1 матрицы 2 ПЗС, второй управляющий вход которой соединен с входом блока 15 измерения заряда, причем пятый выход ФИ 14 подключен к стробирующему входу компаратора 17, шестой выход ФИ 14 - к входу «Сброс» пикового детектора 16, а седьмой выход ФИ 14 - к стробирующему входу компаратора 7.A television device for detecting moving objects (Fig. 1) contains a sequentially located lens 1 and a three-phase CCD matrix 2, consisting of successively connected by charge-coupling sections 2-1 accumulation, the first section 2-2 memory, the first output register 2-3, the first BPZN 2-4, the separation electrode 2-5, the second section 2-6 of the memory, the second output register 2-7 and the second BPZN 2-8; the inventive television device includes a first video amplifier 3, a second video amplifier 4, a subtraction unit 5, a first comparator 6, the second input of which is a threshold voltage input U n1 , an alarm driver 7, a synchronizer 8, a first control panel 9, a second control panel 10, a third control panel 11, the fourth control unit 12, the fifth control unit 13, FI 14, as well as the charge measuring unit 15, the peak detector 16 and the second comparator 17, the second input of which is the input of the threshold voltage U n2 , the output of the voltage regulator 2-4 is connected through a video amplifier 3 to p the first input of the subtraction block 5, and the output of the BPZN 2-8 through the video amplifier 4 to the second input of the subtraction 5, the output of which is connected to the comparator 5, the output of which is connected to the shaper 7 of the alarm signal, while the first, second and third control inputs of section 2 -1, sections 2-2, sections 2-6, the combined first, second and third control inputs of the output registers 2-3 and 2-7, as well as the control input of the separation electrode 2-5 of the CCD matrix 2 are connected to the corresponding outputs of PU 9, PU 10, PU 11, PU 12 and PU 13, respectively, with the control input of PU 10 s is single with the first output of the synchronizer 8, the second output of which is connected to the control input of the control unit 12, while the first input of FI 14 is connected to the third output of synchronizer 8, and the second input of FI 14 to the output of comparator 17, the first output of FI 14 to the control input of PU 9, the second output of the FI - to the control input of the control unit 11, the third output of the FI 14 - to the control input of the fifth control unit 13, the fourth output of the FI 14 - to the first control input of section 2-1 of the CCD matrix 2, the second control input of which is connected to the input of block 15 charge measurement, and the fifth output of FI 14 is connected to the strobe ruyuschemu input of the comparator 17, the sixth output FI 14 - to the input "reset" of the peak detector 16, and the seventh output FI 14 - to the strobe input of the comparator 7.

Матрица 2 ПЗС, как и у прототипа, имеет организацию «кадровый перенос» и содержит на одном кристалле три секции 2-1, 2-2 и 2-6, два выходных регистра 2-3 и 2-7, разделительный электрод 2-5 и два БПЗН 2-4 и 2-8. Отметим, что отечественный прибор А-1131 с каналом n-типа и трехфазным управлением секциями и регистрами, разработанный специально для телевизионных детекторов движения, с целью выделения сигнала межкадровой разности, потенциально обладает необходимой схемотехнической организацией и может считаться технологическим заделом для реализации изобретения. Информация о приборе А-1131 опубликована в работе [3].The CCD matrix 2, like that of the prototype, has the organization of “personnel transfer” and contains three sections 2-1, 2-2 and 2-6 on one chip, two output registers 2-3 and 2-7, a separation electrode 2-5 and two BPS 2-4 and 2-8. Note that the domestic device A-1131 with an n-type channel and three-phase section and register control, designed specifically for television motion detectors, in order to isolate the difference between frames, potentially has the necessary circuit organization and can be considered a technological groundwork for the implementation of the invention. Information about the A-1131 device was published in [3].

Временная диаграмма управления матрицей ПЗС, которая была использована при разработке прибора А-1131, а затем на его базе телевизионного устройства прототипа, изображена на фиг.7 и 8.The timing diagram of the control of the CCD matrix, which was used in the development of the device A-1131, and then on the basis of the prototype television device, is shown in Figs. 7 and 8.

Приведем типовые наименования сигналов, представленных на фиг.7:Here are typical names of the signals presented in Fig.7:

фиг.7а - первая фаза управления секцией 2-1;figa - the first phase of the control section 2-1;

фиг.7б - вторая фаза управления секцией 2-1:figb - the second phase of the control section 2-1:

фиг.7в - третья фаза управления секцией 2-1;figv - the third phase of the control section 2-1;

фиг.7г - первая фаза управления секцией 2-2;Fig.7g - the first phase of the control section 2-2;

фиг.7д - вторая фаза управления секцией 2-2;figd - the second phase of the control section 2-2;

фиг.7е - третья фаза управления секцией 2-2;fige - the third phase of the control section 2-2;

фиг.7ж - управление разделительным электродом 2-5.Fig. 7g - control of the separation electrode 2-5.

Эпюры сигналов, представленных на фиг.8, выполнены в одном временном масштабе с эпюрами на фиг.7, а для удобства пользования диаграммами фиг.8а повторяет фиг.7ж.The diagrams of the signals shown in Fig. 8 are made in the same time scale with the diagrams in Fig. 7, and for the convenience of using the diagrams of Fig. 8a repeats Fig. 7g.

Перечислим обозначения сигналов на фиг.8:List the designations of the signals in Fig. 8:

фиг.8а - управление разделительным электродом 2-5;figa - control of the separation electrode 2-5;

фиг.8б - первая фаза управления секцией 2-6;figb - the first phase of the control section 2-6;

фиг.8в - вторая фаза управления секцией 2-6;figv - the second phase of the control section 2-6;

фиг.8г - третья фаз управления секцией 2-6.Fig.8g - the third phase control section 2-6.

Подробности «импульсного содержания» этих сигналов на временных участках «А» и «Б» в увеличенном масштабе можно увидеть на фиг.11-12.Details of the "pulse content" of these signals in the temporary sections "A" and "B" on an enlarged scale can be seen in Figs. 11-12.

Отметим, что трехфазные сигналы управления выходным регистром 2-3, совпадающие с трехфазными сигналами управления регистром 2-7, ничем не отличаются от аналогичных сигналов управления выходным регистром для известной ранее двухсекционной матрицы ПЗС, а поэтому их эпюры в материалах настоящей заявки не приводятся.Note that the three-phase control signals of the output register 2-3, coinciding with the three-phase control signals of the register 2-7, are no different from the similar control signals of the output register for the previously known two-section CCD matrix, and therefore their diagrams are not given in the materials of this application.

Синхронизатор 8, как и в прототипе, выполняет функции синхрогенератора и формирователя логической последовательности импульсов, необходимых для работы матрицы ПЗС в режиме межкадрового вычитания с периодом 2Тк, в темпе телевизионного стандарта. Очевидно, что все сигналы, изображенные на фиг.7-8, в логических уровнях формируются в синхронизаторе 8.The synchronizer 8, as in the prototype, performs the functions of a clock generator and a shaper of the logical sequence of pulses required for the operation of the CCD matrix in the inter-frame subtraction mode with a period of 2T to , at the pace of the television standard. Obviously, all the signals shown in Fig.7-8, in logical levels are formed in the synchronizer 8.

Формирователь импульсов ФИ 14, используя выходные сигналы синхронизатора 8 в качестве входных управляющих сигналов, обеспечивает необходимое логическое управление матрицей ПЗС в заявляемом устройстве. Временная диаграмма, представленная на фиг.9-10, иллюстрирует заключительное формирование импульсов, выполняемое в ФИ 14.The pulse shaper FI 14, using the output signals of the synchronizer 8 as input control signals, provides the necessary logical control of the CCD in the inventive device. The timing diagram shown in FIGS. 9-10 illustrates the final pulse shaping performed in FIG. 14.

Одинаковое по длительности «длинное» накопление соседних кадров в предлагаемом решении реализуется в формирователе импульсов ФИ 14 при помощи реверсивного счетчика, который осуществляет подсчет числа импульсов, следующих с периодом Тк, как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.The “long” accumulation of adjacent frames of equal duration in the proposed solution is implemented in the FI 14 pulse shaper using a reversible counter that calculates the number of pulses following with a period of T to , both in the summing mode and in the subtraction mode.

Рассмотрим работу возможной электрической схемы формирователя интервалов накопления на примере, представленном на фиг.2. Решение выполнено на микросхемах D1-D7. Отметим, что в RS-триггере (микросхема D6) изменение состояния обусловлено появлением уровня логического 0 на одном из его входов. Временная диаграмма (фиг.3) поясняет работу всей схемы формирователя.Consider the operation of a possible electrical circuit of the shaper of the intervals of accumulation on the example shown in figure 2. The decision was made on D1-D7 microcircuits. Note that in the RS-flip-flop (D6 chip), the state change is caused by the appearance of a logic level of 0 at one of its inputs. The timing diagram (figure 3) explains the operation of the entire circuit of the shaper.

Счетная последовательность импульсов (см. фиг.3в) поступает на С-вход реверсивного счетчика (микросхема D1). Предположим для упрощения, что используется трехразрядный реверсивный счетчик. На диаграммах 3г, 3д и 3е изображены выходы счетчика соответственно для разрядов единиц, двоек и четверок. Под этими эпюрами, в выносках, указаны двоичные числа, соответствующие различным состояниям счетчика. Напомним, что счетчик работает в режиме суммирования, если на входе

Figure 00000001
присутствует высокий логический уровень, и в режиме вычитания, когда на входе
Figure 00000002
установлен низкий логический уровень.The counting sequence of pulses (see figv) is fed to the C-input of the reversible counter (chip D1). Assume for simplicity that a three-digit reversible counter is used. The diagrams 3d, 3d and 3d show the outputs of the counter, respectively, for the bits of units, twos and fours. Under these diagrams, in the leaders, are binary numbers corresponding to different states of the counter. Recall that the counter operates in the summation mode if the input
Figure 00000001
there is a high logic level, and in the subtraction mode, when at the input
Figure 00000002
low logic level set.

Допустим, что в момент t0 второй компаратор 17 телевизионного устройства (см. фиг.1) опрокидывается. Тогда на выходе компаратора 17 появится высокий уровень напряжения (см. фиг.3а), который подается на второй вход ФИ 14, а следовательно, и на управляющий вход схемы формирователя интервалов накопления.Assume that at time t 0 the second comparator 17 of the television device (see figure 1) is overturned. Then, a high voltage level will appear at the output of the comparator 17 (see Fig. 3a), which is fed to the second input of FI 14, and therefore to the control input of the accumulator interval shaper circuit.

Поэтому RS-триггер (D6) устанавливается в состояние 1, на его инверсном выходе устанавливается логический 0, а сигнал на входе

Figure 00000003
переходит с высокого уровня на низкий (см. фиг.2б). В результате счетчик D1 после прихода на С-вход 5-го импульса переходит из состояния «100» в состояние «011», после прихода 6-го импульса - в состояние «010», а после 7-го импульса - в состояние «001». При этом на выходе элемента ИЛИ (D2), который выполняет логическое сложение трех разрядных сигналов счетчика D1, логическая 1 присутствует семь периодов Тк (фиг.2ж). Когда на С-вход счетчика приходит 8-й импульс, он устанавливается в состояние «000» и удерживается в нем за счет прихода логической 1 на R-вход сброса данных с выхода элемента НЕ (D3). Одновременно RS-триггер (D6) переходит в состояние 0, а на его инверсном выходе появляется логическая 1. В результате счетчик D1 подготовлен к работе в режиме суммирования и после прихода 9-го импульса переходит в состояние «001», которое начинает отсчет нового цикла «вперед-назад».Therefore, the RS-flip-flop (D6) is set to state 1, a logic 0 is set at its inverse output, and the signal at the input
Figure 00000003
goes from high to low (see figb). As a result, the counter D1, after the 5th pulse arrives at the C-input, switches from state “100” to the state “011”, after the 6th pulse arrives, it switches to the state “010”, and after the 7th pulse it goes to the state “001” ". At the same time, at the output of the OR element (D2), which performs the logical addition of three bit signals of the counter D1, logical 1 there are seven periods of T to (Fig.2g). When the 8th pulse arrives at the C-input of the counter, it is set to the state “000” and held in it due to the arrival of logical 1 at the R-input of data reset from the output of the element NOT (D3). At the same time, the RS-flip-flop (D6) goes into state 0, and logic 1 appears on its inverse output. As a result, the counter D1 is prepared for operation in the summing mode and after the arrival of the 9th pulse it goes into the state “001”, which starts a new cycle "back and forth".

Очевидно, что импульсный сигнал на выходе рассмотренной схемы (см. фиг.3ж) содержит необходимую информацию о длительности интервалов накопления Тн1 и Тн2. В зависимости же от момента t0 опрокидывания компаратора 17 в заявляемом устройстве отсчет интервалов Тн1 и Тн2 будет занимать большее или соответственно меньшее время.It is obvious that the pulse signal at the output of the considered circuit (see FIG. 3g) contains the necessary information about the duration of the accumulation intervals T n1 and T n2 . Depending on the moment t 0 of the tipping of the comparator 17 in the inventive device, the countdown of the intervals T n1 and T n2 will take a longer or shorter time.

Следует отметить, что возможна ситуация, когда в процессе работы счетчика D1 в режиме суммирования счет импульсов не прерывается, т.к. в зоне контроля отсутствует движение объекта и, следовательно, не происходит регистрация нарушения. Возникающий при этом режим работы схемы формирователя поясняется временными диаграммами на фиг.4.It should be noted that a situation is possible when, during the operation of the counter D1 in the summing mode, the pulse count is not interrupted, because there is no object movement in the control zone and, therefore, no violation is recorded. The resulting mode of operation of the shaper circuit is illustrated by timing diagrams in figure 4.

Итак, компаратор 17 не срабатывает (см. фиг.4а). Тогда по достижении максимального числа, в нашем примере это «111» возникает логический 0 на выходе элемента И-НЕ (D7). В результате RS-триггер (D6) переходит в состояние 1, а на входе

Figure 00000004
счетчика устанавливается уровень 0. Счетчик подготовлен к работе в режиме вычитания, а после прихода 8-го счетного импульса на его выходе устанавливается состояние «110» (см фиг.4г-4е). Счет «назад» завершается состоянием счетчика «000», а затем новый цикл работы отсчетов
Figure 00000005
и
Figure 00000006
(см. фиг.4ж).So, the comparator 17 does not work (see figa). Then, upon reaching the maximum number, in our example “111”, a logical 0 occurs at the output of the AND-NOT element (D7). As a result, the RS-trigger (D6) goes into state 1, and at the input
Figure 00000004
the counter is set to level 0. The counter is prepared for operation in the subtraction mode, and after the arrival of the 8th counting pulse, the state “110” is set at its output (see Figs. 4g-4e). The count "back" ends with the state of the counter "000", and then a new cycle of counting
Figure 00000005
and
Figure 00000006
(see FIG. 4g).

В связи с этим необходимо указать и другое условие проектирования, а именно выбор необходимого объема реверсивного счетчика (максимального числа) определяется пороговой освещенностью на объекте контроля и ожидаемой скоростью движения нарушителя.In this regard, it is necessary to indicate another design condition, namely, the choice of the required volume of the reverse counter (maximum number) is determined by the threshold illumination at the control object and the expected speed of the intruder.

В составе формирователя импульсов ФИ 14 реализуются и служебные сигналы, необходимые для выполнения периодических неразрушающих измерений уровня зарядового рельефа в матрице ПЗС.As part of the FI 14 pulse shaper, the service signals necessary for performing periodic non-destructive measurements of the charge relief level in the CCD matrix are also implemented.

Структурная схема формирователя этих сигналов (см. фиг.5) содержит генератор пилообразного напряжения, коммутатор и элемент И. При этом на первый вход формирователя подаются с периодом Тс строчные гасящие импульсы (см. фиг.6а), а на второй вход - импульсы измерительной строки с периодом Тк, (см. фиг.6в).The block diagram of the shaper of these signals (see Fig. 5) contains a sawtooth voltage generator, a switch, and an element I. In this case, the line damping pulses (see Fig. 6a) are supplied to the first input of the shaper with a period T s (see Fig. 6a), and the pulses are fed to the second input measuring line with a period of T to , (see figv).

В качестве измерительной строки целесообразно выбрать последнюю строку за период Тк. Промежуточные и выходные сигналы формирователя изображены на эпюрах:As a measuring line, it is advisable to choose the last line for the period T to . The intermediate and output signals of the shaper are shown on the diagrams:

фиг.6б - выход генератора пилообразного напряжения;figb - output of the sawtooth voltage generator;

фиг.6г - выход элемента И;Fig.6g - output element And;

фиг.6д - выход коммутатора.Fig.6d - the output of the switch.

Генератор линейного пилообразного напряжения может быть выполнен по схеме генератора на базе двух операционных усилителей (см. например [4, с.257]), а коммутатор - с использованием аналоговых ключей отечественных микросхем серии К590 (см. [5, с.447]).A linear sawtooth voltage generator can be made according to a generator circuit based on two operational amplifiers (see, for example, [4, p. 257]), and a switch using analog keys of domestic K590 series microcircuits (see [5, p. 447]) .

Блок 15 измерения заряда предназначен для выделения информации о распределении заряда по всей поверхности секции 2-1 матрицы ПЗС и содержит (см. фиг.14) последовательно соединенные преобразователь «ток - напряжение» и усилитель напряжения.The charge measurement unit 15 is designed to extract information on the charge distribution over the entire surface of the CCD matrix section 2-1 and contains (see Fig. 14) a current-voltage converter and a voltage amplifier connected in series.

Преобразователь тока в напряжение может быть выполнен на одном операционном усилителе (см. [6, с.57]).The current to voltage converter can be performed on a single operational amplifier (see [6, p. 57]).

Пиковый детектор 16 предназначен для запоминания напряжения, пропорционального максимальному уровню зарядового рельефа, который измеряется блоком 15. Перед началом очередного цикла измерений выполняется обнуление детектора при помощи кратковременного по длительности положительного импульса, подаваемого на вход «Сброс». Блок 16 может быть выполнен на базе двух операционных усилителей (см., например, [6, с.300]).The peak detector 16 is designed to store the voltage proportional to the maximum level of the charge relief, which is measured by block 15. Before the start of the next measurement cycle, the detector is zeroed using a short-term positive pulse supplied to the “Reset” input. Block 16 can be made on the basis of two operational amplifiers (see, for example, [6, p. 300]).

Компаратор 17 предназначен для сравнения по уровню информационного сигнала с выхода пикового детектора 16 и порогового напряжения Un2 со скачкообразным изменением выходного напряжения в случае, когда информационный сигнал больше Un2. Особенностью компаратора 17 является выполнение сравнения только при условии, когда на его стробирующем входе присутствует высокий логический уровень. Это необходимо для исключения ложных срабатываний компаратора.The comparator 17 is designed to compare the level of the information signal from the output of the peak detector 16 and the threshold voltage U n2 with an abrupt change in the output voltage when the information signal is greater than U n2 . A feature of the comparator 17 is the comparison only if a high logic level is present at its gate input. This is necessary to eliminate false alarms of the comparator.

Объектив 1, матрица 2 ПЗС, первый видеоусилитель 3, второй видеоусилитель 4, блок 5 вычитания, формирователь 7 сигнала тревоги и преобразователи уровней ПУ 9-ПУ13 не отличаются по схемотехническому исполнению от соответствующих блоков прототипа.The lens 1, the CCD matrix 2, the first video amplifier 3, the second video amplifier 4, the subtraction unit 5, the alarm driver 7 and the PU 9-PU13 level converters do not differ in circuit design from the corresponding prototype blocks.

Первый компаратор 6, как и в прототипе, сравнивает сигнал межкадровой разницы с выхода блока 5 вычитания с пороговым напряжением Un1. Особенностью компаратора 6 является наличие, как и у компаратора 17, дополнительного управления по входу стробирования.The first comparator 6, as in the prototype, compares the inter-frame difference signal from the output of the subtraction unit 5 with a threshold voltage U n1 . A feature of the comparator 6 is the presence, like the comparator 17, of additional control at the input of the gating.

Воспользуемся для последующего описания работы заявляемого телевизионного устройства для обнаружения подвижных объектов временными диаграммами, представленными на фиг.9-12.We will use for the subsequent description of the operation of the claimed television device for detecting moving objects by the time diagrams presented in Figs. 9-12.

Заявляемое устройство (см. фиг.1) работает следующим образом.The inventive device (see figure 1) works as follows.

Изображение контролируемого пространства проецируется объективом 1 на секцию 2-1 накопления матрицы 2 ПЗС. Процесс накопления фотозарядов в матрице ПЗС в настоящем решении имеет особенности, а поэтому заслуживает подробного рассмотрения.The image of the monitored space is projected by the lens 1 onto the CCD sensor 2 accumulation section 2-1. The process of accumulation of photo charges in the CCD matrix in this solution has features, and therefore deserves detailed consideration.

Для определенности изложения будем считать, что в качестве фотоприемника 2 используется трехфазная матрица ПЗС с каналом n-типа.For the sake of clarity, we assume that as a photodetector 2, a three-phase CCD with an n-type channel is used.

Формирователь импульсов ФИ 14 обеспечивает начало этого процесса после прихода на вход реверсивного счетчика первого счетного импульса. При этом в течение прямого хода кадровой развертки с периодом Тк на первых (см. фиг.9в) и на вторых (см. фиг.9 г) фазовых электродах секции 2-1 накопления действует высокое относительно корпуса и подложки матрицы смещение, обеспечивающее в потенциальных ямах под ними фотогенерацию информационных зарядов. Отметим, что сигнал на первых фазных шинах секции 2-1 является суммой двух составляющих, а именно сигнала с выхода ПУ 9 (см. фиг.9а) и сигнала с выхода ФИ 14 (см. фиг.9б). В это время на третьи фазные шины секции 2-1 (см. фиг.9д) подается низкий потенциал, близкий к потенциалу подожки матрицы ПЗС, что исключает образование под третьими электродами фотомишени потенциальных ям. В интервале последней строки каждого периода Тк потенциал на первых электродах секции 2-1 линейно спадает (см. фиг.9в). В результате в каждом элементе (пикселе) секции 2-1 начинается процесс переноса зарядов из потенциальных ям под первыми фазными шинами в потенциальные ямы под вторыми шинами. Потенциальные ямы под первыми фазовыми электродами монотонно разрушаются, а в цепи второго электрода секции 2-1 возникает ток, который максимален в первый момент, а затем монотонно спадает. Величина тока в этой внешней цепи является суммой токов каждом пикселе секции 2-1. Таким образом, внешний ток содержит полученную «безразверточным» методом информацию о распределении заряда по всей поверхности секции 2-1 матрицы ПЗС.The pulse shaper FI 14 provides the beginning of this process after the arrival of the reverse counter of the first counting pulse. Moreover, during the forward course of the frame scan with a period of T k , the bias that is high relative to the housing and matrix substrate acts in the first (see Fig. 9c) and second (see Fig. 9g) accumulation sections 2-1, which ensures potential wells under them photogeneration of information charges. Note that the signal on the first phase buses of section 2-1 is the sum of two components, namely, the signal from the output of the PU 9 (see Fig. 9a) and the signal from the output of FI 14 (see Fig. 9b). At this time, the low phase potential close to the potential of the CCD array pods is applied to the third phase buses of section 2-1 (see Fig. 9d), which excludes the formation of potential targets under the third electrodes of the photo target. In the interval of the last row of each period T k, the potential at the first electrodes of section 2-1 decreases linearly (see Fig. 9c). As a result, in each element (pixel) of section 2-1, the process of transferring charges from potential wells under the first phase buses to potential wells under the second buses begins. Potential wells under the first phase electrodes are monotonously destroyed, and a current appears in the circuit of the second electrode of section 2-1, which is maximum at the first moment, and then monotonically drops. The amount of current in this external circuit is the sum of the currents of each pixel in section 2-1. Thus, the external current contains information on the charge distribution over the entire surface of section 2-1 of the CCD matrix obtained by the "non-development" method.

Блок 15 выполняет преобразование тока в напряжение, а пиковый детектор 16, который предварительно обнулен импульсом сброса (см. фиг.9ж), запоминает максимальное значение этого напряжения. Поэтому выходное напряжение блока 16 пропорционально текущему уровню зарядового рельефа в секции 2-1 матрицы ПЗС.Block 15 performs the conversion of current into voltage, and peak detector 16, which is previously reset by a reset pulse (see Fig. 9g), remembers the maximum value of this voltage. Therefore, the output voltage of block 16 is proportional to the current level of the charge relief in section 2-1 of the CCD matrix.

Если напряжение с выхода пикового детектора 16 превышает пороговое напряжение Un2 компаратора 17, то последний опрокидывается, а процесс накопления фотозарядов в секции 2-1 для условно первого информационного кадра заканчивается.If the voltage from the output of the peak detector 16 exceeds the threshold voltage U n2 of the comparator 17, then the latter is overturned, and the process of accumulating photo charges in section 2-1 for the conditionally first information frame ends.

Допустим, что величина напряжения с выхода блока 16 соответствует уровню собственных шумов в матрице ПЗС (см. фиг.13) и меньше величины порогового напряжения Un2 компаратора 17. Тогда компаратор 17 сохраняет предыдущее состояние, реверсивный счетчик в ФИ 14 - режим суммирования, а в секции 2-1 матрицы ПЗС процесс накопления продолжается еще, как минимум один период Тк, а во время его последней строки блоком 16 вновь выполняется измерение зарядового рельефа.Assume that the voltage value from the output of block 16 corresponds to the level of intrinsic noise in the CCD matrix (see Fig. 13) and is less than the threshold voltage U n2 of the comparator 17. Then, the comparator 17 saves the previous state, the reverse counter in FI 14 is the summation mode, and in section 2-1 of the CCD matrix, the accumulation process continues for at least one more period T k , and during its last row, block 16 again measures the charge relief.

Если результат измерений с выхода пикового детектора 16 снова меньше Un2, то процесс накопления в секции 2-1 будет продолжаться еще один период Тк, а затем опять выполняется измерение полученного зарядового массива.If the measurement result from the output of the peak detector 16 is again less than U n2 , then the accumulation process in section 2-1 will continue for another period T k , and then the measurement of the resulting charge array will be performed again.

Следует отметить, что возможна ситуация, когда из-за низкой освещенности секции 2-1 матрицы ПЗС, результат измерений зарядового рельефа оказывается меньше Un2 вплоть до момента достижения реверсивным счетчиком состояния максимального числа. В этом случае после «максимальной отметки» реверсивный счетчик переходит в режим вычитания независимо от состояния компаратора 17.It should be noted that a situation is possible where, due to the low illumination of section 2-1 of the CCD matrix, the result of the measurements of the charge relief turns out to be less than U n2 up to the moment the reversible counter reaches the state of the maximum number. In this case, after the "maximum mark", the reverse counter goes into the subtraction mode, regardless of the state of the comparator 17.

Пусть по результатам измерений в четвертом цикле, как показано на фиг.9, информационный сигнал превышает пороговое напряжение Un2. Тогда компаратор 17 опрокидывается, а процесс накопления условно первого кадра заканчивается. Во время обратного хода последующего периода Тк выполняется перенос зарядов 1-го кадра в секции. 2-2. Одновременно с опрокидыванием компаратора 17 выполняется переключение реверсивного счетчика в режим обратного отсчета, а в итоге - накопление в секции 2-1 матрицы ПЗС зарядового рельефа условно 2-го кадра за тот же временной интервал, в течение которого был сформирован 1-й информационный кадр.Let according to the measurement results in the fourth cycle, as shown in Fig.9, the information signal exceeds the threshold voltage U n2 . Then the comparator 17 overturns, and the process of accumulating conditionally the first frame ends. During the return stroke of the subsequent period T k , charges of the 1st frame in the section are transferred. 2-2. Simultaneously with the comparator 17 overturning, the reverse counter is switched to the countdown mode, and as a result, the charge relief relief of the conditionally 2nd frame is accumulated in section 2-1 of the CCD matrix for the same time interval during which the 1st information frame was generated.

Необходимо отметить, во время накопления 2-го кадра на стробирующем входе компаратора 17 (см. фиг.9е) присутствует низкий логический уровень, который устанавливает низкий уровень на выходе компаратора независимо от величины напряжения на информационном входе.It should be noted that during the accumulation of the 2nd frame at the gate input of the comparator 17 (see Fig.9e) there is a low logic level that sets a low level at the output of the comparator regardless of the voltage value at the information input.

После завершения накопления 2-го кадра в секции 2-1 его зарядовый рельеф во время обратного хода последующего периода Тк переносится в секцию 2-2.After the accumulation of the 2nd frame in section 2-1 is completed, its charge relief during the return stroke of the subsequent period T k is transferred to section 2-2.

В течение прямого хода первого (с момента завершения накопления 2-го кадра) периода Тк зарядовые пакеты 1-го кадра переносятся из секции 2-2 через первый регистр 2-3 и разделительный электрод 2-5 в секцию 2-6.During the direct course of the first (from the moment the 2nd frame accumulation is completed) period T to the charge packets of the 1st frame are transferred from section 2-2 through the first register 2-3 and the separation electrode 2-5 to section 2-6.

Управление матрицей ПЗС для осуществления переноса зарядов в секцию 2-6 иллюстрируется временными диаграммами на фиг.10 и ее фрагмента «Б» в увеличенном масштабе - на фиг.12.The control of the CCD matrix for carrying out charge transfer to section 2-6 is illustrated by time diagrams in FIG. 10 and its fragment “B” on an enlarged scale - in FIG. 12.

Приведем наименование (обозначение) каждой из этих эпюр:We give the name (designation) of each of these diagrams:

фиг.10а - управление стробированием для компаратора 6;figa - gating control for the comparator 6;

фиг.10б - управление разделительным электродом 2-5 матрицы ПЗС;figb - control of the separation electrode 2-5 of the CCD;

фиг.10в - первая фаза управления секцией 2-2;figv - the first phase of the control section 2-2;

фиг.10г - вторая фаза управления секцией 2-2;Fig.10g - the second phase of the control section 2-2;

фиг.10дг - третья фаза управления секцией 2-2;Fig.10dg - the third phase of the control section 2-2;

фиг.10е - первая фаза управления секцией 2-6;fig.10e - the first phase of the control section 2-6;

фиг.10ж - вторая фаза управления секцией 2-6;figure 10g - the second phase of the control section 2-6;

фиг.10з - третья фаза управления секцией 2-6.figs - the third phase of the control section 2-6.

Обратим наше внимание на зарядовый рельеф предыдущего 1-го кадра, который был ранее перенесен в секцию 2-6. Он хранится там под вторыми фазными шинами вплоть до окончания переноса зарядового массива 2-го кадра в секцию 2-2. Отметим, что максимальное время хранения зарядов задерживаемого кадра ограничивается величиной плотности темнового тока в ПЗС и для современных приборов без принудительного охлаждения составляет порядка одной секунды (50Тк), что вполне достаточно для практической реализации заявляемого телевизионного устройства.Let us turn our attention to the charge relief of the previous 1st frame, which was previously transferred to section 2-6. It is stored there under the second phase buses until the transfer of the charge array of the 2nd frame to section 2-2 is completed. Note that the maximum storage time of the charges of the delayed frame is limited by the dark current density in the CCD and for modern devices without forced cooling is about one second (50Tk), which is quite enough for the practical implementation of the claimed television device.

Поэлементное считывание зарядовых пакетов 1-го и 2-го кадров выполняется в регистрах 2-7 и 2-3 одновременно в интервале формирования межкадровой разницы (см. фиг.10). В результате видеосигнал 1-го кадра с выхода БПЗН 2-8 и видеосигнал 2-го кадра с выхода БПЗН 2-4 поступают соответственно через видеоусилители 4 и 3 на входы блока 5 вычитания, который вырабатывает видеосигнал межкадровой разности.The element-wise reading of the charge packets of the 1st and 2nd frames is performed in registers 2-7 and 2-3 at the same time in the interval of formation of the inter-frame difference (see Fig. 10). As a result, the video signal of the 1st frame from the output of the OUTPUT 2-8 and the video signal of the 2nd frame from the output of the OUTPUT 2-4 are supplied respectively through video amplifiers 4 and 3 to the inputs of the subtraction unit 5, which generates the video signal of the inter-frame difference.

В случае, когда произошло движение объекта контроля, на выходе блока 4 появится сигнал, отличный от нулевого значения. Если этот сигнал превышает установленное пороговое напряжение Un1 первого компаратора 6, то последний опрокидывается. Для исключения ложных срабатываний этого компаратора на его стробирующем входе высокий уровень присутствует только на время формирования межкадровой разницы (см. фиг.10а).In the case when there was a movement of the control object, a signal other than zero is displayed at the output of block 4. If this signal exceeds the set threshold voltage U n1 of the first comparator 6, then the latter overturns. To eliminate false alarms of this comparator at its gate input, a high level is present only at the time the inter-frame difference is formed (see Fig. 10a).

Далее, как и в прототипе, формирователь 7 сигнала тревоги устанавливается в новое логическое состояние, обеспечивая звуковую и световую регистрацию по факту регистрации подвижного объекта в поле зрения телевизионного устройства.Further, as in the prototype, the alarm driver 7 is set to a new logical state, providing sound and light registration upon registration of a moving object in the field of view of the television device.

В предлагаемом решении время накопления фотоприемника автоматически подстраивается к фоновой освещенности на контролируемом объекте, поэтому отношении сигнал /шум Ψ в видеосигнале задержанного кадра и последующего (прямого) кадра всегда больше единицы. При прочих равных условиях этот результат гарантирует снижение пропусков нарушения и повышение вероятности обнаружения движущегося объекта.In the proposed solution, the accumulation time of the photodetector is automatically adjusted to the background illumination at the controlled object; therefore, the signal-to-noise ratio отношении in the video signal of the delayed frame and the subsequent (direct) frame is always greater than unity. Ceteris paribus, this result guarantees a reduction in omission violations and an increase in the probability of detecting a moving object.

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Евграфов Г.Н. и Скрылев А.С.Телевизионная камера на ФПЗС с кадровой аналоговой памятью. Тезисы докладов IV конференции «Приборы с зарядовой связью и системы на их основе» (Россия, Краснодарский край, г.Геленджик, 27 сентября - 2 октября 1992 г.). - Москва, 1992 г. - 152 с.1. Evgrafov G.N. and Skrylev A.S. Television camera on FPSS with analog frame memory. Abstracts of the IV conference "Charge-coupled devices and systems based on them" (Russia, Krasnodar Territory, Gelendzhik, September 27 - October 2, 1992). - Moscow, 1992 - 152 p.

2. Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации. - М.: Радио и связь, 1991.2. Khromov L.I., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Video informatics. Transfer and computer processing of video information. - M .: Radio and communications, 1991.

3. Скрылев А.С., Старовойтов В.И., Фрост Н.И. Фоточувствительный прибор с зарядовой связью А-1131 // Электронная промышленность. - 1991. - №7. - с.83.3. Skrylev A.S., Starovoitov V.I., Frost N.I. Photosensitive device with charge coupling A-1131 // Electronic industry. - 1991. - No. 7. - p. 83.

4. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. / Перевод с англ. - М.: Мир, 1985.4. Falkenberry L. Application of operational amplifiers and linear ICs. / Translation from English. - M.: Mir, 1985.

5. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др. - М.: Радио и связь, 1990.5. Digital and analog integrated circuits: Reference book / S.V. Yakubovsky, L.I. Nisselson, V.I. Kuleshova and others. - M .: Radio and communications, 1990.

6. Пейтон Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. / Перевод с англ. - М.: Бином, 1994.6. Peyton J., Walsh V. Analog electronics on operational amplifiers. / Translation from English. - M .: Binom, 1994.

Claims (2)

1. Телевизионный способ обнаружения подвижных объектов, заключающийся в том, что световой поток от контролируемой сцены проецируют на мишень матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), последовательно накапливают на мишени матрицы ПЗС информационные заряды телевизионных кадров, переносят накопленные заряды каждого из смежных кадров раздельно в две секции памяти матрицы ПЗС, параллельно переносят из секций памяти матрицы ПЗС хранящиеся там заряды смежных кадров построчно в два горизонтальных выходных регистра фотоприемника, в каждом из двух выходных регистров поэлементно считывают заряды строк смежных кадров с реализацией на каждом из двух выходов матрицы ПЗС для каждого элемента преобразования «заряд - напряжение», из видеосигналов смежных кадров формируют видеосигнал межкадровой разности, выполняют сравнение сигнала межкадровой разности с пороговым напряжением, регистрируя превышение порога сигналом межкадровой разности как событие, эквивалентное обнаружению подвижного объекта в поле зрения фотоприемника, отличающийся тем, что выполняют накопление информационных зарядов соседних кадров в фотоприемнике последовательно в течение временного интервала, превышающего длительность вещательного телевизионного полукадра Тк, а в процессе накопления информационных зарядов первого из соседних кадров осуществляют с периодом Тк в интервале его последней строки, неразрушающее измерение уровня формируемого зарядового рельефа путем выполнения безразверточного преобразования «заряд - напряжение», выполняют детектирование напряжения видеосигнала и сравнение его величины с пороговым напряжением по критерию заранее выбранного отношения сигнал/шум, при этом процесс накопления первого кадра продолжают, когда текущий результат сравнения меньше порога, или завершают, если текущий результат сравнения равен порогу или его превышает.1. The television method for detecting moving objects, which consists in the fact that the light flux from the monitored scene is projected onto the target by a matrix of devices with charge coupling (CCD matrices), sequentially accumulate information charges of television frames on the targets of the CCD matrix, transfer the accumulated charges of each of the adjacent frames separately in two sections of the memory of the CCD array, in parallel, the charges of adjacent frames stored there are transferred from the sections of the memory of the CCD matrix line by line into two horizontal output registers of the photodetector, in each of the two output registers reads the charges of rows of adjacent frames element by element with the implementation of a CCD matrix for each element of the charge-voltage conversion at each of the two outputs, the video signal of the interframe difference is formed from the video signals of adjacent frames, the signal of the interframe difference is compared with a threshold voltage, registering the excess threshold signal of the inter-frame difference as an event equivalent to the detection of a moving object in the field of view of the photodetector, characterized in that they perform the accumulation of inf the charge of adjacent frames in the photodetector sequentially for a time interval exceeding the duration of the broadcast television half-frame T k , and in the process of accumulating information charges of the first of the neighboring frames, with a period T k in the interval of its last row, non-destructive measurement of the level of the formed charge relief by performing a non-destructive charge-voltage transformations, detect the voltage of the video signal and compare its value with the threshold voltage iem Browse preselected signal / noise ratio, the process continues accumulating the first frame, when the current comparison result is less than the threshold, or is completed when the current comparison result is equal to or exceeds the threshold. 2. Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов, содержащее последовательно расположенные объектив и трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, первой секции памяти, первого выходного регистра, первого БПЗН, разделительного электрода, второй секции памяти и второго БПЗН, причем выход первого БПЗН матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второго БПЗН через второй видеоусилитель - ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с первым компаратором, второй вход которого является входом порогового напряжения, а выход подключен к формирователю сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи управляющие входы секции накопления, первой секции памяти, второй секции памяти, объединенные первые, вторые и третьи управляющие входы первого и второго выходных регистров, а также управляющий вход разделительного электрода матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого ПУ, второго ПУ, третьего ПУ, четвертого ПУ и пятого ПУ соответственно, причем управляющий вход второго ПУ соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к управляющему входу четвертого ПУ, отличающееся тем, что в него введены формирователь импульсов (ФИ) и последовательно соединенные блок измерения заряда, пиковый детектор и второй компаратор, второй вход которого является входом порогового напряжения, при этом первый вход ФИ подключен к третьему выходу синхронизатора, а второй вход ФИ - к выходу второго компаратора, первый выход ФИ - к управляющему входу первого ПУ, второй выход ФИ - к управляющему входу третьего ПУ, третий выход ФИ - к управляющему входу пятого ПУ, четвертый выход ФИ - к первому управляющему входу секции накопления матрицы ПЗС, второй управляющий вход которой соединен с входом блока измерения заряда, причем пятый выход ФИ подключен к стробирующему входу второго компаратора, шестой выход ФИ - к входу «Сброс» пикового детектора, а седьмой выход ФИ - к стробирующему входу первого компаратора. 2. A television device for detecting moving objects, comprising a sequentially located lens and a three-phase CCD matrix, consisting of a series of charge-coupled accumulation sections, a first memory section, a first output register, a first SPS, a separation electrode, a second memory section and a second SPS, the output the first SPS of the CCD matrix is connected through the first video amplifier to the first input of the subtraction block, and the output of the second SPS through the second video amplifier to the second input of the subtraction block One of which is connected to the first comparator, the second input of which is a threshold voltage input, and the output is connected to the alarm driver, while the first, second and third control inputs of the accumulation section, the first memory section, the second memory section, the combined first, second and third control the inputs of the first and second output registers, as well as the control input of the separation electrode of the CCD matrix, are connected to the corresponding outputs of the first control panel, second control panel, third control panel, fourth control panel and fifth control panel, respectively, p whereby the control input of the second control unit is connected to the first output of the synchronizer, the second output of which is connected to the control input of the fourth control unit, characterized in that a pulse shaper (FI) and series-connected charge measuring unit, a peak detector and a second comparator, the second input of which is threshold voltage input, while the first FI input is connected to the third synchronizer output, and the second FI input is to the output of the second comparator, the first FI output is to the control input of the first control unit, the second FI output is to the control input of the third PU, the third output of the FI to the control input of the fifth PU, the fourth output of the FI to the first control input of the accumulation section of the CCD matrix, the second control input of which is connected to the input of the charge measurement unit, the fifth output of the FI connected to the gate input of the second comparator , the sixth FI output is to the “Reset” input of the peak detector, and the seventh FI output is to the gate input of the first comparator.
RU2011117803/07A 2011-05-03 2011-05-03 Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method RU2451419C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117803/07A RU2451419C1 (en) 2011-05-03 2011-05-03 Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117803/07A RU2451419C1 (en) 2011-05-03 2011-05-03 Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451419C1 true RU2451419C1 (en) 2012-05-20

Family

ID=46230906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011117803/07A RU2451419C1 (en) 2011-05-03 2011-05-03 Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451419C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644526C1 (en) * 2017-05-19 2018-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "ОТ-КОНТАКТ" Method and system of measurement of interframe time intervals of video recording

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072747C1 (en) * 1994-02-14 1997-01-27 Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" TELEVISION DEVICE FOR DETECTING MOBILE OBJECTS
US5990471A (en) * 1997-02-17 1999-11-23 Sharp Kabushiki Kaisha Motion detection solid-state imaging device
RU2235443C2 (en) * 2001-08-16 2004-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" Television camera built around ccd matrix
US20060197866A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Image taking apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2072747C1 (en) * 1994-02-14 1997-01-27 Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" TELEVISION DEVICE FOR DETECTING MOBILE OBJECTS
US5990471A (en) * 1997-02-17 1999-11-23 Sharp Kabushiki Kaisha Motion detection solid-state imaging device
RU2235443C2 (en) * 2001-08-16 2004-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт промышленного телевидения "Растр" Television camera built around ccd matrix
US20060197866A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Image taking apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644526C1 (en) * 2017-05-19 2018-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "ОТ-КОНТАКТ" Method and system of measurement of interframe time intervals of video recording

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108391066B (en) Integrated circuit image sensor and method of operation therein
US6452633B1 (en) Exposure control in electronic cameras by detecting overflow from active pixels
KR101709984B1 (en) Motion detection solid-state image pickup device and motion detection system
CN101959009B (en) Image processing apparatus
KR20190029615A (en) Image pickup apparatus and control method of image pickup apparatus
KR20090023549A (en) Mixed analog and digital pixel for high dynamic range readout
US10033956B2 (en) Image sensor
CN101385329B (en) Analog-to-digital converter using a ramped transfer gate clock
US7728272B2 (en) Method for operating of a photoelectric sensor array having exposure interruption time periods
EP3103256A1 (en) Image capturing apparatus and method of controlling the same
US7663086B2 (en) Obtaining digital image of a scene with an imager moving relative to the scene
TW448683B (en) Multiple storage node active pixel sensors
US9134431B2 (en) Radiation detector
US9681083B2 (en) Method and system to detect a light-emitting diode
JP2011151797A (en) Imaging element, semiconductor device, method for imaging, and imaging device
EP2461495B1 (en) Blinking-signal detecting device
RU2451419C1 (en) Television method for detecting mobile objects and apparatus for realising said method
CN110178366B (en) Image pickup apparatus and image pickup apparatus control method
JPWO2019186838A1 (en) Solid-state image sensor, solid-state image sensor, solid-state image sensor, solid-state image sensor drive method
US7397503B2 (en) Systems and methods for reducing artifacts caused by illuminant flicker
WO2007086576A1 (en) Solid state imaging device
JP3899860B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and motion detection device
CN110913153A (en) Image sensor, electronic device, and optical pulse signal detection method
RU2459376C1 (en) Television device to detect mobile objects
JP2005114667A (en) Signal detection method and device