RU2541101C1 - Устройство оцифровывания изображения кадра - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам оцифровки изображения кадра. Техническим результатом является снижение поперечных размеров элементов матрицы в приемнике изображения, позволяющее уменьшить размеры формата кадра или увеличить разрешение приемника изображения. Технический результат достигается за счет выполнения каждого элемента матрицы в приемнике изображения из одного преобразователя “яркость излучения цветов R, G, B - коды”, выполняющего параллельное синхронное преобразование излучений трех цветов аналоговых видеосигналов R, G, B в три кода. Устройство оцифровки изображения кадра включает объектив, приемник изображения, содержащий матрицу элементов, три блока ключей, три блока регистров и генератор управляющих сигналов, причем в каждый блок ключей введены шифраторы по числу преобразователей. 6 ил., 1 табл.

Description

Изображение относится к технологии оцифровывания изображения кадра, может быть использовано для получения цифровых изображений в цифровых видеокамерах и фотоаппаратах.

Прототипом является устройство оцифровывания изображений [1], содержащее матричный приемник изображения с разрешением кадра 10⁶ /1000 строк × 1000 отсчетов в строке/, расположенный в фокальной плоскости объектива, три группы выходов которого подключены к входам соответственно трех блоков ключей, выходы которых подключены к входам соответствующих трех блоков регистров, и генератор управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы частоты кадров, со второго выхода импульсы частоты дискретизации кодов, с третьего выхода импульсы кадров с периодом длительности кадра на управляющие входы ключей в блоках регистров, выходы которых являются выходами устройства. Процесс оцифровывания кадра заканчивается с окончанием длительности кадра 40 мс. Недостатком прототипа является исполнение каждого элемента матрицы из трех преобразователей “яркость излучения - код”, каждый из которых преобразует излучение одного цвета из трех R, G, B в код, три преобразователя составляют большие размеры каждого элемента в матрице и ограничивают разрешение матричного приемника изображения.

Цель изобретения - снизить размеры элементов матрицы, что позволит уменьшить и размеры формата кадра приемника изображения и получить условия для повышения разрешения при оцифровывании кадра.

Техническим результатом является снижение поперечных размеров элементов матрицы в приемнике изображения, позволяющее уменьшить размеры формата кадра или увеличить разрешение приемника изображения выполнением каждого элемента матрицы из одного преобразователя “яркость излучения трех цветов R, G, B - коды”, выполняющего синхронное параллельное преобразование излучений трех цветов аналоговых видеосигналов R, G, B в три кода.

Сущность заявляемого устройства, включающего объектив и матрицу элементов в приемнике изображения, три блока ключей, генератор управляющих сигналов и три блока регистров, заключается в исполнении каждого элемента матрицы из одного преобразователя трех цветов R, G, B в три кода и введении в каждый блок ключей шифраторов по числу преобразователей.

Устройство 1 оцифровывания изображения кадра - на фиг.1, преобразователь “яркость излучения трех цветов R, G, B - коды” - на фиг.2; 3, 4, микроблок фотоприемников - на фиг.5, блок регистров - на фиг.6. Устройство 1 оцифровывания изображения кадра /фиг.1/ включает объектив 2, в фокальной плоскости которого расположена приемная сторона приемника 3 изображения, содержащий матрицу из 10 элементов, выполняющих разрешение кадра 10⁶ /1000 строк × 1000 отсчетов в строке/. Три группы выходов сигналов цветов R, G, B каждая с первого по 8×10⁶ с элементов матрицы подключены к 8×10⁶ входам соответствующих блоков 4, 5, 6 ключей /фиг.1/, выходы которых с первого по 4×10⁶ подключены к входам соответственно 4×10⁶ в блоках 7, 8, 9 регистров. Устройство 1 включает генератор 10 управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы кадров U_к частотой 25 Гц, подключенный к управляющим входам блоков 4, 5, 6 ключей и к управляющим входам преобразователей в элементах матрицы, со второго выхода импульсы частотой 25 МГц дискретизации U_д кодов, подключенный параллельно к вторым управляющим входам блоков 7, 8, 9 регистров, с третьего выхода - импульсы частоты 25 Гц U_к с периодом длительности кадра 40 мс $$/\frac{1\text{ с}}{\text{25 Гц}}/$$

, подключенный параллельно к первым управляющим входам U_от блоков 7, 8, 9 регистров, выходы которых являются первым-третьим выходами устройства 1 оцифровывания изображения кадра. Каждый элемент матрицы является одним преобразователем “яркости излучения цветов R, G, B - коды” и содержит /фиг.2, 3, 4/ непрозрачный корпус 11 формой прямоугольного параллелепипеда из изоляционного материала, в входном окне которого размещен один непрозрачный микросветофильтр 12, выполняющий роль входной двери, прикрепленный к первому /свободному/ концу микропьезоэлемента 13, в отсутствие управляющего импульса с блока 10 /выход 1/ входное окно корпуса 11 закрыто непрозрачным микросветофильтром 12, второй конец микропьезоэлемента 13 жестко закреплен в корпусе 11 и подключен через диод к первому выходу генератора 10. Управляющий импульс имеет длительность 0,1 мс частотой 25 Гц с амплитудой, достаточной для срабатывания микропьезоэлемента 13 на изгиб /деформация изгиба/ [2, с.26], и открывает проход излучению цветов от объектов съемки на микролинзу 15, которая закреплена в перегородке 14. За микролинзой 15, выполняющей роль объектива, по ее оптической оси и под углом 45° к ней последовательно на соответствующем расстоянии друг за другом расположены и жестко закреплены по числу разрядов в коде восемь полупрозрачных микрозеркал 16_1-8. Каждое впереди расположенное микрозеркало 16 пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза, что соответствует принципу двоичного кода, для чего каждое микрозеркало 16 имеет светоделительное покрытие, выполняющее отношение отраженного излучения к пропущенному как 1:0,5 [3, c.223]. На стороне корпуса 11 преобразователя, к которой повернуты микрозеркала 16, размещены восемь идентичных микроблоков 17_1-8 фотоприемников /фиг.5/, в каждом из которых содержатся три соответствующих 21_1-3, выполненные в миниатюрном варианте, первый фотоприемник 21₁ на приемной стороне имеет красный R микросветофильтр, второй 21₂ имеет на приемной стороне зеленый G микросветофильтр, третий 21₃ имеет синий B микросветофильтр. Из отраженного от микрозеркала 16 потока излучения фотоприемник 21₁ выдает на выходе электрический импульс R, второй фотоприемник 21₂ выдает на выходе при облучении электрический импульс, соответствующий цвету G, третий фотоприемник 21₃ выдает на выходе при облучении электрический импульс, соответствующий цвету B. Преобразователи обслуживаются соответственно трех цветов тремя функциональными частями [4, c.5], расположенными соответственно в блоках ключей 4, 5, 6, каждая функциональная часть, в свою очередь, в блоках ключей состоит из функциональных групп, каждая из которых обслуживает один свой преобразователь “яркость излучения цветов R, G, B - коды”, функциональных групп в блоке ключей по числу элементов /преобразователей/ в матрице приемника 3 изображения. Функциональные группы выполнены идентично /фиг.2, 3, 4/, каждая содержит по числу разрядов в коде по восемь импульсных усилителей 18_1-8, вход каждого из которых подключен к одному выходу из трех выходов R, G, B в микроблоке 17 фотоприемников /фиг.5/, содержит девять ключей 19_1-9 и один шифратор 20, первый-четвертый выходы которого являются выходами функциональной группы, а вместе выходы всех функциональных групп представляют выходы функциональной части, т.е. выходы блоков 4, 5, 6 ключей, каждый из которых составляет с первого по 4×10⁶ выходов.

Преобразование яркости излучения цветов R, G, B в коды.

В отсутствии управляющего импульса с первого выхода блока 10 микропьезоэлементы 13 в ненапряженном состоянии, непрозрачный микросветофильтр 12 закрывает входное окно корпуса 11. С приходом управляющего импульса U_к с первого выхода блока 10 /фиг.1/ микросветофильтр 12 при изгибе микропьезоэлемента 13 открывает на 0,1 мс входное окно и поток излучения от объектива 2 /фиг.1/ поступает на микролинзу 15, которая формирует поток облучения, поступающий на полупрозрачные микрозеркала 16. Отраженные излучения поступают на микросветофильтры R, G, B фотоприемников в микроблоке 17 /фиг.5/. С каждого микроблока 17 при наличии в отраженном излучении цветов R, G, B срабатывают фотоприемники 21_1-3 /фиг.5/, и с выходов каждого блока 17 следуют импульсы сигналов R, G, B, которые поступают на входы соответствующих импульсных усилителей 18 в блоках 4, 5, 6 /фиг.2, 3, 4/, в которых сигналы с фотоприемников 21 формируются по амплитуде, длительности и форме. С выходов импульсных усилителей 18 импульсы длительностью 0,01 мс. С блока 18₈ импульс поступает параллельно на первые входы U_от ключей 19₈ и 19₉ и открывает их, с выхода блока 18₇ импульс закрывает U_з ключ 19₈ и открывает ключ 19₇, далее такой процесс закрытия предыдущего ключа 19₇ и открытия последующего ключа 19₆ повторяется со скоростью распространения света по полупрозрачным микрозеркалам 16. При ослаблении облучения последующего полупрозрачного зеркала 16 до несрабатывания фотоприемников 21 на входы импульсных усилителей 18 с фотоприемников блока 17 сигналы поступать не будут, и соответственно нет импульсов на входы последующих ключей 19. Для примера принимаем что последним сработали фотоприемники блока 17₄, в результате последними сработал усилитель 18₄, который выходным сигналом U_з закрыл ключ 19₄ и открыл ключ 19₄. К этому моменту ключи 19₈-19₅ все закрыты, а ключи 19_3-1 еще не открыты. Ключ же 19₉ открыт импульсом с усилителя 18₈ и находится в открытом состоянии, пока не придет в него импульс 25 Гц с блока 10. В результате на момент прихода с выхода ключа 19₉ сигнала U_выд ключи 19_9-5 закрыты, а ключи 19_3-1 еще не открыты, в открытом состоянии только один ключ 19₄, поэтому сигнал U_выд с ключа 19₉ проходит один открытый ключ 19₄, и он же один поступает на свой четвертый вход шифратора 20, который шифрует импульс, пришедший на четвертый вход блока 20, двоичным кодом 0100, и с выхода шифратора следует двоичным код 0100 в блок регистров.

Комбинации [5, с.207] четырехразрядных кодов после повторного кодирования в таблице 1.

Таблица 1
Коды с выходов ключей 191-8	Коды с выходов шифратора 20
00000001	0001	/1/
00000010	0010	/2/
00000100	0011	/3/
00001000	0100	/4/
00010000	0101	/5/
00100000	0110	/6/
01000000	0111	/7/
10000000	1000	/8/

Коды с блоков 4, 5, 6 /фиг.1/ ключей в параллельном виде поступают в блоки 7, 8, 9 регистров. Старшему разряду в коде соответствует полупрозрачное микрозеркало 16₈ и ключ 19₁. Четырехразрядные коды с выходов ключей блоков 4, 5, 6 поступают в параллельном виде в блоки 7, 8, 9 регистров /фиг.1/, которые выполнены идентично /фиг.6/, каждый содержит четырехразрядный регистры 24 по числу разрешения матрицы 10⁶ и последовательно соединенные ключ 22 и распределитель 23 импульсов. Информационными входами блока 7 /8, 9/ регистров являются первый-четвертый параллельные входы всех регистров 24, входов 4×10⁶, выходами являются поразрядно объединенные первый-четвертый выходы всех регистров 24. Первым управляющим входом является управляющий вход U_от ключа 22, подключенный к третьему выходу блока 10, вторым управляющим входом U_д является сигнальный вход ключа 22, подключенный к второму выходу блока 10. Ключ 22 открывается передним фронтом импульса 25 Гц на длительность кадра 40 мс, закрывается задним фронтом импульса. При открытом ключе 22 на вход распределителя 23 импульсов поступают импульсы U_д 25 МГц, сигналы с выходов блока 23 являются сигналами U_выд кодов последовательно из регистров 24 с первого по 10⁶ на воспроизведение видеокадра или на запись его на соответствующий носитель.

Работа устройства оцифровывания кадра.

Объектив 2 проецирует изображение кадра на входы элементов матрицы приемника 3 изображения. Преобразователи “яркость излучения цветов R, G, B - коды” выдают в параллельном виде 8-и разрядные коды с одним сигналом в одном из восьми разрядов кода в блоки 4-6 ключей, в которых выполняется повторное кодирование, и с выходов блоков 4, 5, 6 следуют четырехразрядные коды кадра, поступающие в блоки 7-9 регистров. Оцифровывание кадра выполняется за один период кадра. Повторное кодирование позволяет уменьшить число соединений от блоков 4-6 к блокам 7-9 в два раза и в блоках регистров 7-9 использовать не восьмиразрядные регистры, а четырехразрядные, и при регистрации цифровой видеоинформации на носитель потребуется в два раза меньше места. При воспроизведении четырехразрядные коды должны быть переведены дешифраторами в обратном порядке в восьмиразрядные коды [5, с.202]. Преобразование одним преобразователем “яркость излучения цветов R, G, В - коды” трех аналоговых цветов R, G, В в три кода одновременно и параллельно позволяет сократить в три раза число элементов в матрице против прототипа или повысить разрешение кадра.

Использованные источники

1. Патент РФ №2452026 C1, кл. C06T 9/00, бюл.15 от 27.05.12 г.

2. А.Ф. Плонский, В.И. Теаро. Пьезоэлектроника. - М.: “Знание”,, 1979, с.26, 21-я строка сверху.

3. Б.Н. Бегунов. Н.П. Заказнов. Теория оптических систем. - М., 1973, с.223.

4. В.В. Фролов. Язык радиосхем. Изд-е 2-е. - М.: “Радио и связь”, 1989, с.5.

5. В.Н. Тутевич. Телемеханика. 2-е изд. - М., 1985, с.207 рис.8.5, с.202, рис.8.1.

Claims (1)

1. Устройство оцифровывания изображения кадра, включающее объектив и приемник изображения, расположенный в фокальной плоскости объектива и содержащий матрицу элементов по числу разрешения кадра, первый - третий блоки ключей, первый - третий блоки регистров и генератор управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы частоты кадров, подключенный параллельно к управляющим входам первого - третьего блоков ключей, со второго выхода - импульсы дискретизации кодов, подключенный параллельно ко вторым управляющим входам первого - третьего блоков регистров, с третьего выхода выдающий импульсы длительностью периода кадра, подключенный параллельно к первым управляющим входам первого - третьего блоков регистров, первая группа выходов с приемника изображения сигналов цвета R подключена к соответствующим входам первого блока ключей, вторая группа выходов с приемника изображения сигналов цвета G подключена к соответствующим входам второго блока ключей, третья группа выходов с приемника изображения сигналов цвета B подключена к соответствующим входам третьего блока ключей, выходы первого, второго и третьего блоков ключей подключены соответственно к соответствующим входам первого, второго и третьего блоков регистров, выполненные идентично, каждый включает из соответствующего числа разрядов по числу разрешения матрицы 10⁶, и последовательно соединенные ключ и распределитель импульсов, выходы которого с первого по 10⁶ последовательно подключены к управляющим входам U_выд каждого регистра, входы разрядов регистров являются параллельными информационными входами блока регистра, подключенные к соответствующим выходам своего блока ключей, выходы одноименных разрядов регистров в каждом блоке регистров поразрядно объединены и являются выходами блока регистров, а выходы первого - третьего блоков регистров являются первым - третьим выходами устройства оцифровывания изображения кадра, отличающееся тем, что каждый элемент матрицы является преобразователем “яркость излучения трех цветов R, G, B - коды” и содержит непрозрачный корпус формой прямоугольного параллелепипеда из изоляционного материала, во входном окне которого размещен непрозрачный микросветофильтр, выполняющий роль входной двери, прикрепленный к свободному /первому/ концу микропьезоэлемента, второй конец которого жестко закреплен в корпусе преобразователя и через диод подключен к первому выходу генератора управляющих сигналов, после непрозрачного микросветофильтра в перегородке закреплен микрообьектив, за которым по его оптической оси и под утлом 45° к ней последовательно на соответствующем расстоянии друг за другом расположены и жестко закреплены по числу разрядов в коде восемь полупрозрачных микрозеркал, каждое впереди расположенное микрозеркало пропускает на следующее за ним поток излучения, ослабленный в два раза соответственно принципа двоичного кода, каждое полупрозрачное микрозеркало имеет светоделительное покрытие, выполняющее отношение отраженного излучения к пропущенному как 1:0,5, на стороне корпуса преобразователя, к которой повернуты микрозеркала, расположены по числу полупрозрачных микрозеркал микроблоки фотоприемников, входное окно каждого микроблока отъюстировано для входа в него излучения, отраженного от микрозеркала, и жестко закреплено, микроблоки фотоприемников выполнены идентично, каждый в непрозрачном корпусе, исключая входное окно, содержит три миниатюрных и равных по размерам фотоприемника, приемная сторона первого фотоприемника светочувствительна к облучению красным цветом R и на входе его приемной части красный светофильтр R, приемная сторона второго фотоприемника светочувствительна к облучению зеленые цветом G и на входе приемной стороны зеленый светофильтр G, приемная часть третьего фотоприемника светочувствительна к облучению синим цветом и на входе приемной стороны синий B светофильтр, микроблок фотоприемников соответственно сигналов R, G, B имеет три выхода, а каждый преобразователь “яркость излучения трех цветов R, G, B - коды” по числу микроблоков фотоприемников имеет восемь выходов сигналов R, восемь выходов сигналов G и восемь выходов сигналов B, всего 24 выхода, к входам первого блока ключей с матрицы элементов подключены все выходы сигналов цвета R, к входам второго блока ключей с матрицы подключены все выходы сигналов цвета G, к входам третьего блока ключей с элементов матрицы подключены все выходы сигналов B, первый - третий блоки ключей выполнены идентично, каждый блок ключей является функциональной частью и содержит в себе функциональные группы по числу элементов в матрице приемника изображения, функциональные группы выполнены идентично, каждая включает по числу разрядов восемь импульсных усилителей, девять ключей и шифратор, первый - четвертый выходы которого являются выходами функциональной группы, первым - восьмым информационными входами которой являются первый - восьмой входы импульсных усилителей, вход каждого из которых подключен к соответствующему одному из трех выходов R, G, B в микроблоке фотоприемников, а в функциональной группе выход каждого с первого по седьмой импульсного усилителя подключен параллельно к первому управляющему U_от входу своего по нумерации ключа и ко второму управляющему U_з входу следующего по нумерации ключа, выход восьмого импульсного усилителя по нумерации подключен параллельно к первым управляющим входам U_от восьмого и девятого ключей, сигнальный вход девятого ключа является управляющим входом функциональной группы и подключен к первому выходу U_к /25 Гц/ генератора управляющих сигналов, выход девятого ключа подключен параллельно к сигнальным входам первого - восьмого ключей своей функциональной группы и к своему второму управляющему U_з входу, выходы первого - восьмого ключей функциональной группы подключены соответственно к первому - восьмому входам шифратора, выход первого по нумерации /старший разряд/ ключа подключен параллельно к первому входу шифратора и к своему второму управляющему U_з входу, первый - четвертый выходы шифратора являются первым - четвертым выходами каждой функциональной группы и подключены соответственно к первому - четвертому входам своего блока регистров, в блоках регистров все регистры четырехразрядные, выходы одноименных разрядов в регистрах объединены, являются первым - четвертым выходами каждого блока регистров, а выходы первого - третьего блоков регистров являются выходами устройства оцифровывания изображения кадра.

Images