RU2665696C1

RU2665696C1 - Method for forming sensitivity control signal of television sensor manufactured by ccd technology

Info

Publication number: RU2665696C1
Application number: RU2017140367A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-09-04

Abstract

FIELD: television technology.SUBSTANCE: invention relates to television technology and is oriented to use in television cameras, made on the basis of "ring" television sensors based on the technology of charge-coupled devices (CCDs), in which electronic sensitivity control is provided due to changes in the intraframe accumulation time. Perform parallel and non-destructive measurement of the level of the charge relief of its accumulation (target) section by converting the current signal in the circuit of the first phase electrode of the target into a voltage, simultaneously with the generation of this signal, periodically, immediately during the charge accumulation time of each frame, monotonically changing the depletion voltage of the second phase target electrode from zero to twice the accumulation potential value, and after converting the voltage of the current signal from it, the monotonically varying depletion voltage of the second target phase electrode is subtracted from the corresponding weighting factor, and the resulting difference signal is differentiated and inverted. In this case, high-speed sensitivity control is performed on the original leading signal in the CCD matrix of the "ring" photodetector, performed on the crystal in the form of a circular ring, and has a circuit arrangement "ring frame transfer", and consists of the connected in series by the charge communication "ring" target, the "ring" section of the memory and the "ring" shift register, terminated by the charge-voltage transformation unit (CVTU) with the organization "floating diffusion".EFFECT: technical result is an increase in the adaptation rate of the automatic accumulation time adjustment (ACTA) in the "ring" photodetector on the CCD in the rapidly changing illumination of the observed scene.3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе «кольцевых» телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), в которых обеспечена электронная регулировка чувствительности за счет изменения внутрикадрового времени накопления.The invention relates to television technology and is focused on the use in television cameras made on the basis of "ring" television sensors according to the technology of charge-coupled devices (CCD), which provide electronic sensitivity adjustment by changing the intraframe accumulation time.

Известен «кольцевой» ПЗС-фотоприемник [1], который выполнен на кристалле в виде кругового кольца и состоит из связанных последовательно зарядовой связью «кольцевой» мишени, «кольцевой» секции памяти и «кольцевого» регистра сдвига, заканчивающегося блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), при этом на всей площади мишени «кольцевого» фотоприемника в радиальных направлениях (от воображаемого геометрического центра кольца к его внешней периферии) расположены линейки светочувствительных элементов, а экранированная от света секция памяти заполнена в тех же радиальных направлениях линейками с таким же числом элементов, что и на мишени, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига.The known "ring" CCD photodetector [1], which is made on a chip in the form of a circular ring and consists of a “ring” target, a “ring” memory section and a “ring” shift register connected in series by charge communication, ending with a charge – voltage conversion unit ”(BPS), while on the entire target area of the“ ring ”photodetector in radial directions (from the imaginary geometric center of the ring to its outer periphery) there are lines of photosensitive elements, and a section shielded from light I memory is filled in the same radial directions rulers with the same number of elements as in the target, the number of elements in each "ring" of the target row and each "ring" line of the memory section is the number of elements in the "annular" shift register.

Сенсор обеспечивает «кольцевой» растр телевизионного изображения, а реализуемая в нем развертка может быть охарактеризована как «кольцевая» развертка видеосигнала по методу «кольцевой кадровый перенос».The sensor provides a “ring” raster of a television image, and the scan implemented in it can be characterized as a “ring” scan of a video signal using the “ring frame transfer” method.

Для формирования сигнала изображения в этом фотоприемнике и управления его чувствительностью по методу автоматической регулировки времени накопления (АРВН) принципиально может быть применен комплект гибридно-пленочных микросхем или комплект больших интегральных схем (см., например, [2, с. 189-219]), который используется для организации «прямоугольной» развертки в матрицах ПЗС кадрового переноса того же информационного формата.To form an image signal in this photodetector and control its sensitivity by the method of automatic adjustment of accumulation time (ARVN), a set of hybrid-film microcircuits or a set of large integrated circuits can be used in principle (see, for example, [2, pp. 189-219]) , which is used to organize a “rectangular” scan in the CCD matrices of personnel transfer of the same information format.

Недостатком реализованной в [3, 4] организации устройства АРВН в «кольцевом» фотоприемнике является пониженная скорость адаптации телевизионного сенсора в условиях быстро изменяющейся освещенности наблюдаемой сцены.The disadvantage of the organization of the ARVN device in the “ring” photodetector implemented in [3, 4] is the reduced adaptation rate of the television sensor in the conditions of rapidly changing illumination of the observed scene.

Это объясняется тем, что чувствительность сенсора здесь, как и в матрице ПЗС, регулируется по информации, заключенной в обычном электрическом сигнале изображения, которая является запаздывающей по отношению к процессу формирования текущего телевизионного кадра. По этой причине возникает существенная задержка для каждого (i-го) элемента в каждой (j-ой) строке видеосигнала, которая складывается из времени накопления, времени считывания и времени принятия решения (вычисления) в камерном процессоре [5, с. 97].This is because the sensitivity of the sensor here, as in the CCD, is controlled by the information contained in the usual electrical image signal, which is delayed in relation to the process of forming the current television frame. For this reason, there is a significant delay for each (i-th) element in each (j-th) line of the video signal, which is the sum of the accumulation time, read time and decision time (calculation) in the camera processor [5, p. 97].

Важно отметить, что эта оценка одинаково справедлива, как для «кольцевых», так и для «прямоугольных» (матричных) сенсоров, выполненных по технологии ПЗС. Она может быть распространена на все три известные схемотехнические организации телевизионных фотоприемников: «кадровый перенос», «строчный перенос» и «строчно-кадровый перенос».It is important to note that this estimate is equally valid for both “ring” and “rectangular” (matrix) sensors made using CCD technology. It can be extended to all three well-known circuitry organizations of television photodetectors: “frame transfer”, “line transfer” and “line-frame transfer”.

С другой стороны, известен способ формирования сигнала управления чувствительностью матричного сенсора на ПЗС [6], в котором решена задача повышения его скорости адаптации в условиях быстро изменяющейся освещенности сцены путем неразрушающего информационный заряд считывания сигнала.On the other hand, there is a known method for generating a control signal for the sensitivity of a matrix sensor on a CCD [6], in which the problem of increasing its adaptation speed in the conditions of rapidly changing scene illumination by non-destructive signal readout information charge is solved.

Согласно этому способу выполнение неразрушающего измерения уровня зарядового рельефа осуществляется в секции накопления (мишени) матрицы ПЗС параллельно, путем преобразования в напряжение токового сигнала в цепи первого фазного электрода мишени, причем одновременно с формированием этого сигнала периодически, непосредственно в течение времени накопления заряда каждого кадра, монотонно изменяют напряжение обеднения второго фазного электрода мишени от нулевого до удвоенного значения потенциала накопления, а после преобразования в напряжение токового сигнала из него вычитают с соответствующим весовым коэффициентом монотонно изменяющееся напряжение обеднения второго фазного электрода мишени, при этом полученный разностный сигнал дифференцируют и инвертируют,According to this method, non-destructive measurement of the level of the charge relief is performed in the accumulation section (target) of the CCD matrix in parallel, by converting the current signal into the voltage of the first phase electrode of the target, and simultaneously with the formation of this signal periodically, directly during the accumulation time of the charge of each frame, monotonically change the depletion voltage of the second phase electrode of the target from zero to double the value of the storage potential, and after converting to the voltage of the current signal is subtracted from it with a corresponding weight coefficient the monotonically varying depletion voltage of the second phase target electrode, while the resulting difference signal is differentiated and inverted,

Очевидно, что данный способ формирования сигнала управления чувствительностью принципиально способен решить задачу повышения скорости адаптации в условиях быстро изменяющейся освещенности наблюдаемой сцены и для «кольцевого» сенсора, изготовленного по той же ПЗС-технологии, но такое использование технического решения по авторскому свидетельству СССР [6] не учитывалось и, естественно, не было предусмотрено самим этим охранным документом.Obviously, this method of generating a sensitivity control signal is fundamentally capable of solving the problem of increasing the adaptation speed in the conditions of rapidly changing illumination of the observed scene and for a "ring" sensor manufactured using the same CCD technology, but such a use of a technical solution according to the USSR copyright certificate [6] was not taken into account and, of course, was not provided for by this protective document itself.

Задача устранения сформулированного недостатка решается тем, что применяют способ по авторскому свидетельству [6], реализующий управление чувствительностью в матричном фотоприемнике, изготовленном по технологии ПЗС, и для выполнения управления чувствительностью в «кольцевом» фотоприемнике на ПЗС по патенту [1], состоящем из связанных последовательно зарядовой связью «кольцевой» мишени, «кольцевой» секции памяти, «кольцевого» регистра сдвига и БПЗН.The problem of eliminating the stated drawback is solved by using the method according to the copyright certificate [6], which implements sensitivity control in a matrix photodetector made using CCD technology, and for performing sensitivity control in a “ring” photodetector on a CCD according to the patent [1], consisting of sequentially by the charge coupling of the “ring” target, the “ring” section of memory, the “ring” shift register, and the overhead spike.

Следует отметить, что адаптация «кольцевого» сенсора по этому сигналу, несмотря на несколько большую статическую ошибку управления, гарантирует минимальную ошибку в условиях быстро изменяющейся освещенности наблюдаемой сцены, что в результате обеспечивает и повышение точности управления (слежения) за параметром чувствительность телевизионной камеры.It should be noted that adaptation of the “ring” sensor for this signal, despite a slightly larger static control error, guarantees a minimum error in the conditions of rapidly changing illumination of the observed scene, which as a result provides an increase in the control accuracy (tracking) of the sensitivity of the television camera.

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

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего предложенный в [6] способ применительно к «кольцевому» телевизионному сенсору; на фиг. 2 - схематичный поперечный разрез фрагмента мишени этого сенсора при трехфазном переносе зарядовых пакетов; на фиг. 3 - временные диаграммы (упрощенные осциллограммы) сопутствующих сигналов; на фиг. 4 - эквивалентная схема ПЗС-структуры трехфазной мишени сенсора, поясняющая механизм формирования управляющего сигнала и помехи; на фиг. 5б) - эпюра, иллюстрирующая временное положение выходного сигнала устройства АРВН (относительно кадрового гасящего импульса, представленного на фиг. 5а); на фиг. 6…7 - возможные варианты схемотехнической организации «кольцевого» фотоприемника на ПЗС.In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the method proposed in [6] as applied to a “ring” television sensor; in FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a target fragment of this sensor during three-phase transfer of charge packets; in FIG. 3 - time diagrams (simplified oscillograms) of related signals; in FIG. 4 is an equivalent diagram of a CCD structure of a three-phase sensor target explaining the mechanism for generating a control signal and interference; in FIG. 5b) is a diagram illustrating the temporary position of the output signal of the ARVN device (relative to the frame blanking pulse shown in FIG. 5a); in FIG. 6 ... 7 - possible options for the circuit organization of the "ring" photodetector at the CCD.

Способ формирования сигнала управления чувствительностью может быть реализован для этих вариантов устройства «кольцевого» телевизионного сенсора применительно к двухфазному, трехфазному или четырехфазному зарядовому переносу. Отметим, что здесь далее при изложении происходящих процессов в сенсоре рассматривается только механизм трехфазного переноса зарядов.The method of generating a sensitivity control signal can be implemented for these variants of the “ring” television sensor device as applied to two-phase, three-phase, or four-phase charge transfer. Note that hereafter, when describing the ongoing processes in the sensor, only the mechanism of three-phase charge transfer is considered.

Структурная схема устройства на фиг. 1 содержит «кольцевой» фотоприемник 1 на ПЗС с организацией «кольцевой кадровый перенос» (см. фиг. 6), а все его фазные электроды, за исключением электродов первой и второй фазы мишени, подключены к соответствующим выходам генератора 2 управляющих напряжений; первый фазный электрод мишени сенсора 1 подключен к входу преобразователя 3 «ток - напряжение», выход которого подключен к неинвертирующему входу блока 4 вычитания; второй фазный электрод мишени сенсора 1 к выходу генератора 5 линейно изменяющегося напряжения, который стробируется по входу «Запуск развертки»; выход генератора 5 линейно изменяющегося напряжения дополнительно через делитель 6 напряжения подключен к инвертирующему входу блока 4 вычитания, выход которого через дифференциатор 7 соединен с инвертором 8, выход которого является выходом устройства.The block diagram of the device of FIG. 1 contains an “annular” photodetector 1 at a CCD with an organization of “annular frame transfer” (see FIG. 6), and all its phase electrodes, with the exception of the electrodes of the first and second phases of the target, are connected to the corresponding outputs of the control voltage generator 2; the first phase electrode of the target of the sensor 1 is connected to the input of the current-voltage converter 3, the output of which is connected to the non-inverting input of the subtraction unit 4; the second phase electrode of the target of the sensor 1 to the output of the generator 5 of a linearly varying voltage, which is gated at the input "Start sweep"; the output of the ramp generator 5 is additionally connected via a voltage divider 6 to the inverting input of the subtraction unit 4, the output of which through the differentiator 7 is connected to the inverter 8, the output of which is the output of the device.

Пунктирные линии на фиг. 1 отражают наличие имеющихся электрических связей между первыми и соответственно вторыми фазными электродами сенсора 1 и генератором 2 управляющих напряжений, которые, для упрощения изложения в предлагаемом описании не комментируются.The dashed lines in FIG. 1 reflect the presence of electrical connections between the first and second phase electrodes of the sensor 1 and the control voltage generator 2, which, to simplify the presentation, are not commented on in the proposed description.

Устройство (см. фиг. 1) работает следующим образом. Для упрощения будем полагать, что фрагмент мишени сенсора 1, показанный на фиг. 2, отображает всю мишень, которая состоит из четырех трехфазных элементов, которые выполнены на кремниевом «кольцевом» кристалле по технологии ПЗС с каналом проводимости р-типа. Это означает, что для выполнения переноса зарядовых пакетов управляющие смещения на фазных электродах фотоприемнике должны иметь отрицательную полярность относительно подложки кристалла. Именно такую проводимость канала имела отечественная матрица ПЗС с техническим наименованием К1200ЦМ1, которая была использована авторами работ [5, 6] в экспериментальных исследованиях.The device (see Fig. 1) works as follows. For simplicity, we will assume that the fragment of the target of sensor 1 shown in FIG. 2, displays the entire target, which consists of four three-phase elements, which are made on a silicon "ring" crystal using CCD technology with a p-type conduction channel. This means that in order to carry out the transfer of charge packets, the control bias on the phase electrodes of the photodetector must have a negative polarity with respect to the crystal substrate. It was this channel conductivity that the CCD domestic matrix with the technical name K1200CM1 had, which was used by the authors of [5, 6] in experimental studies.

В нашем примере будем считать, что во время развертки к третьему фазному электроду мишени приложено нулевое напряжение подложки кристалла сенсора 1, которое необходимо для создания барьеров, препятствующих растеканию зарядов в соседние потенциальные ямы.In our example, we assume that during the sweep, the zero phase voltage of the sensor 1 crystal substrate is applied to the third phase electrode of the target, which is necessary to create barriers that prevent charges from spreading into neighboring potential wells.

Рассмотрим режим работы устройства, когда перед разверткой напряжения на первом и втором фазных электродах мишени устанавливаются одинаковыми и равными минус U_H относительно подожки. При этом в каждом элементе (пикселе) мишени накопленный заряд делится на две равные части: половина заряда находится под правым (вторым) фазным электродом, вторая половина - под левым (первом) фазным электродом. При неравномерной засветке мишени в каждом ее пикселе накапливается разное количество заряда.Consider the operation mode of the device when, before the voltage sweep on the first and second phase electrodes, the targets are set equal and minus U _H relative to the base. Moreover, in each element (pixel) of the target, the accumulated charge is divided into two equal parts: half of the charge is under the right (second) phase electrode, the second half is under the left (first) phase electrode. With uneven illumination of the target, a different amount of charge accumulates in each of its pixels.

В некоторый момент включается генератор 5 линейно изменяющегося напряжения, и потенциал на втором фазном электроде мишени начинает плавно возрастать (фиг. 3а). При этом в каждом пикселе глубина потенциальных ям под вторыми фазными электродами уменьшается (см. фиг. 2), поэтому во всех элементах мишени начинается процесс переноса заряда из правого электрода под левый электрод. В результате движения заряда в цепи левого (первого) фазного электрода мишени возникает ток, равный сумме токов в каждом ее пикселе (фиг. 3б). Сначала этот ток максимален, т.к. заряд есть в каждом пикселе. По мере роста потенциала на втором фазном электроде наступает момент, когда в пикселе с наименьшим количеством зарядовых носителей весь заряд перетекает из правого фазного электрода в левый фазный электрод. При этом суммарный ток уменьшается (фиг. 3б). Затем кончается заряд под правым фазным электродом в следующем пикселе, и суммарный ток снова уменьшается. Так продолжается до тех пор, пока не кончится заряд под правым фазным электродом мишени в пикселе, содержащем перед началом процесса зарядового переноса наибольшее количество зарядовых носителе. После этого ток становится равным нулю, и весь заряд мишени оказывается в потенциальных ямах первого фазного электрода.At some point, the ramp generator 5 is turned on, and the potential at the second phase electrode of the target begins to increase smoothly (Fig. 3a). Moreover, in each pixel, the depth of potential wells under the second phase electrodes decreases (see Fig. 2), therefore, in all elements of the target, the process of charge transfer from the right electrode to the left electrode begins. As a result of the movement of the charge in the circuit of the left (first) phase electrode of the target, a current arises equal to the sum of the currents in each of its pixels (Fig. 3b). First, this current is maximum, because there is a charge in every pixel. As the potential grows, the second phase electrode comes when the pixel with the smallest number of charge carriers transfers all the charge from the right phase electrode to the left phase electrode. In this case, the total current decreases (Fig. 3b). Then the charge under the right phase electrode in the next pixel ends, and the total current decreases again. This continues until the charge under the right phase electrode of the target in the pixel, containing the largest number of charge carriers before the start of the charge transfer process, ends. After this, the current becomes equal to zero, and the entire charge of the target is in the potential wells of the first phase electrode.

В сформированном так токе (фиг. 3б) заключена информация о распределении зарядов по всей поверхности мишени «кольцевого» фотоприемника на ПЗС. Для ее выделения достаточно продифференцировать сигнал тока и поменять знак. Для этого служат преобразователь 3 «ток - напряжение», дифференциатор 7 и инвертор 8.The current generated in this way (Fig. 3b) contains information on the distribution of charges over the entire surface of the target of the "ring" photodetector at the CCD. To isolate it, it is enough to differentiate the current signal and change sign. For this, a current-voltage converter 3, a differentiator 7, and an inverter 8 are used.

Результирующий сигнал представляет собой гистограмму распределения заряда (фиг. 3в). По оси абсцисс шкалу времени (t) можно заменить шкалой заряда (q_i), т.к. в структуре ПЗС разность потенциалов между фазными электродами пропорциональна разности зарядов, а в качестве сигнала развертки у нас использовалось линейно изменяющееся во времени напряжение. По оси ординат на фиг. 3в отложена величина N_i, пропорциональная количеству зарядовых пакетов, имеющих соответствующее количество зарядовых носителей.The resulting signal is a histogram of the charge distribution (Fig. 3B). On the abscissa axis, the time scale (t) can be replaced by the charge scale (q _i ), because in the structure of the CCD, the potential difference between the phase electrodes is proportional to the difference in charges, and we used a voltage linearly varying in time as a sweep signal. The ordinate in FIG. 3c, the value of N _i is proportional to the number of charge packets having the corresponding number of charge carriers.

Очевидно, что полученную так гистограмму распределения заряда на мишени «кольцевого» фотоприемника на ПЗС, как и на мишени ПЗС-матрицы, можно получать очень быстро, поскольку заряд все время находится в одних и тех же спаренных потенциальных ямах. Экспериментально установлено [5, с. 101], что период измерения управляющего сигнала (период развертки) может составлять 20 мкс, что в 1000 раз меньше периода вещательного кадра.Obviously, the histogram of the charge distribution obtained in this way on the target of the “ring” photodetector on the CCD, as well as on the target of the CCD matrix, can be obtained very quickly, since the charge is always in the same paired potential wells. It has been experimentally established [5, p. 101] that the measurement period of the control signal (sweep period) can be 20 μs, which is 1000 times less than the period of the broadcast frame.

Следует отметить, что применяемый здесь прием формирования сигнала управления чувствительностью основан на методе бескоординатной развертки, а ее точность ограничена помехой (фиг. 4), возникающей из-за перезаряда ПЗС-структуры развертывающим линейно изменяющимся напряжением. На эквивалентной схеме ПЗС-структуры трехфазной мишени (см. фиг. 4) С_ок1 и С_ок2 иллюстрируют емкости окисла (Si_о2) под первым и вторым фазными электродами, C_об1 и С_об2, - емкости формируемых потенциальных ям под этими электродами, а С₁₂, С₁₃ и С₂₃ - паразитные емкости, которые необходимо учитывать при анализе процесса формирования управляющего сигнала чувствительностью сенсора..It should be noted that the sensitivity control signal generation method used here is based on the coordinateless sweep method, and its accuracy is limited by the interference (Fig. 4) arising from the recharging of the CCD structure by a ramp voltage. On the equivalent circuit of the CCD structure of a three-phase target (see Fig. 4), C _ok1 and C _ok2 illustrate the capacitance of oxide (Si _о2 ) under the first and second phase electrodes, C _о1 and С _о2 , the capacitances of potential wells formed under these electrodes, and C ₁₂ , C ₁₃ and C ₂₃ are stray capacitances that must be taken into account when analyzing the process of generating a control signal by the sensor sensitivity ..

Возникающая помеха представляет собой часть линейно изменяющегося напряжения, преобразованного в цепи первого фазного электрода мишени (см. пунктир на фиг. 3б). Для вычитания этой помехи служит делитель 6 напряжения и блок 4 вычитания.The resulting interference is part of a linearly varying voltage converted to the circuit of the first phase target electrode (see the dotted line in Fig. 3b). To subtract this interference serves as a voltage divider 6 and block 4 subtraction.

Коэффициент деления блока 6 устанавливается таким, чтобы при отсутствии носителей заряда на мишени (при ее перекрытии от света) ток в цепи первого фазного электрода (фиг. 3б) был постоянным в интервале развертки.The division coefficient of block 6 is set so that in the absence of charge carriers on the target (when it is blocked from light), the current in the circuit of the first phase electrode (Fig. 3b) is constant in the scan interval.

При реализации настоящего изобретательского решения, как и в прототипе [6], можно использовать не только линейно возрастающее напряжение, но и линейно убывающее напряжение. Например, при использовании удвоенного размаха линейно изменяющегося напряжения (см. пунктир на фиг. 3а) напряжение на втором фазном электроде за время развертки уменьшается относительно подложки кристалла фотоприемника от минус U_н до минус 2U_н. Тогда возникающий ток изменяет свое направление, т.к. заряд перетекает не из правых электродов под левые электроды, а наоборот.When implementing the present inventive solution, as in the prototype [6], it is possible to use not only a linearly increasing voltage, but also a linearly decreasing voltage. For example, when using the doubled magnitude of a linearly varying voltage (see the dotted line in Fig. 3a), the voltage on the second phase electrode decreases from minus U _n to minus 2U _n relative to the substrate of the photodetector crystal. Then the emerging current changes its direction, because the charge does not flow from the right electrodes to the left electrodes, but vice versa.

При использовании предлагаемого изобретения для создания устройства АРВН телевизионной камеры этот опережающий сигнал управления чувствительностью можно регистрировать при помощи пикового детектора, подключая его на выход блока 4 вычитания. При этом выходной сигнал пикового детектора, подаваемый на информационный вход устройства АРВН, обязательно должен раз за кадр обнуляться (сбрасываться).When using the present invention to create an ARVN device for a television camera, this leading sensitivity control signal can be recorded using a peak detector, connecting it to the output of the subtraction unit 4. In this case, the peak detector output signal supplied to the information input of the ARVN device must necessarily be reset (reset) once per frame.

Тогда на выходе устройства АРВН будет вырабатываться цифровой сигнал накопления в «кольцевом» фотоприемнике на ПЗС (см. фиг. 5б), который может изменяться в течение кадра от максимального значения отсчета

до его минимального отсчета

в зависимости от уровня освещенности наблюдаемой сцены. Полученный цифровой сигнал необходимо подать на управляющий вход сенсора, являющийся его «электронным» затвором (см. фиг. 6 и фиг. 7а).Then, at the output of the ARVN device, a digital accumulation signal will be generated in the "ring" photodetector at the CCD (see Fig. 5b), which can vary during the frame from the maximum value of the reference

to its minimum countdown

depending on the level of illumination of the observed scene. The received digital signal must be fed to the control input of the sensor, which is its "electronic" gate (see Fig. 6 and Fig. 7a).

Обратимся теперь к некоторым техническим особенностям самого «кольцевого» телевизионного сенсора. Схемотехническая организация фотоприемника на ПЗС по методу «кольцевой кадровый перенос», которая была предложена в патенте РФ [1], представлена на фиг. 6.Let us now turn to some technical features of the “ring” television sensor itself. The circuitry organization of the photodetector on the CCD according to the method of "ring personnel transfer", which was proposed in the patent of the Russian Federation [1], is presented in FIG. 6.

«Кольцевой» фотоприемник 1 имеет форму кругового кольца и состоит из связанных последовательно зарядовой связью «кольцевой» мишени 1-1, «кольцевой» секции памяти 1-2 и «кольцевого» регистра сдвига, заканчивающегося блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН) 1-4 с организацией «плавающая диффузия», а его выход является выходом «видео» «кольцевого» фотоприемника, при этом на всей площади мишени 1-1 «кольцевого» фотоприемника в радиальных направлениях (от воображаемого геометрического центра кольца к его внешней периферии) расположены линейки светочувствительных элементов, а экранированная от света секция памяти 1-2 заполнена в тех же радиальных направлениях линейками с таким же числом элементов, что и на мишени 1-1, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени 1-1 и в каждой «кольцевой» строке секции памяти 1-2 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-3, а площадь светочувствительных элементов на мишени от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти 1-2.The “ring” photodetector 1 has the shape of a circular ring and consists of a “ring” target 1-1, a “ring” memory section 1-2, and a “ring” shift register connected sequentially by charge communication, ending with a charge-voltage conversion unit (CPS) 1-4 with the organization "floating diffusion", and its output is the output of the "video" of the "ring" photodetector, while on the entire target area 1-1 of the "ring" photodetector in radial directions (from the imaginary geometric center of the ring to its outer periphery) located lines of photosensitive elements, and the light-shielded memory section 1-2 is filled in the same radial directions with rulers with the same number of elements as on target 1-1, and the number of elements in each “ring” line of target 1-1 and in each The “annular” line of the memory section 1-2 is equal to the number of elements in the “annular” shift register 1-3, and the area of the photosensitive elements on the target from line to line is different, increasing as it moves to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the section element pa wrinkle 1-2.

Отметим, что выполнение на мишени 1-1 «кольцевого» фотоприемника различных по площади светочувствительных элементов «поддерживается» управляемым во времени зарядовым считыванием пикселов для каждой строки, что обеспечивает реализацию в выходном видеосигнале сенсора одинаковой площади считывающей апертуры при одновременном выравнивании его разрешающей способности.It should be noted that the execution on the target 1-1 of the “ring” photodetector of photosensitive elements of various sizes is “supported” by time-controlled charge reading of pixels for each row, which ensures that the sensor receives the same reading aperture in the video output signal while equalizing its resolution.

Очевидно, что предлагаемый в настоящем техническом решении способ формирования сигнала управления чувствительностью может быть с успехом реализован и для двух других вариантов схемотехнической организации «кольцевого» фотоприемника.It is obvious that the method of generating a sensitivity control signal proposed in the present technical solution can be successfully implemented for two other variants of the circuit organization of the “ring” photodetector.

Схемотехническая организация фотоприемника на ПЗС по методу «кольцевой строчный перенос», усовершенствованная аналогичным приемом по выравниванию разрешающей способности, которая была предложена в патенте РФ [7], представлена на фиг. 7а и 7б.The circuitry organization of the photodetector on the CCD according to the “ring horizontal transfer” method, improved by a similar resolution equalization technique, which was proposed in the RF patent [7], is presented in FIG. 7a and 7b.

Телевизионным сенсором здесь является «кольцевой» фотоприемник на ПЗС, который выполнен на кристалле в виде кругового кольца, имеет схемотехническую организацию «кольцевой строчный перенос» и состоит из связанных последовательно зарядовой связью «кольцевой» мишени 1-1, «кольцевого» регистра сдвига 1-2 и БПЗН 1-3 с организацией «плавающая диффузия», а его выход является выходом «видео» «кольцевого» фотоприемника, при этом на мишени 1-1 радиально расположенные линейки светочувствительных элементов чередуются с радиальными линейками экранированных от света элементами, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени 1-1 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2, а площадь светочувствительных элементов на мишени от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента «кольцевого» регистра сдвига 1-2.The television sensor here is a “ring” CCD photodetector, which is made on a chip in the form of a circular ring, has a “ring horizontal transfer” circuitry and consists of a “ring” target 1-1 connected in series with charge coupling, a “ring” shift register 1- 2 and BPSN 1-3 with the organization "floating diffusion", and its output is the output of the "video" of the "ring" photodetector, while on the target 1-1 radially spaced lines of photosensitive elements alternate with radial rulers of the screen elements from the light, moreover, the number of elements in each “annular” row of the target 1-1 is equal to the number of elements in the “annular” shift register 1-2, and the area of the photosensitive elements on the target from row to row is different, increasing as you move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the element of the "circular" shift register 1-2.

Схемотехническая организация фотоприемника на ПЗС по методу «кольцевой строчно-кадровый перенос», которая была также усовершенствована упомянутым приемом по выравниванию разрешающей способности в патенте РФ [8], в чертежах настоящей заявки не показана.Circuitry organization of the photodetector on the CCD according to the method of "ring line-frame transfer", which was also improved by the mentioned technique for resolving the resolution in the RF patent [8], is not shown in the drawings of this application.

Являясь комбинированной по отношению к двум предыдущим устройствам; организация сенсора более сложна в реализации, но гарантирует и более высокие показатели его предельной чувствительности. Этот «кольцевой» фотоприемник на ПЗС, который выполнен на кристалле в виде кругового кольца, имеет схемотехническую организацию «кольцевой строчно-кадровый перенос» и состоит из связанных последовательно зарядовой связью «кольцевой» мишени, «кольцевой» секции памяти, «кольцевого» регистра сдвига и БПЗН с организацией «плавающая диффузия», а его выход является выходом «видео» «кольцевого» фотоприемника, при этом на мишени радиально расположенные линейки светочувствительных элементов чередуются с радиальными линейками экранированных от света элементами, а экранированная от света секция памяти заполнена радиальными линейками с таким же числом элементов, что и на мишени, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, а площадь светочувствительных элементов на мишени от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти.Being combined in relation to the two previous devices; The organization of the sensor is more difficult to implement, but guarantees higher parameters of its maximum sensitivity. This "ring" CCD photodetector, which is made on a chip in the form of a circular ring, has the circuitry "ring line-frame transfer" and consists of a "ring" target, a "ring" section of memory, a "ring" shift register connected in series with charge communication and BPSN with the organization "floating diffusion", and its output is the output of the "video" of the "ring" photodetector, while on the target radially spaced arrays of photosensitive elements alternate with radial arrays of shielded elements, and the light-shielded memory section is filled with radial rulers with the same number of elements as on the target, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section is equal to the number of elements in the “ring” »Shift register, and the area of the photosensitive elements on the target from row to row is different, increasing as you move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the element of the memory section.

В настоящее время все блоки устройства, которое реализует предлагаемый способ формирования сигнала управления чувствительностью телевизионного сенсора, изготовленного по технологии ПЗС, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all units of a device that implements the proposed method for generating a sensitivity signal for a television sensor manufactured using CCD technology are mastered or can be mastered by domestic industry.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the alleged invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2625163. МПК H04N 7/00. Телевизионная камера и ее «кольцевой» фотоприемник для компьютерной системы панорамного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - №20.1. RF patent No. 2625163. IPC H04N 7/00. A television camera and its "ring" photodetector for a computer system for panoramic observation. / V.M. Smelkov // B.I. - 2017. - No. 20.

2. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. - М.: «Радио и связь», 1991.2. Press F.P. Charge coupled photosensitive devices. - M.: “Radio and Communications”, 1991.

3. Патент РФ №2632573. МПК H04N 5/00. Устройство автоматической регулировки времени накопления телевизионного сенсора, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью. / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - №28.3. RF patent No. 2632573. IPC H04N 5/00. A device for automatically adjusting the accumulation time of a television sensor manufactured by the technology of charge-coupled devices. / V.M. Smelkov // B.I. - 2017. - No. 28.

4. Патент РФ №2632574. МПК H04N 5/00. Устройство автоматической регулировки времени накопления телевизионного сенсора, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью. / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - №28.4. RF patent No. 2632574. IPC H04N 5/00. A device for automatically adjusting the accumulation time of a television sensor manufactured by the technology of charge-coupled devices. / V.M. Smelkov // B.I. - 2017. - No. 28.

5. Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации. - М.: «Радио и связь», 1991.5. Khromov L.I., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Video informatics. Transfer and computer processing of video information. - M.: “Radio and Communications”, 1991.

6. Авторское свидетельство СССР №1417210. МПК H04N 5/228. Способ формирования сигнала управления чувствительностью телевизионной камеры на матрице ПЗС. / А.Н. Куликов и Л.И. Хромов // Б.И. - 1988. - №30.6. USSR Copyright Certificate No. 1417210. IPC H04N 5/228. A method of generating a sensitivity control signal for a television camera on a CCD. / A.N. Kulikov and L.I. Khromov // B.I. - 1988. - No. 30.

7. Патент РФ №2611421. МПК H04N 5/225. Телевизионная камера и ее «кольцевой» фотоприемник для компьютерной системы панорамного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - №6.7. RF patent No. 2611421. IPC H04N 5/225. A television camera and its "ring" photodetector for a computer system for panoramic observation. / V.M. Smelkov // B.I. - 2017. - No. 6.

8. Патент РФ №2611422. МПК H04N 7/00. Телевизионная камера повышенной чувствительности и ее «кольцевой» фотоприемник для компьютерной системы панорамного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - №6.8. RF patent No. 2611422. IPC H04N 7/00. A high-sensitivity television camera and its “ring” photodetector for a panoramic panoramic computer system. / V.M. Smelkov // B.I. - 2017. - No. 6.

Claims

1. The method of generating the sensitivity control signal of a television sensor manufactured by CCD technology to perform parallel and non-destructive measurements of the charge relief level of its accumulation section (target) by converting the current signal into a voltage of the first phase electrode of the target, and simultaneously with the formation of this signal periodically , directly during the charge accumulation time of each frame, monotonically change the voltage of depletion of the second phase electrode of the target from zero until the accumulation potential is doubled, and after converting the current signal to voltage, a monotonically varying depletion voltage of the second phase target electrode is subtracted from it with the corresponding weight coefficient, while the resulting difference signal is differentiated and inverted, characterized in that the television sensor is a “ring” photodetector on the CCD, which is made on a chip in the form of a circular ring, has the circuit organization "ring personnel transfer" and consists of connected sequentially by the charge coupling of the “ring” target, the “ring” section of the memory and the “ring” shift register, ending with the charge-voltage conversion unit (CPS) with the organization of “floating diffusion”, and its output is the output of the “video” of the “ring” photodetector , while on the entire target area of the “ring” photodetector in radial directions (from the imaginary geometric center of the ring to its outer periphery) there are lines of photosensitive elements, and the memory shielded section is filled in the same radial directions with rulers with the same number of elements as on the target, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section is equal to the number of elements in the “ring” shift register, and the area of photosensitive the elements on the target from row to row are different, increasing as they move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the element of the memory section when the same area of the reading aperture is realized in the sensor output video signal.

2. The method of generating the sensitivity control signal of the television sensor according to claim 1, characterized in that the television sensor is a “ring” CCD photodetector, which is made on a chip in the form of a circular ring, has a circuit organization “ring horizontal transfer” and consists of connected in series the charge coupling of the “ring” target, the “ring” shift register and the overvoltage detector with the organization of “floating diffusion”, and its output is the output of the “video” of the “ring” photodetector, with the radial on the target but the arranged lines of photosensitive elements alternate with the radial lines of elements shielded from light, and the number of elements in each “ring” line of the target is equal to the number of elements in the “ring” shift register, and the area of the photosensitive elements on the target from line to line is different, increasing as you move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the element of the “annular” shift register when the same area of the reading ape is realized in the output video signal of the sensor rtury.

3. The method of generating the sensitivity control signal of the television sensor according to claim 1, characterized in that the television sensor is a “ring” CCD photodetector, which is made on a chip in the form of a circular ring, has a circuit arrangement “ring line-frame transfer” and consists of connected in series by the charge coupling of the “ring” target, the “ring” section of memory, the “ring” shift register, and the SPS with the organization of “floating diffusion”, and its output is the output of the “video” of the “ring” photoprobe a receiver, in this case, radially arranged lines of photosensitive elements alternate with radial lines of light-shielded elements on the target, and the light-shielded memory section is filled with radial lines with the same number of elements as on the target, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section it is equal to the number of elements in the “ring” shift register, and the area of the photosensitive elements on the target from row to row is different, increasing as you move Nia to the outer periphery to the maximum value not exceeding the memory section area of the element, when implemented in a video output equal area sensor reading aperture.