RU2670420C1

RU2670420C1 - Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix under conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects

Info

Publication number: RU2670420C1
Application number: RU2017144473A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2018-10-23

Abstract

FIELD: television technology.SUBSTANCE: invention relates to television technology and is oriented to use in television cameras, made on the basis of matrix 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. Result is achieved by the fact that the magnitude of AAAT (automatic adjustment of accumulation time) control voltage and, accordingly, the duration of accumulation of information charges per frame are determined separately for each individual target by the peak value of the video signal generated at the output of the photodetector during the corresponding time interval within the forward course of the frame.EFFECT: technical result is the automatic organization of increasing sensitivity for low-illumination fragments of a television frame by increasing the accumulation time for them.1 cl, 7 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе матричных телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), в которых обеспечена электронная регулировка чувствительности за счет изменения внутрикадрового времени накопления.The alleged invention relates to television technology and is focused on the use of television cameras, made on the basis of matrix television sensors according to the technology of charge-coupled devices (CCD), which provided an electronic sensitivity adjustment due to changes in intraframe accumulation time.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ управления чувствительностью телевизионной камеры на матрице ПЗС [1], заключающийся в том, что на мишени (секции накопления) матрицы ПЗС с организацией «кадровый перенос» с периодом кадров накапливают информационные заряды, переносят информационные заряды с частотой кадрового переноса из секции накопления в секцию памяти, построчно переносят информационные заряды из секции памяти в выходной регистр в интервале обратного хода строчной развертки, а в интервале прямого хода строчной развертки поэлементно переносят информационные заряды из выходного регистра в выходной блок матрицы ПЗС с одновременным преобразованием заряда в напряжение видеосигнала, причем в секции накопления в интервале между кадровым переносом текущего кадра и циклом накопления последующего кадра отводят избыточные заряды в подложку фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора в секции накопления, при этом кадровый перенос информационных зарядов из секции накопления в секцию памяти осуществляют на заключительном промежутке интервала обратного хода кадровой развертки с выполнением соответствующей временной задержки длительности накопления информационных зарядов, а в промежутке интервала обратного хода кадровой развертки, предшествующем переносу информационных зарядов, осуществляют очистку секции памяти от паразитных зарядов за счет их перемещения с частотой кадрового переноса в выходной регистр или за счет их отвода в подложку фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора в секции памяти.The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a method of controlling the sensitivity of a television camera on a CCD matrix [1], which consists in that on the target (accumulation section) of a CCD matrix with the organization “personnel transfer” with a period of frames accumulate information charges charges with the frequency of personnel transfer from the accumulation section to the memory section, transfer information charges line by line from the memory section to the output register in the horizontal flyback interval, and in the straight line scan interval, information charges are transferred element by element from the output register to the output block of the CCD matrix with simultaneous conversion of the charge into the video signal voltage, and in the accumulation section in the interval between the frame transfer of the current frame and the accumulation cycle of the subsequent frame, excess charges are removed to the photodetector substrate by technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in the accumulation section, with the personnel transfer of information charges from the section and accumulations in the memory section are carried out on the final interval of the frame-reversing interval with the corresponding time delay for accumulating information charges, and in the interval of the frame-reversing interval, preceding the transfer of information charges, the section of the memory is cleared from parasitic charges by moving them from personnel transfer frequency to the output register or due to their removal to the photodetector substrate by the technological organization of the blyumingovoy region and the electronic shutter in the memory section.

Данный способ управления чувствительностью способен решить задачу адаптации фотоприемника к условиям световых перегрузок на мишени.This method of sensitivity control is able to solve the problem of adapting the photodetector to the conditions of light overloads on the target.

Предполагается, что в состав телевизионной камеры, в которой реализован этот способ управления чувствительностью, входит устройство автоматической регулировки времени накопления (АРВН), а формируемое этим блоком по цепи обратной связи управляющее напряжение определяет длительность экспонирования (накопления) матрицей ПЗС за кадр в зависимости от освещенности (яркости) наблюдаемого сюжета. Очевидно, что секция памяти матрицы ПЗС прототипа [1] экранирована от света.It is assumed that the television camera in which this sensitivity control method is implemented includes an automatic accumulation time adjustment device (ARVN), and the control voltage generated by this unit via the feedback circuit determines the duration of exposure (accumulation) by the CCD sensor per frame depending on the illumination (brightness) of the observed plot. Obviously, the memory section of the CCD matrix of the prototype [1] is shielded from light.

Однако при работе в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов, когда высокой освещенности (яркости) на одних участках поля зрения сопутствует низкая освещенность (яркость) на других его участках, реализованный в телевизионной камере способ управления чувствительностью прототипа [1] принципиально не может справиться с ситуацией, не избежав ухудшения качества изображения по всему кадру.However, when working in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects, when high illumination (brightness) in some areas of the field of view is accompanied by low illumination (brightness) in other areas, the prototype sensitivity control method [1] implemented in a television camera cannot cope with the situation, not avoiding the deterioration of image quality throughout the frame.

Это объясняется тем, что в этих условиях автоматическая регулировка времени накопления (АРВН) телевизионной камеры, работающая по этому сигналу управления чувствительности, выполняет отсчет его напряжения при помощи амплитудного детектора по пиковому или по среднему значению видеосигнала, формируемого на выходе фотоприемника. Но распространяет свой полученный результат, а именно: длительность времени накопления, - на все элементы (пикселы) мишени.This is explained by the fact that in these conditions the automatic adjustment of the accumulation time (ARVN) of a television camera, which operates on this sensitivity control signal, performs its voltage readout using an amplitude detector based on the peak or average value of the video signal generated at the photodetector output. But it spreads its obtained result, namely: the duration of the accumulation time, to all the elements (pixels) of the target.

Недостаток способа управления чувствительностью в прототипе [1] заключается в том, что возникает режим ограниченного накопления (по времени) для тех участков изображения, которые наблюдаются при низкой освещенности (яркости) соответствующих им объектов.The disadvantage of the sensitivity control method in the prototype [1] is that a limited accumulation mode arises (in time) for those parts of the image that are observed at low illumination (brightness) of the objects corresponding to them.

Задачей изобретения является организация в автоматическом режиме повышения чувствительности для этих фрагментов телевизионного кадра путем увеличения для них времени накопления.The objective of the invention is the organization in the automatic mode of increasing the sensitivity for these fragments of a television frame by increasing their accumulation time.

Поставленная задача в заявляемом способе управления чувствительностью телевизионной камеры на матрице ПЗС, основанном на том, что на мишени (секции накопления) матрицы ПЗС с организацией «кадровый перенос» с периодом кадров накапливают информационные заряды в соответствии с управляющим напряжением для АРВН; переносят информационные заряды с частотой кадрового переноса из секции накопления в экранированную от света секцию памяти; построчно переносят информационные заряды из секции памяти в выходной регистр в интервале обратного хода строчной развертки; а в интервале прямого хода строчной развертки поэлементно переносят информационные заряды из выходного регистра в выходной блок матрицы ПЗС с одновременным преобразованием заряда в напряжение видеосигнала, причем в секции накопления в интервале между кадровым переносом текущего кадра и циклом накопления последующего кадра отводят избыточные заряды в подложку фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора в секции накопления, при этом кадровый перенос информационных зарядов из секции накопления в секцию памяти осуществляют на заключительном промежутке интервала обратного хода кадровой развертки с выполнением соответствующей временной задержки длительности накопления информационных зарядов, а в промежутке интервала обратного хода кадровой развертки, предшествующем переносу информационных зарядов, осуществляют очистку секции памяти от паразитных зарядов за счет их перемещения с частотой кадрового переноса в выходной регистр или за счет их отвода в подложку фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора в секции памяти, решается тем, что секция накопления матрицы ПЗС разделена по горизонтали на п изолированных друг от друга мишеней с одинаковым форматом, которые имеют параллельно действующее управление процессами фотоприема и развертки, при этом величина управляющего напряжения АРВН и соответственно длительность накопления информационных зарядов за кадр определяются раздельно для каждой этой отдельно взятой мишени по пиковому значению видеосигнала, формируемого на выходе фотоприемника в течение соответствующего временного интервала в пределах прямого хода по кадру.The task in the claimed method of controlling the sensitivity of a television camera on a CCD matrix is based on the fact that information charges are accumulated on the target (accumulation section) of a CCD matrix with the organization “personnel transfer” with a frame period of information in accordance with the control voltage for ARVN; transfer information charges with the frequency of personnel transfer from the accumulation section to the shielded from the light section of the memory; transfer information charges line by line from the memory section to the output register in the horizontal flyback interval; and in the straight line scan interval, information charges are transferred element by element from the output register to the output block of the CCD matrix with simultaneous conversion of the charge into the video signal voltage, and in the accumulation section in the interval between the frame transfer of the current frame and the accumulation cycle of the subsequent frame, excess charges are removed to the photodetector substrate by technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in the accumulation section, with the personnel transfer of information charges from the section and accumulations in the memory section are carried out on the final interval of the frame-reversing interval with the corresponding time delay for accumulating information charges, and in the interval of the frame-reversing interval, preceding the transfer of information charges, the section of the memory is cleared from parasitic charges by moving them from personnel transfer frequency to the output register or due to their removal to the photodetector substrate by the technological organization of the bluingovoy area and electronic shutter in the memory section, is solved in that the accumulation section of the CCD matrix is divided horizontally into n isolated from each other targets with the same format, which have a parallel control of the photoreceiving and scanning processes, and the duration of the control voltage ARVN and correspondingly the accumulation of information charges per frame are determined separately for each of this single target by the peak value of the video signal generated at the output of the photodetector in during the corresponding time interval within the direct course of the frame.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемый способ отличается наличием следующих признаков:Comparative analysis of the prototype [1] shows that the claimed method is characterized by the presence of the following features:

- условием осуществления предварительных действий с матрицей ПЗС телевизионной камеры, а именно: разделения секции накопления фотоприемника на n изолированных друг от друга мишеней с одинаковым форматом, которые управляются параллельно;- condition for the implementation of preliminary actions with the CCD of a television camera, namely: dividing the accumulation section of the photodetector into n isolated from each other targets with the same format, which are controlled in parallel;

- выполнением в телевизионной камере параллельных действий по установке длительности накопления зарядов за кадр для каждой из n мишеней сенсора.- performing parallel actions in a television camera to set the duration of charge accumulation per frame for each of the n sensor targets.

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.

По техническому результату и методу его достижения предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.The technical result and the method of its achievement the proposed technical solution meets the criterion of the presence of inventive step.

На фиг. 1 приведена схемотехническая организация матрицы ПЗС с четырьмя изолированными мишенями (n=4); на фиг. 2 представлена структурная схема устройства, поясняющая реализацию заявляемого способа управления чувствительностью и являющаяся, по сути, схемой замысла новой АРВН фотоприемника; на фиг. 3 - пример выполнения принципиальной схемы пикового детектора, четыре из которых приняты (обозначены) на фиг. 2; на фиг. 4б-4д относительно временного положения гасящего импульса строк, показанного на фиг. 4а, приведены эпюры управляющих сигналов для получения необходимых областей («окон») фотометрирования зарядового рельефа фотоприемника; на фиг. 5б - эпюра, иллюстрирующая временное положение выходного сигнала устройства АРВН (относительно кадрового гасящего импульса, представленного на фиг. 5а); на фиг. 6 дан фрагмент поперечного сечения секции накопления или секции памяти матрицы ПЗС, иллюстрирующий физические процессы, которые сопровождает технологическая организация антиблюминговой области и электронного затвора в этих секциях фотоприемника; на фиг. 7 показано положение четырех «окон» фотометрирования секции накопления матрицы ПЗС в условиях ее сложной освещенности и/или сложной яркости. Матрица 1 на ПЗС (фиг. 1) с организацией «кадровый перенос» выполнена на кремниевом кристалле и состоит из связанных последовательно зарядовой связью секции 1-1 накопления, секции 1-2 памяти, выходного регистра сдвига 1-3 и БПЗН 1-4. Пунктирные линии на фиг. 1 показывают выделение на секции 1-1 накопления фотоприемника четырех изолированных мишеней с одинаковым форматом, т.е. n=4. Введем обозначение данных сенсоров соответственно как: 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 и 1-1-4.FIG. 1 shows the schematic organization of the CCD with four isolated targets (n = 4); in fig. 2 shows a block diagram of the device, explaining the implementation of the proposed method of sensitivity control, which is, in essence, the design of a new ARVN photodetector; in fig. 3 illustrates an exemplary embodiment of a peak detector concept, four of which are adopted (indicated) in FIG. 2; in fig. 4b-4d relative to the temporary position of the damping pulse of the lines shown in FIG. 4a shows the diagrams of control signals for obtaining the necessary areas ("windows") of photometry of the charge relief of a photodetector; in fig. 5b is a plot illustrating the temporal position of the output signal of the ARVN device (relative to the vertical damping pulse shown in FIG. 5a); in fig. 6 is given a fragment of the cross section of the accumulation section or the memory section of the CCD matrix, illustrating the physical processes that accompany the technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in these sections of the photodetector; in fig. 7 shows the position of four “windows” of photometry of the accumulation section of a CCD array in conditions of its complex illumination and / or complex brightness. The CCD 1 matrix (Fig. 1) with the organization “personnel transfer” is performed on a silicon chip and consists of accumulation sections 1-1 connected in series by charge-coupling, memory section 1-2, output shift register 1-3 and BPSN 1-4. The dashed lines in FIG. 1 shows the selection in section 1-1 of accumulation of a photodetector of four isolated targets with the same format, i.e. n = 4. We introduce the designation of these sensors, respectively, as: 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 and 1-1-4.

Аналогично прототипу [1], по первому варианту исполнения матрицы ПЗС каждая из этих мишеней содержит встроенные в ее полупроводниковую структуру антиблюминговую область и электронный затвор GA. По второму варианту исполнения матрицы ПЗС антиблюминговая область и электронный затвор GB дополнительно встроены и в секцию памяти 1-2.Similar to the prototype [1], in the first embodiment of the CCD array, each of these targets contains an anti-blooming area embedded in its semiconductor structure and an electronic shutter GA. According to the second embodiment of the CCD sensor, the anti-blooming area and the electronic gate GB are additionally integrated in the memory section 1-2.

Отметим, что применение данных технологических особенностей обусловлено необходимостью устранения паразитных зарядов в фотоприемнике в условиях его световых перегрузок. Для телевизионной камеры такие перегрузки являются часто сопутствующим явлением и наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов.Note that the use of these technological features is due to the need to eliminate parasitic charges in the photodetector under conditions of its light overloads. For a television camera, such overloads are often an accompanying phenomenon and observations in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects.

Как показано на фиг. 6, затвор GA является «электронным» затвором секции накопления. Для фотоприемника с трехфазным зарядовым переносом и с n-каналом проводимости, если на затворе GA присутствует низкий (относительно подложки) потенциал, последний закрыт, а потенциальные ямы под фазными электродами мишени изолированы от стоковой области за счет этого барьерного смещения. Тогда на самой фотомишени инициируется процесс накопления зарядовых фотоэлектронов под электродами Ф2Н (см. фиг. 6а).As shown in FIG. 6, the GA gate is an “electronic” gate of the accumulation section. For a photo-receiver with a three-phase charge transfer and with an n-channel conduction, if the gate GA has a low (relative to the substrate) potential, the latter is closed, and the potential wells under the phase electrodes of the target are isolated from the drain region due to this barrier bias. Then at the phototarget itself, the process of accumulation of charge photoelectrons under the F2H electrodes is initiated (see Fig. 6a).

Когда на затвор GA подается высокий потенциал, то потенциальный барьер снимается, затвор открывается, а на мищени исключается процесс накопления фотоэлектронов. Это объясняется тем, что носители, не задерживаясь в потенциальных ямах под фазными электродами Ф2Н, устремляются в более глубокие ямы, создаваемые потенциалом DA в стоковой области, а далее рекомбинируют в подложку фотоприемника (см. фиг. 6б).When a high potential is applied to the GA gate, the potential barrier is removed, the gate opens, and the accumulation of photoelectrons is eliminated on the target. This is explained by the fact that the carriers, not lingering in the potential wells under the phase electrodes F2N, rush into deeper wells created by the potential DA in the drain region, and then recombine into the substrate of the photodetector (see Fig. 6b).

Очевидно, что совершенно аналогично реализуется «электронный» затвор GB с антиблюминговой областью, управляемой потенциалом DB, когда они встроены в секцию памяти 1-2 вокруг фазных электродов Ф2П, как показано на фиг. 6.Obviously, the “electronic” shutter GB with the anti-blooming area controlled by the potential DB, when they are embedded in the memory section 1-2 around the F2P phase electrodes, as shown in FIG. 6

Для всех четырех изолированных мишеней матрицы 1 ПЗС действует параллельное управление, которое обеспечивает процесс текущего накопления зарядового рельефа в соответствии с длительностью, задаваемой выходным импульсом на входе электронного затвора сенсора каждой мишени, т.е. через GA1, GA2, GA3 и GA4, как показано на фиг. 1.For all four isolated CCD 1 targets, a parallel control operates, which ensures the current accumulation of charge relief in accordance with the duration specified by the output pulse at the input of the electronic shutter of the sensor of each target, i.e. through GA1, GA2, GA3 and GA4, as shown in FIG. one.

Организация этого параллельного управления может быть осуществлена за счет «размножения» импульсных сигналов при помощи внешних буферных каскадов для готовых микросхем, реализующих набор (комплект) необходимых управляющих напряжений.The organization of this parallel control can be carried out by “multiplying” the pulse signals with the help of external buffer stages for ready-made circuits that implement a set (set) of necessary control voltages.

Предлагаемый в настоящем техническом решении способ управления чувствительностью телевизионной камеры может быть реализован и для двух других технологических вариантов матрицы ПЗС, т.е. для сенсоров, изготовленных соответственно по методу «строчный перенос» и «строчно-кадровый перенос» [2, с. 134-137]. При этом фотоприемная область этих приборов, в которой вертикально расположенные линейки светочувствительных элементов чередуются с вертикальными линейками изолированных от света пикселов, должна быть технологически подготовлена аналогично секции накопления матрицы ПЗС кадрового переноса, т.е. путем разделения по горизонтали на n изолированных друг от друга мишеней с одинаковым форматом.The method of controlling the sensitivity of a television camera proposed in the present technical solution can be implemented for two other technological variants of the CCD matrix, i.e. for sensors manufactured respectively by the method of "line transfer" and "line-frame transfer" [2, p. 134-137]. At the same time, the photo-receiving area of these devices, in which the vertically positioned lines of photosensitive elements alternate with vertical lines of pixels isolated from light, should be technologically prepared similarly to the accumulation section section of the CCD of the personnel transfer, i.e. by dividing horizontally into n isolated targets with the same format.

Рассмотрим анонсированную ранее структурную схему АРВН на фиг. 2. Она содержит формирователь 2 сигналов «окон» для фотометрирования сенсора, последовательно соединенные первый пиковый детектор 3 и первый широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 4, последовательно соединенные второй пиковый детектор 5 и второй ШИМ 6, последовательно соединенные третий пиковый детектор 7 и третий ШИМ 8, а также последовательно соединенные четвертый пиковый детектор 9 и четвертый ШИМ 10. Информационные входы всех четырех шести пиковых детекторов (3, 5, 7, 9) подключены к выходу видео фотоприемника 1, а управляющие входы этих пиковых детекторов - соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам формирователя 2. Пятый выход формирователя 2 подключен к входам сброса всех четырех пиковых детекторов (3, 5, 7, 9).Consider the previously announced structural scheme of ARVN in FIG. 2. It contains the shaper 2 signals "windows" for photometric measurement of the sensor, serially connected the first peak detector 3 and the first pulse-width modulator (PWM) 4, connected in series the second peak detector 5 and the second PWM 6, connected in series the third peak detector 7 and the third The PWM 8 and the fourth peak detector 9 and the fourth PWM 10 are connected in series. The information inputs of all four six peak detectors (3, 5, 7, 9) are connected to the output of the video sensor 1, and the control inputs of these peak sensors detectors - to first, second, third and fourth outputs of the driver 2. The fifth output of the generator 2 is connected to the reset inputs of all four peak detectors (3, 5, 7, 9).

Выход блока 4 подключен к электронному затвору GA1 мишени 1-1-1, выход блока 6 - к электронному затвору GA2 мишени 1-1-2, выход блока 8 -к электронному затвору GA3 мишени 1-1-3, а выход блока 10 - к электронному затвору GA4 мишени 1-1-4. Предполагается, что в телевизионной камере от ее микроконтроллера на вход формирователя 2 сигналов «окон» подаются импульсы запуска и синхронизации.The output of block 4 is connected to the electronic shutter GA1 of target 1-1-1, the output of block 6 is connected to the electronic shutter GA2 of target 1-1-2, the output of block 8 is to the electronic shutter GA3 of target 1-1-3, and the output of block 10 is to the electronic shutter GA4 targets 1-1-4. It is assumed that in the television camera from its microcontroller to the input of the shaper 2 signals of the "windows" are fed start and synchronization pulses.

Формирователь 2 предназначен для реализации четырех импульсных сигналов (см. фиг. 4б-4д), которые подаются на управляющие входы пиковых детекторов. Для получения этих сигналов может быть использован трехразрядный двоичный счетчик [см., например, 3, с. 168-170].Shaper 2 is designed to implement four pulse signals (see Fig. 4b-4d), which are fed to the control inputs of the peak detectors. A three-bit binary counter can be used to obtain these signals [see, for example, 3, p. 168-170].

Трансляцией через формирователь 2 от микроконтроллера телевизионной камеры осуществляется подача кадрового синхроимпульса положительной полярности для выполнения в начале каждого кадра обнуления (сброса) всех четырех пиковых детекторов (3, 5, 7, 9).Broadcasting through the shaper 2 from the television camera microcontroller provides a frame sync pulse of positive polarity to zero out (reset) all four peak detectors (3, 5, 7, 9) at the beginning of each frame.

Пиковые детекторы предназначены для регистрации максимального уровня аналогового видеосигнала, поступающего на их информационные входы в интервале присутствия высокого уровня импульсного сигнала на их управляющих входах.Peak detectors are designed to register the maximum level of an analog video signal arriving at their information inputs in the presence of a high level of a pulse signal at their control inputs.

Каждый из пиковых детекторов может быть выполнен на базе двух операционных усилителей (ОУ) по схеме, предложенной в работе [4, с. 301]. Особенностью схемы, представленной на фиг. 3, является выбор первого (входного) ОУ. Этот ОУ дополнительно должен иметь управляющий вход для реализации внешнего управления резервной мощностью и рабочей точкой с помощью внешнего напряжения смещения. Примером выполнения такого ОУ является микросхема СА3078Т фирмы RCA (США).Each of the peak detectors can be made on the basis of two operational amplifiers (OA) according to the scheme proposed in [4, p. 301]. The feature of the circuit shown in FIG. 3, is the selection of the first (input) op-amp. This OU must additionally have a control input for implementing external control of the reserve power and operating point using an external bias voltage. An example of such an opamp is a CA3078T chip from RCA (USA).

Импульсные сигналы, которые необходимо подать на управляющие входы всех четырех пиковых детекторов (3, 5, 7, 9), представлены на временных диаграммах, изображенных соответственно на фиг. 4б, 4в, 4г, 4д.The pulse signals that need to be applied to the control inputs of all four peak detectors (3, 5, 7, 9) are represented in the time diagrams, shown respectively in FIG. 4b, 4v, 4g, 4d.

Выходные сигналы пиковых детекторов 3, 5, 7 и 9 являются управляющими напряжениями для блоков 4, 6, 8 и 10 широтно-импульсного модулятора (ШИМ), на выходах каждого из которых будет сформирован «автономный» цифровой сигнал накопления (см. фиг. 5б).The output signals of peak detectors 3, 5, 7, and 9 are control voltages for blocks 4, 6, 8, and 10 of a pulse-width modulator (PWM), at the outputs of each of which an “autonomous” digital accumulation signal will be generated (see Fig. 5b ).

Отметим, что этот сигнал может изменяться в течение кадра от максимального значения отсчета

до его минимального отсчета

в зависимости от величины входного управляющего напряжения.Note that this signal may change during a frame from the maximum reference value.

to its minimum count

depending on the magnitude of the input control voltage.

Для выполнения своей функциональной «обязанности» цифровой сигнал накопления подается на управляющий вход сенсора, являющийся его «электронным» затвором GA.To fulfill its functional “duty”, a digital accumulation signal is fed to the control input of the sensor, which is its “electronic” gate GA.

Очевидно, что такой процесс оптимизированного накопления зарядов на секции 1-1 матрицы ПЗС в зависимости от уровня освещенности контролируемой сцены будет происходить параллельно и на всех четырех мишенях 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 и 1-1-4 путем управления через соответствующие затворы GA1, GA2, GA3 и GA4 (см. фиг. 1).It is obvious that such a process of optimized accumulation of charges on section 1-1 of the CCD matrix, depending on the level of illumination of the monitored scene, will occur in parallel and on all four targets 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 and 1- 1-4 by controlling through the corresponding gates GA1, GA2, GA3 and GA4 (see FIG. 1).

Устройства, изображенные на фиг. 1-2, работают следующим образом.The devices shown in FIG. 1-2, work as follows.

Оптическое изображение наблюдаемой сцены в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов проецируется на секцию накопления 1-1 матрицы ПЗС, а, следовательно, и на все четыре составляющие ее мишени (1-1-1, 1-1-2, 1-1-3, 1-1-4).The optical image of the observed scene in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects is projected onto the accumulation section 1-1 of the CCD matrix, and, therefore, onto all four targets making it (1-1-1, 1-1-2, 1- 1-3, 1-1-4).

Пусть в нашем примере, показанном на фиг. 7, в условиях высокой освещенности наблюдаемого сюжета оказывается область, которую занимает «Окно» 1; в условиях слабо пониженной освещенности - «Окно» 2; в условиях средне пониженной освещенности - «Окно» 3, а в условиях существенно пониженной освещенности - «Окно» 4.In our example shown in FIG. 7, in the conditions of high illumination of the observed plot, there appears an area occupied by the “Window” 1; in low light conditions - “Window” 2; in conditions of moderately low illumination - “Window” 3, and in conditions of significantly reduced illumination - “Window” 4.

В интервале прямого хода каждого телевизионного кадра происходит процесс оптимизированного накопления зарядов в светочувствительных пикселах всех четырех мишеней 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 и 1-1-4 пропорционально освещенности контролируемого сюжета.In the interval of the direct course of each television frame, the process of optimized accumulation of charges in the photosensitive pixels of all four targets 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 and 1-1-4 occurs in proportion to the illumination of the controlled plot.

В течение промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки заряды всех строк, участвовавших в накоплении, переносятся в экранированные от света пикселы, расположенные на секции 1-2 памяти.During the interval of the subsequent interval of the reverse frame sweep, the charges of all the lines participating in the accumulation are transferred to the pixels shielded from light located in section 1-2 of the memory.

Затем в новом кадровом цикле выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты переносятся из секции 1-2 памяти на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода строчной развертки новыми зарядами выходной регистр сдвига 1-3.Then, in the new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred from section 1-2 of the memory to the periphery of the photodetector crystal, loading the output shift register 1-3 in the backward interval of the horizontal scan.

Зарядовые пакеты каждой строки в каждом последующем кадровом цикле поэлементно считываются в БПЗН 1-4, формируя на его выходе аналоговый видеосигнал наблюдаемого изображения.The charge packets of each row in each subsequent frame cycle are read elementwise in BPSN 1–4, forming at its output an analog video signal of the observed image.

Технический результат заявляемого решения обеспечивается тем, что в телевизионной камере будут в полностью автоматическом режиме получены оптимальные показатели для времени накопления (Т_н) применительно ко всем п участкам площади мишени матрицы ПЗС.The technical result of the proposed solution is ensured by the fact that the optimal performance of the accumulation time (T _n ) for all n areas of the target area of the CCD matrix will be obtained in a fully automated mode in a television camera.

Следовательно, по сравнению с прототипом [1], будет достигнуто повышенное отношение сигнал/шум (ψ) формируемого видеосигнала и соответственно увеличение чувствительности для тех участков изображения, которые регистрируются при низкой освещенности (яркости) соответствующих им объектов.Consequently, in comparison with the prototype [1], an increased signal-to-noise ratio (форми) of the generated video signal will be achieved and, accordingly, an increase in sensitivity for those parts of the image recorded at low illumination (brightness) of the corresponding objects.

В настоящее время все блоки и элементы комментируемой структурной схемы, реализующей предлагаемый способ управления чувствительностью телевизионной камеры на матрице ПЗС в условиях сложной освещенности и/или яркости объектов освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.At present, all the blocks and elements of the commented block diagram that implements the proposed method of controlling the sensitivity of a television camera on a CCD in difficult illumination and / or brightness of objects are mastered or can be mastered by domestic industry.

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2399164. МПК H04N 5/335; H04N 5/217. Способ формирования сигнала изображения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2010. - №25.1. RF patent №2399164. IPC H04N 5/335; H04N 5/217. The method of forming the image signal. / V.M. Smelkov // B.I. - 2010. - №25.

2. Владо Дамьяновски. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. Перевод с англ. - М.: «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.2. Vlado Damyanovski. CCTV. Bible CCTV. Digital and network technologies. Translation from English - M .: ISP Press, 2006.

3. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1988.3. Tokheim R. Basics of digital electronics. Translation from English - M .: Mir, 1988.

4. Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. Перевод с англ. - М.: «БИНОМ», 1994.4. Peyton A.J., Volsh V. Analog electronics on operational amplifiers. Translation from English - M .: "BINOM", 1994.

Claims

1. The method of controlling the sensitivity of a television camera on a CCD matrix in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects, which consists in that information charges are accumulated on a target (accumulation section) of a CCD matrix with a personnel transfer organization with a frame period voltage to automatically adjust the accumulation time (ARVN), transfer information charges with the frequency of personnel transfer from the accumulation section to the light-shielded memory section, transfer information line by line charge charges from the memory section to the output register in the horizontal flyback interval, and in the horizontal line forward stroke interval, transfer information charges from the output register to the output CCD array unit with simultaneous conversion of the charge into the video signal voltage, and in the accumulation section in the interval between personnel transferring the current frame and the accumulation cycle of the subsequent frame removes excess charges into the photodetector substrate by technological organization of the anti-blooming area and an electronic shutter in the accumulation section, while personnel transfer of information charges from the accumulation section to the memory section is carried out on the final interval of the vertical sweep of the personnel sweep with the corresponding time delay of accumulating information charges, and in the interval of the reverse of the vertical sweep, preceding the transfer of information charges, carry out cleaning of the memory section from the parasitic charges due to their movement with the frequency of personnel transfer to Exit register or due to their removal to the photodetector substrate by technological organization of the anti-blooming area and electronic shutter in the memory section, characterized in that the accumulation section of the CCD matrix is divided horizontally into n isolated from each other targets with the same format, which have a parallel process control photodetection and scanning, the magnitude of the control voltage ARVN and, accordingly, the duration of the accumulation of information charges per frame are determined separately for each oh this single target by the peak value of the video signal generated at the output of the photodetector during the corresponding time interval within the forward course of the frame.

2. The method of controlling the sensitivity of a television camera on a CCD matrix in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects according to claim 1, characterized in that the CCD matrix has a “line transfer” or “line-frame transfer” circuit design organization divided horizontally into n isolated from each other targets with the same format.