RU2685219C1 - Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects - Google Patents

Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects Download PDF

Info

Publication number
RU2685219C1
RU2685219C1 RU2018130896A RU2018130896A RU2685219C1 RU 2685219 C1 RU2685219 C1 RU 2685219C1 RU 2018130896 A RU2018130896 A RU 2018130896A RU 2018130896 A RU2018130896 A RU 2018130896A RU 2685219 C1 RU2685219 C1 RU 2685219C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
accumulation
transfer
ccd
frame
interval
Prior art date
Application number
RU2018130896A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Смелков
Original Assignee
Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Михайлович Смелков filed Critical Вячеслав Михайлович Смелков
Priority to RU2018130896A priority Critical patent/RU2685219C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2685219C1 publication Critical patent/RU2685219C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof

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 (CCD), in which electronic sensitivity control is provided due to changes in the intraframe accumulation time. Accumulation section of the CCD matrix has 1:1 format and is divided horizontally into n isolated targets from each other with the same format, wherein the value of the automatic adjustment accumulation time (AAAT) control voltage and the accumulation time of the information charges per frame are determined separately for each said target from the peak value of the video signal, and the output register is made in the form of two adjacent linear registers acting in turn to the first two-channel charge-voltage converting unit (CVCU) in one direction or to the second two-channel CVCU in the opposite direction, wherein in order to optimize the accumulation mode selection of the CCD matrix, spatial rotation of the photoreceiver around the centre point of its target is performed through angle of 90°.EFFECT: technical result is to automatically increase sensitivity for these fragments of a television frame with low illumination by increasing accumulation time for them and with possibility of correct selection of their spatial position, as well as simultaneous implementation of saving power consumption of the photodetector.1 cl, 9 dwg

Description

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 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 provide 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 (БПЗН), 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 direct line scan interval, information charges are transferred element by element from the output register to the output block of the CCD with simultaneous conversion of charge into video signal voltage (BPSR), and in the accumulation section in the interval between the frame transfer of the current frame and the accumulation cycle of the subsequent frame the excess charges are diverted photodetector substrate by the technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in the accumulation section, with the personnel transfer of information charges from the accumulation section in the memory section is 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 rate to the output register or due to their removal to the photodetector substrate by the technological organization and antiblyumingovoy region and the electronic shutter in the memory section.

Отметим, что у прототипа [1] текущая загрузка информационными зарядовыми пакетами выходного регистра матрицы ПЗС выполняется в пределах временного промежутка, который в телевизионной развертке занимает интервал τо.х.с - длительность обратного хода по строке. Перенос этих зарядовых пакетов вдоль выходного регистра и считывание в БПЗН производится с частотой поэлементного переноса ƒ3.Note that in the prototype [1], the current loading of information charge packets of the output register of the CCD array is performed within a time interval, which in the television scan takes the interval τ о.х.с - the duration of the return stroke on the line. The transfer of these charge packets along the output register and the reading in the BPSN is performed with the element-transfer frequency 3 .

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 и с возможностью правильного выбора их пространственного положения, а также с одновременной реализацией экономии энергопотребления фотоприемника.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 and with the possibility of the correct choice of their spatial position, as well as with the simultaneous implementation of energy saving of the photodetector.

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 (БПЗН), 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 имеет формат (отношение ширины секции к ее высоте) 1:1 и разделена по горизонтали на n 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, при этом частоту поэлементного переноса зарядовых пакетов ƒэ снижают в два раза, а выходной регистр выполняют в виде двух смежных линейных регистров, действующих поочередно на первый двухканальный БПЗН в одном направлении или на второй двухканальный БПЗН в противоположном направлении, при этом каждый из этих линейных регистров содержит половину элементов от числа пикселов для каждой фотоприемной строки, а в интервале τо.х.с. загружают зарядовыми пакетами текущей информационной строки оба линейных» регистра последовательно во времени и раздельно для нечетных и четных пикселов этой строки, а число фазных электродов для отдельно взятого пиксела в обоих линейных регистрах должно быть четным, составляя показатель 2 или 4, причем для оптимизации выбора режима накопления матрицы ПЗС реализуют пространственный поворот фотоприемника вокруг центральной точки его мишени на угол 90°.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 direct line scan interval, information charges are transferred element by element from the output register to the output block of the CCD with simultaneous conversion of charge into video signal voltage (BPSR), and in the accumulation section in the interval between the frame transfer of the current frame and the accumulation cycle of the subsequent frame the excess charges are diverted photodetector substrate by the technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in the accumulation section, with the personnel transfer of information charges from the accumulation section in the memory section is 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 rate to the output register or due to their removal to the photodetector substrate by the technological organization and the anti-blooming area and the electronic shutter in the memory section, is solved in that the accumulation section of the CCD array has a format (ratio of section width to its height) 1: 1 and is divided horizontally into n isolated from each other targets with the same format control of photoreceiving and scanning processes; in this case, the magnitude of the control voltage ARVN and, accordingly, the duration of accumulation of information charges per frame are determined separately for each of this separately taken target by the peak sign eniyu video signal generated at the photodetector output during the corresponding time slot within the forward stroke of the frame, wherein the frequency of the element-wise transfer of charge packets ƒ e is reduced by half, and the output register is in the form of two adjacent linear registers acting alternately on the first dual BPZN in one direction or on the second two-channel BPSR in the opposite direction, each of these linear registers contains half of the elements of the number of pixels for each photodetector Troki, and in the interval τ o.h.s. charge the charge packets of the current information line both linear "registers consistently in time and separately for odd and even pixels of this line, and the number of phase electrodes for a single pixel in both linear registers must be even, making 2 or 4, and to optimize the choice of mode CCD array accumulations realize the spatial rotation of the photodetector around the center point of its target through an angle of 90 °.

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;

- выбором одного из двух возможных пространственных положений матрицы ПЗС путем поворота ее мишени на угол 90° относительно предыдущего положения;- choosing one of two possible spatial positions of the CCD matrix by rotating its target through an angle of 90 ° relative to the previous position;

- 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;

- новой организацией выходного регистра матричного фотоприемника, снабженного двумя БПЗН, с реализацией поэлементного переноса зарядов вдоль выходного регистра в двух противоположных направлениях;- the new organization of the output register of the matrix photodetector, equipped with two BPSNs, with the implementation of element-by-element charge transfer along the output register in two opposite directions;

- выполнением экономии энергопотребления матричного фотоприемника за счет снижения в два раза частоты поэлементного переноса ƒ3 а также новой организацией в нем составляющих его блоков: выходного регистра и БПЗН. Согласно заявляемому способу выходной регистр состоит из двух параллельно действующих регистров, а каждый из двух БПЗН является двухканальным блоком. При этом зарядовые сигналы будут регистрироваться в первом или во втором БПЗН в правильном фазовом соотношении за счет выбора четного показателя для числа фазных электродов применительно к отдельно взятому элементу этих регистров.- implementation of energy saving of the matrix photodetector due to the halving of the frequency of element-by-element transfer ƒ 3 as well as the new organization in it of its constituent units: the output register and BPS. According to the claimed method, the output register consists of two parallel registers, and each of the two BPSNs is a two-channel block. In this case, the charge signals will be recorded in the first or in the second BPSN in the correct phase ratio due to the choice of an even indicator for the number of phase electrodes in relation to a single element of these registers.

Здесь важно отметить следующее. Из монографии [2, с. 153] известно, что в n-канальном ПЗС с размером ячейки 30 мкм, работающем на частоте 1 МГц, зарядовый пакет величиной 0,5 пКл потребляет удельную мощность около 2,8 нВт/элемент. И эта величина растет как квадрат рабочей частоты!Here it is important to note the following. From the monograph [2, p. 153] it is known that in an n-channel CCD with a cell size of 30 μm, operating at a frequency of 1 MHz, a charge packet of 0.5 pC consumes a specific power of about 2.8 nW / cell. And this value grows as the square of the working frequency!

При организации для матричного фотоприемника на ПЗС такого режима управления поэлементным переносом зарядовых пакетов разрешающая способность видеосигнала наблюдаемого сюжета остается неизменной, а энергопотребление телевизионной камеры на базе такого сенсора - «тормозится», компенсируя полностью или частично сопутствующие энергетические затраты.When organizing such a mode of element-by-element charge transfer control for a matrix photodetector on a CCD, the resolution of the video signal of the observed plot remains unchanged, and the power consumption of a television camera based on such a sensor is “decelerated”, compensating for the full or partial associated energy costs.

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 кадрового переноса с тремя изолированными мишенями (n=3); на фиг. 2 показаны два рабочих положения матричного фотоприемника, в которых относительно друг друга реализован пространственный поворот мишени на угол 90°; на фиг. 3 представлена структурная схема устройства, поясняющая реализацию заявляемого способа управления чувствительностью и являющаяся, по сути, схемой замысла новой АРВН фотоприемника; на фиг. 4 - пример выполнения принципиальной схемы пикового детектора, три из которых приняты (обозначены) на фиг. 3; на фиг. 5б - 5г относительно временного положения гасящего импульса строк, показанного на фиг. 5а, приведены эпюры управляющих сигналов для получения необходимых областей («окон») фотометрирования зарядового рельефа фотоприемника; на фиг. 6б - эпюра, иллюстрирующая временное положение выходного сигнала устройства АРВН (относительно кадрового гасящего импульса, представленного на фиг. 6а); на фиг. 7 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. 8а) и 8б) показано положение трех «окон» фотометрирования секции накопления матрицы ПЗС в условиях ее сложной освещенности и/или сложной яркости применительно к двум рабочим положениям фотоприемника; на фиг. 9 - эпюры, поясняющие управление первым и вторым линейными регистрами фотоприемника, в котором управление поэлементным переносом осуществляется согласно заявляемому способу.FIG. 1 shows the schematic organization of the CCD personnel transfer with three isolated targets (n = 3); in fig. 2 shows two working positions of the matrix photodetector, in which the spatial rotation of the target through an angle of 90 ° is realized relative to each other; in fig. 3 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. 4 shows an exemplary embodiment of a peak detector circuit diagram, three of which are adopted (indicated) in FIG. 3; in fig. 5b - 5g relative to the temporary position of the extinguishing pulse of the rows shown in FIG. 5a shows diagrams of control signals for obtaining the necessary areas ("windows") of photometry of the charge relief of a photodetector; in fig. 6b is a plot illustrating the temporal position of the output signal of the ARVN device (relative to the vertical damping pulse shown in FIG. 6a); in fig. 7 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. 8a) and 8b) shows the position of the three “windows” of photometry of the accumulation section of the CCD array under conditions of its complex illumination and / or complex brightness with reference to two working positions of the photodetector; in fig. 9 are diagrams explaining the management of the first and second linear registers of the photodetector, in which the control of elementwise transfer is carried out according to the claimed method.

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, первого линейного регистра 1-3-(1), второго линейного регистра 1-3-(2), первого БПЗН 1-4-(1) и второго БПЗН 1-4-(2).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, first linear register 1-3- (1), second linear register 1-3- (2), the first BPSN 1-4- (1) and the second BPSN 1-4- (2).

Штрихпунктирные линии на фиг. 1 показывают выделение на секции 1-1 накопления фотоприемника трех изолированных мишеней с одинаковым форматом, т.е. n=3. Введем обозначение данных сенсоров соответственно как: 1-1-1, 1-1-2 и 1-1-3.The dash-dotted lines in FIG. 1 shows the selection in section 1-1 of the accumulation of a photodetector of three isolated targets with the same format, i.e. n = 3. We introduce the designation of these sensors, respectively, as: 1-1-1, 1-1-2 and 1-1-3.

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.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.

По второму варианту исполнения матрицы ПЗС антиблюминговая область и электронный затвор GB дополнительно встроены и в секцию памяти 1-2.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. 7, затвор GA является «электронным» затвором секции накопления. Для фотоприемника с трехфазным зарядовым переносом в секциях (накопления и памяти) 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. 7а).As shown in FIG. 7, the GA gate is an “electronic” gate of the accumulation section. For a photo-receiver with three-phase charge transfer in sections (accumulation and memory) and with n-channel conductivity, 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 insulated from the drain region due to this barrier offsets. Then on the phototarget itself the process of accumulation of charge photoelectrons under the F2H electrodes is initiated (see Fig. 7a).

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. 7б).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. 7b).

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. 7.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. 7

Для всех трех 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 и GA3, как показано на фиг. 1.For all three isolated targets of the CCD 1, a parallel control operates, which ensures the process of current charge relief accumulation 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 and GA3, 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» [3, 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, а выходной регистр этих сенсоров выполнен в виде двух смежных линейных регистров, действующих поочередно на первый двухканальный БПЗН или при изменении направления (реверсе) поэлементного переноса - на второй двухканальный БПЗН.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” [3, 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, and the output register of these sensors is made in the form of two adjacent linear registers acting alternately on the first two-channel BPSN or when changing the direction (reverse) of elementwise transfer - on the second two-channel BPSN.

Рассмотрим анонсированную ранее структурную схему АРВН на фиг. 3. 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, а также последовательно соединенные третий пиковый детектор 7 и третий ШИМ 8. Информационные входы всех трех пиковых детекторов (3, 5, 7) подключены к выходу видео фотоприемника 1, а управляющие входы этих пиковых детекторов - соответственно к первому, второму и третьему выходам формирователя 2.Consider the previously announced structural scheme of ARVN in FIG. 3. It contains the shaper 2 signals "windows" for photometric measurement of the sensor, 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, and the third peak detector 7 connected in series and the third PWM 8. The information inputs of all three peak detectors (3, 5, 7) are connected to the video output of the photodetector 1, and the control inputs of these peak detectors are respectively to the first, second and third outputs of the imaging unit 2.

Четвертый выход формирователя 2 подключен к входам сброса всех трех пиковых детекторов (3, 5, 7).The fourth output of the driver 2 is connected to the reset inputs of all three peak detectors (3, 5, 7).

Выход блока 4 подключен к электронному затвору GA1 мишени 1-1-1, выход блока 6 - к электронному затвору GA2 мишени 1-1-2, а выход блока 8 - к электронному затвору GA3 мишени 1-1-3. 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, and the output of block 8 to the electronic shutter GA3 of target 1-1-3. 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 трех импульсных сигналов (см. фиг. 5б - 5г), которые подаются на управляющие входы пиковых детекторов. Для получения этих сигналов может быть использован трехразрядный двоичный счетчик [см., например, 4, с. 168-170].Shaper 2 is designed to implement three pulse signals (see Fig. 5b - 5d), which are fed to the control inputs of peak detectors. A three-bit binary counter can be used to obtain these signals [see, for example, 4, 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 трех пиковых детекторов (3, 5, 7).Broadcasting through the shaper 2 from the television camera microcontroller provides a frame sync pulse of positive polarity for zeroing (resetting) all three peak detectors (3, 5, 7) 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 [5, 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 [5, 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 трех пиковых детекторов (3, 5, 7), представлены на временных диаграммах, изображенных соответственно на фиг. 5б, 5в, 5г.The pulse signals that need to be applied to the control inputs of all three peak detectors (3, 5, 7) are represented in the time diagrams shown respectively in FIG. 5b, 5b, 5g.

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

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

Figure 00000001
до его минимального отсчета
Figure 00000002
в зависимости от величины входного управляющего напряжения.Note that this signal may change during a frame from the maximum reference value.
Figure 00000001
to its minimum count
Figure 00000002
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 трех мишенях 1-1-1, 1-1-2 и 1-1-3 путем управления через соответствующие затворы GA1, GA2 и GA3 (см. фиг. 1).It is obvious that such a process of optimized charge accumulation 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 three targets 1-1-1, 1-1-2 and 1-1-3 by controlling through the corresponding gates GA1, GA2 and GA3 (see FIG. 1).

Устройства, изображенные на фиг. 1-3, работают следующим образом.The devices shown in FIG. 1-3, work as follows.

Допустим, что по умолчанию фотоприемник на ПЗС занимает пространственное положение, показанное на фиг. 2а.Assume that, by default, a photodetector on a CCD occupies the spatial position shown in FIG. 2a

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 три составляющие ее мишени (1-1-1, 1-1-2, 1-1-3).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, consequently, onto all three targets making it (1-1-1, 1-1-2, 1- 1-3).

Пусть в нашем примере, показанном на фиг. 8а, в условиях высокой освещенности наблюдаемого сюжета оказывается область, которую занимает «Окно» 1; в условиях слабо пониженной освещенности - «Окно» 2; а в условиях существенно пониженной освещенности - «Окно» 3.In our example shown in FIG. 8a, 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; and in conditions of significantly reduced illumination - the “Window” 3.

В интервале прямого хода каждого телевизионного кадра происходит процесс оптимизированного накопления зарядов в светочувствительных пикселах всех трех мишеней 1-1-1, 1-1-2 и 1-1-3 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 three targets 1-1-1, 1-1-2 and 1-1-3 occurs in proportion to the illumination of the monitored plot.

В течение промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки заряды всех строк, участвовавших в накоплении, переносятся в экранированные от света пикселы, расположенные в 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 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 (τо.х.с) новыми зарядами оба линейных регистра. Заметим, что на фиг. 1 затворы загрузки показаны утолщенными линиями.Then, in the new frame 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 in the horizontal sweep interval (τ fx ) the new charges linear register. Note that in FIG. 1 loading closures are shown by thick lines.

Рассмотрим подробнее «механизм» зарядовой загрузки, используя временные диаграммы сигналов, представленные на фиг. 9.Let us consider in more detail the “charge loading” mechanism using the time diagrams of the signals presented in FIG. 9.

На фиг. 9а изображена эпюра сигнала для строчного гасящего импульса телевизионной развертки, активно действующего в течение интервала τо.х.с. с периодом строк Тс.FIG. 9a shows the signal plot for the horizontal quenching pulse of a television scan, which is active during the interval τ oh.s. with a period of lines T with .

На фиг. 9б, фиг. 9в показаны эпюры импульсных сигналов, управляющие затворами загрузки второго линейного регистра 1-3-(2) и первого линейного регистра 1-3-(1) соответственно.FIG. 9b, fig. 9c shows the plots of pulse signals that control the loading gates of the second linear register 1-3- (2) and the first linear register 1-3- (1), respectively.

Отметим, что первый линейный регистр 1-3-(1) является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов двух направлениях, а именно: как вдоль регистра, так и поперек (насквозь), т.е. в ячейки второго линейного регистра 1-3-(2).Note that the first linear register 1-3- (1) is universal, ensuring the transfer of charge packets in two directions, namely: both along the register and across (through), i.e. in the cells of the second linear register 1-3- (2).

Для реализации второй функции в зазоры между элементами регистра 1-3-(1), имеющими ширину пиксела, устанавливаются дополнительные электроды (на фиг. 1 они отмечены пунктиром), соединенные между собой и подключенные к постоянному напряжению, величина которого не менее управляющего потенциала зарядового переноса. Эти дополнительные электроды выполняют одновременно и другую важную роль, а именно: исключают зарядовые потери при переносе в регистре 1-3-(1). По этой причине точно такие же дополнительные электроды устанавливаются и в зазоры между элементами регистра 1-3-(2).To implement the second function, additional electrodes (marked with a dotted line in Fig. 1) are connected to each other and connected to a constant voltage, the value of which is not less than the control potential of the charge. transfer. These additional electrodes simultaneously perform another important role, namely: exclude charge losses during transfer in register 1-3- (1). For this reason, exactly the same additional electrodes are installed in the gaps between the elements of the register 1-3- (2).

На фиг. 9г, фиг. 9д представлены эпюры импульсных сигналов, управляющие работой обоих линейных регистров параллельно применительно для двухфазной системы зарядового переноса зарядов, где Тэ=1/ƒэ - период поэлементного переноса зарядовых пакетов.FIG. 9g, FIG. 9d are diagrams of pulse signals that control the operation of both linear registers in parallel as applied to a two-phase charge transfer charge system, where T e = 1 / ƒ e is the element-by-element transfer period of charge packets.

В промежутке

Figure 00000003
τо.х.с. - интервале активного действия импульса на фиг. 9б через открытый затвор загрузки в регистр 1-3-(2), в ячейки под первыми фазными электродами, будут поступать заряды первого, третьего, пятого и других нечетных элементов этой строки.In the interim
Figure 00000003
τ oh.s. - the active pulse interval in FIG. 9b through the open gate of the load in the register 1-3- (2), in the cells under the first phase electrodes, the charges of the first, third, fifth and other odd elements of this row will be received.

А в последующем интервале

Figure 00000004
τо.х.с. - интервале активного действия импульса, изображенного на фиг. 9в, через открытый затвор, в ячейки под первыми фазными электродами, будет загружаться зарядами регистр 1-3-(1), но применительно для второго, четвертого, шестого и других четных элементов этой строки.And in the subsequent interval
Figure 00000004
τ oh.s. - the interval of active action of the pulse depicted in FIG. 9b, through the open gate, into the cells under the first phase electrodes, the registers 1-3- (1) will be loaded by charges, but applied to the second, fourth, sixth, and other even-numbered elements of this row.

Отметим, что в этом временном промежутке зарядовые пакеты, загруженные ранее в линейный регистр 1-3-(2), остаются там «на своих местах», находясь потенциальных ямах этого регистра в режиме хранения.Note that in this time interval the charge packets loaded earlier in the linear register 1-3- (2) remain “in their places”, being the potential wells of this register in the storage mode.

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

Далее в телевизионной камере аналоговый видеосигнал изображения преобразуется в цифровой видеосигнал и выполняется его запись в оперативную или постоянную память в составе единого конструктивно реализованного устройства.Next, in the television camera, the analog video signal of the image is converted into a digital video signal and recorded in the operational or permanent memory as part of a single structurally implemented device.

Технический результат заявляемого решения обеспечивается тем, что в телевизионной камере будут в полностью автоматическом режиме получены оптимальные показатели для времени накопления (Tн) применительно ко всем n 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 is obtained in a fully automated camera mode.

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, и, что не менее важно, - с выполнением экономии по энергопотреблению сенсора.Therefore, in comparison with the prototype [1], an increased signal-to-noise ratio (ψ) of the generated video signal and, accordingly, an increase in sensitivity for those parts of the image that are recorded at low illumination (brightness) of the corresponding objects, and, equally important, will be achieved - with the implementation of energy saving sensor.

Допустим, что условия сложной освещенности наблюдаемой сцены и/или сложной яркости контролируемых объектов существенно изменились с позиции пространственного расположения. А именно, проецируемые на секцию 1-1 накопления фрагменты изображений из «расположенных вертикально» становятся фрагментами «расположенными горизонтально».Assume that the complex illumination conditions of the observed scene and / or the complex brightness of the objects being monitored have significantly changed from the standpoint of spatial location. Namely, image fragments projected onto accumulation section 1-1 from “vertically arranged” become fragments “horizontally arranged”.

Очевидно, что в этой ситуации неизбежна потеря чувствительности телевизионной камеры на ПЗС за счет ошибки в отсчете времени накопления фотоприемника для фрагментов изображений, наблюдаемых в условиях пониженной освещенности.Obviously, in this situation, the loss of sensitivity of a television camera on a CCD is inevitable due to an error in the counting of the photodetector accumulation time for the fragments of images observed in low light conditions.

Но заявляемый способ успешно преодолевает эту «ситуационную» трудность. Для этого необходимо выполнить пространственный поворот фотоприемника (против часовой стрелки) вокруг центральной точки его мишени на угол 90°, т.е. матрица ПЗС будет занимать пространственное положение, показанное на фиг. 2б.But the claimed method successfully overcomes this “situational” difficulty. For this, it is necessary to perform a spatial rotation of the photodetector (counterclockwise) around the center point of its target through an angle of 90 °, i.e. the CCD array will occupy the spatial position shown in FIG. 2b.

В результате для сенсора «окна» фотометрирования становятся ориентированными в пространстве не вертикально, а горизонтально, как представлено на фиг. 8б.As a result, for the sensor the photometric “window” becomes oriented in space not horizontally, but horizontally, as shown in FIG. 8b.

В рассматриваемом примере в условиях высокой освещенности наблюдаемого сюжета там оказывается область, которую занимает «Окно» 3; в условиях слабо пониженной освещенности - «Окно» 2; а в условиях существенно пониженной освещенности - «Окно» 1. Поэтому отсчет времени накопления для каждого из этих фрагментов изображений, осуществляемый за счет пикового детектирования видеосигнала, будет правильным, т.е. реализующим искомый рост чувствительности сенсора.In the considered example, under conditions of high illumination of the observed plot, there appears the region occupied by the “Window” 3; in low light conditions - “Window” 2; and in conditions of significantly reduced illumination - the “Window” 1. Therefore, the accumulation time for each of these fragments of images, performed due to the peak video signal detection, will be correct, i.e. realizing the desired increase in the sensitivity of the sensor.

Затем первый и второй регистры матрицы ПЗС будут поочередно переносить заряды в противоположном направлении, т.е. в сторону второго БПЗН 1-4-(2), где они аналогичным образом регистрируются.Then the first and second registers of the CCD array will alternately transfer the charges in the opposite direction, i.e. in the direction of the second BPSN 1-4- (2), where they are similarly recorded.

В результате этого чувствительность фотоприемника будет повышена. Отметим, что реверсивное движение зарядов в регистрах и введение в состав фотоприемника второго БПЗН необходимо для того, чтобы избежать «зеркальности» формируемого изображения.As a result, the sensitivity of the photodetector will be increased. Note that the reverse movement of charges in the registers and the introduction of the second BPSN in the photodetector is necessary in order to avoid the “specularity” of the image being formed.

Далее, как и при исходном положении фотоприемника, формируемый аналоговый видеосигнал преобразуется в телевизионной камере в цифровой видеосигнал. Но перед считыванием видеосигнала из памяти здесь для.Further, as in the initial position of the photodetector, the generated analog video signal in the television camera is converted into a digital video signal. But before reading the video signal from the memory here for.

полученного цифрового изображения средствами программирования дополнительно выполняется его поворот на 90° (против часовой стрелки).the obtained digital image by means of programming is additionally performed to rotate it 90 ° (counterclockwise).

Заявляемый способ управления чувствительностью рекомендуется использовать в мобильных устройствах, в которых теле- и/или фотокамера конструктивно объединяется с монитором в один прибор.The inventive method of sensitivity control is recommended to be used in mobile devices, in which the television and / or camera constructively integrates with the monitor into one device.

При этом необходимый пространственный поворот матрицы ПЗС на угол 90° осуществляется аналогично выбору ориентации прибора в смартфонах, где предлагается «книжная» или «альбомная» ориентация экрана.In this case, the required spatial rotation of the CCD matrix at an angle of 90 ° is carried out similarly to the choice of orientation of the device in smartphones, where a “portrait” or “landscape” screen orientation is proposed.

Заметим, что в мониторе нашего прибора для видеосигнала, который формируется телевизионной камерой, осуществляется необходимый поворот экрана, что соответствует реализации в смартфоне опции «Адаптивный дисплей».Note that in the monitor of our device for the video signal, which is formed by a television camera, the necessary screen rotation is performed, which corresponds to the realization of the “Adaptive display” option in the smartphone.

В настоящее время все элементы схемотехнической организации упомянутых матричных фотоприемников на ПЗС, а также блоки и элементы комментируемой структурной схемы устройства АРВН сенсора, реализующей предлагаемый способ управления чувствительностью телевизионной камеры, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.At present, all the elements of the circuit organization of the above-mentioned matrix photodetectors on a CCD, as well as blocks and elements of a commented block diagram of an ARVN sensor device implementing the proposed method of controlling the sensitivity of a television camera, have been 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. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Перевод с англ. - «Мир», 1978.2. Seken K., Tompset M. Charge transfer devices. Translation from English - "The World", 1978.

3. Владо Дамьяновски. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. Перевод с англ. - М.: «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.3. Vlado Damyanovski. CCTV. Bible CCTV. Digital and network technologies. Translation from English - M .: ISP Press, 2006.

4. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1988.4. Tokheim R. Basics of digital electronics. Translation from English - M .: Mir, 1988.

5. Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. Перевод с англ. - М.: «БИНОМ», 1994.5. Peyton A.J., Volsh V. Analog electronics on operational amplifiers. Translation from English - M .: "BINOM", 1994.

Claims (1)

Способ управления чувствительностью телевизионной камеры на матрице ПЗС в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов, компьютерной регистрации видеосигнала и его воспроизведения, заключающийся в том, что на мишени (секции накопления) матрицы ПЗС с организацией «кадровый перенос» с периодом кадров накапливают информационные заряды в соответствии с управляющим напряжением для автоматической регулировки времени накопления (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 (БПЗН), 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, отличающийся тем, что секция накопления матрицы ПЗС имеет формат 1:1 и разделена по горизонтали на n 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, при этом частоту поэлементного переноса зарядовых пакетов ƒэ снижают в два раза, а выходной регистр выполняют в виде двух смежных линейных регистров, действующих поочередно на первый двухканальный БПЗН в одном направлении или на второй двухканальный БПЗН в противоположном направлении, при этом каждый из этих линейных регистров содержит половину элементов от числа пикселов для каждой фотоприемной строки, а в интервале τo.х.с. загружают зарядовыми пакетами текущей информационной строки оба линейных» регистра последовательно во времени и раздельно для нечетных и четных пикселов этой строки, а число фазных электродов для отдельно взятого пиксела в обоих линейных регистрах должно быть четным, составляя показатель 2 или 4, причем для оптимизации выбора режима накопления матрицы ПЗС реализуют пространственный поворот фотоприемника вокруг центральной точки его мишени на угол 90°.The method of controlling the sensitivity of a television camera on a CCD matrix under conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects, computer recording of a video signal and its playback, which consists in accumulating information on the target (accumulation section) of a CCD matrix with the frame transfer organization charges in accordance with the control voltage to automatically adjust the accumulation time (ARVN), transfer information charges with the frequency of personnel transfer from the accumulation section to the EC The light section, which is animated from light, transfers information charges line by line from the memory section to the output register in the horizontal sweep interval, and in the forward horizontal stroke interval, transfers the information charges from the output register to the output block of the CCD matrix while simultaneously converting the charge to the video signal voltage ( BPZN), 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 diverted to the photo-photo substrate by the technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in the accumulation section, the 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 the accumulation of information charges, and in the interval of the reverse frame scan, prior to 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 the output register or due to their removal into the photodetector substrate by the technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter in the memory section, characterized in that the accumulation section of the CCD has a 1: 1 format and is divided horizontally on n isolated from each other targets with the same format, which have a parallel operating process of photoreceiving and scanning, while the magnitude of the control voltage ARVN and accordingly lasts lnost accumulating information charges per frame are determined separately for each of the individual target by the peak value of the video signal generated at the photodetector output during the corresponding time slot within the forward stroke of the frame, wherein the frequency of the element-wise transfer of charge packets ƒ e is reduced by half, and the output register is performed as two adjacent linear registers acting alternately on the first two-channel BPSN in one direction or on the second two-channel BPSN in opposite directions ohm direction, with each of these linear registers contains half the elements of the number of pixels for each photodetector line, and in the interval τ o.h.s. charge the charge packets of the current information line both linear "registers consistently in time and separately for odd and even pixels of this line, and the number of phase electrodes for a single pixel in both linear registers must be even, making 2 or 4, and to optimize the choice of mode CCD array accumulations realize the spatial rotation of the photodetector around the center point of its target through an angle of 90 °.
RU2018130896A 2018-08-27 2018-08-27 Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects RU2685219C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130896A RU2685219C1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130896A RU2685219C1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685219C1 true RU2685219C1 (en) 2019-04-17

Family

ID=66168346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018130896A RU2685219C1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685219C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4807037A (en) * 1987-03-06 1989-02-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Low noise CCD image sensor having a plurality of horizontal CCD registers
US4811106A (en) * 1986-05-16 1989-03-07 The General Electric Company, P.L.C. Frame transfer image sensor having two vertical clock standards
US4910588A (en) * 1983-10-13 1990-03-20 Canon Kabushiki Kaisha Image pick-up apparatus with high resolution and anti-bloom characteristics
US4990985A (en) * 1987-07-21 1991-02-05 Nec Corporation Charge coupled device having a parallel-serial converting portion
US5309240A (en) * 1991-01-18 1994-05-03 Nec Corporation CCD linear image sensor including a CCD shift register on both sides of linearly arranged photosensor cells
US5777670A (en) * 1992-10-26 1998-07-07 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Device for controlling transfer in a CCD-type imaging device
US20060029292A1 (en) * 2004-08-04 2006-02-09 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and method, and image sensing apparatus
US20060082670A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Eastman Kodak Company Interline CCD for still and video photography with extended dynamic range
RU2399164C1 (en) * 2009-03-10 2010-09-10 Вячеслав Михайлович Смелков Image signal formation method
US20110096216A1 (en) * 2009-09-10 2011-04-28 Fujifilm Corporation Imaging pickup device and image pickup method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910588A (en) * 1983-10-13 1990-03-20 Canon Kabushiki Kaisha Image pick-up apparatus with high resolution and anti-bloom characteristics
US4811106A (en) * 1986-05-16 1989-03-07 The General Electric Company, P.L.C. Frame transfer image sensor having two vertical clock standards
US4807037A (en) * 1987-03-06 1989-02-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Low noise CCD image sensor having a plurality of horizontal CCD registers
US4990985A (en) * 1987-07-21 1991-02-05 Nec Corporation Charge coupled device having a parallel-serial converting portion
US5309240A (en) * 1991-01-18 1994-05-03 Nec Corporation CCD linear image sensor including a CCD shift register on both sides of linearly arranged photosensor cells
US5777670A (en) * 1992-10-26 1998-07-07 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Device for controlling transfer in a CCD-type imaging device
US20060029292A1 (en) * 2004-08-04 2006-02-09 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and method, and image sensing apparatus
US20060082670A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Eastman Kodak Company Interline CCD for still and video photography with extended dynamic range
RU2399164C1 (en) * 2009-03-10 2010-09-10 Вячеслав Михайлович Смелков Image signal formation method
US20110096216A1 (en) * 2009-09-10 2011-04-28 Fujifilm Corporation Imaging pickup device and image pickup method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10771718B2 (en) Imaging device and imaging system
US9924076B2 (en) Motion detection solid-state image capturing device and motion detection system
US9185318B2 (en) Solid-state imaging device, signal processing method of solid-state imaging device, and electronic apparatus
US8704926B2 (en) CMOS image sensor with selectable hard-wired binning
JP5850680B2 (en) Imaging apparatus and control method thereof
KR20110014089A (en) Solid-state image sensing device, analog-digtal conversion method of solid-state image sensing device, and electronic apparatus
JP2014060573A (en) Solid-state image sensor, control method and electronic apparatus
US20130141620A1 (en) Solid-state image pickup device, image pickup device, and signal reading method
EP2590413A1 (en) Solid-state image capture element and image capture device comprising said solid-state image capture element, and image capture control method and image capture control program
KR20210114290A (en) Image Sensor and Photographing Apparatus including the same
RU2670420C1 (en) Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix under conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects
RU2685219C1 (en) Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects
US20150036033A1 (en) Solid-state imaging device
KR20140107212A (en) Solid-state imaging element, method for driving same, and camera system
US8743273B2 (en) Imaging device and solid-state imaging device
RU2696766C1 (en) Method of controlling sensitivity of a television camera on a ccd matrix and reproducing its video signal in a mobile device in conditions of high illumination and / or complex brightness of objects
US11496700B1 (en) HDR image sensor employing multi-tap pixel architecture and method for operating same
US11716554B2 (en) Solid-state imaging device and method for driving the same, and electronic apparatus
US11412168B2 (en) Imaging element and method of controlling the same, and imaging device
RU2683944C1 (en) Method of controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects
RU2699812C1 (en) Method for controlling the sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects, computer recording of a video signal and reproduction thereof
RU2691942C1 (en) Method of controlling sensitivity of a television camera on a ccd matrix in conditions of high illumination and/or complex brightness of objects
RU2686053C1 (en) Method of forming video signal of circular frame in television camera for panoramic computer surveillance in conditions of high illumination and/or complex brightness of objects
RU2674646C1 (en) Charge packages element-by-element transfer control method in the ccd matrix photo receiver
US9774803B2 (en) Motion reducing methods and systems using global shutter sensors