WO2022231465A1 - Способ формирования цифрового изображения - Google Patents

Способ формирования цифрового изображения Download PDF

Info

Publication number
WO2022231465A1
WO2022231465A1 PCT/RU2021/000481 RU2021000481W WO2022231465A1 WO 2022231465 A1 WO2022231465 A1 WO 2022231465A1 RU 2021000481 W RU2021000481 W RU 2021000481W WO 2022231465 A1 WO2022231465 A1 WO 2022231465A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
ccd
optical
digital
matrices
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000481
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Иванович ГОРБАТЮК
Original Assignee
Александр Иванович ГОРБАТЮК
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 Александр Иванович ГОРБАТЮК filed Critical Александр Иванович ГОРБАТЮК
Priority to JP2023567038A priority Critical patent/JP2024516271A/ja
Priority to US18/032,375 priority patent/US11902683B1/en
Priority to US18/032,375 priority patent/US20240031700A1/en
Publication of WO2022231465A1 publication Critical patent/WO2022231465A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/41—Extracting pixel data from a plurality of image sensors simultaneously picking up an image, e.g. for increasing the field of view by combining the outputs of a plurality of sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/74—Circuitry for scanning or addressing the pixel array
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity

Definitions

  • the invention relates to television methods for obtaining an image. It can be used in television license plate recognition systems and in iris identification systems. It is most relevant to use this invention when creating television systems 4K UHDTV and 8K UHDTV digital formats, as well as professional digital cameras for studio or artistic shooting with printing quality.
  • the disadvantages of this method include high cost, high power consumption, the inability to remove moving objects and the need for cooling.
  • a known method of scanning a color image and a device for its implementation [RF Patent N°2158486, IPC H04N 1/04, H04N 1/10, publ. October 21, 2000].
  • the essence of its work lies in dividing the entire scanning field into elementary sections, multiple scanning of each section with a head that contains a CCD matrix. Then, the video signal (f/s) from several scans of each area is averaged to increase the signal-to-noise ratio (s/n).
  • the formation of an image of the entire scanning field with increased resolution occurs by electronically combining all elementary sections.
  • the disadvantages of this method include the presence of an electromechanical assembly, which worsens the reliability of the system and the inability to remove moving objects.
  • a known method for obtaining high-definition television images in a camera on conventional CCDs [RF Patent X"2143789, IPC H04N 5/335, H04N 5/225, publ. 12/27/1999], selected as a prototype, which has the same essential features with the claimed object of the invention: in parallel, simultaneous digitization, pre-processing and recording of I / s in memory, followed by reading at an increased clock frequency and final processing of I / s.
  • a device for obtaining high-definition television images in a camera on conventional CCDs [RF Patent N°2143789, IPC H04N 5/335, H04N 5/225, publ. 12/27/1999], chosen as a prototype, based on the fact that the optical unit generates two images identical in optical parameters, which are projected onto two CCDs so that two superimposed images are obtained.
  • Video signals from CCD matrices operating in the usual decomposition standard are simultaneously digitized, pre-processed and recorded in memory each in its own channel.
  • the cells of the information field are filled with the processed signal and are arranged in a checkerboard pattern.
  • a single technical result achieved in the implementation of the claimed group of inventions is to improve the quality of a digital image by increasing its resolution by a factor of P.
  • the sensitivity of the devices does not deteriorate and is determined by the selected CCD matrices.
  • the claimed method of forming a digital image using several CCDs, as well as in the prototype, is that the CCDs operate in the usual decomposition standard and in parallel.
  • An optical image is simultaneously projected onto the CCD matrices.
  • the CCD matrices are shifted relative to each other, and all video signals from the CCD matrices are simultaneously digitized, pre-processed, recorded in memory, thereby creating an information field that is read at an increased clock frequency and finally processed.
  • an optical image is formed on an area equal to the sum of photosensitive areas of P CCD matrices, which is simultaneously projected on four channels onto all CCD matrices, which are shifted relative to each other so that each of them forms a video signal from only one of the P sectors of the given image .
  • the number P I ⁇ 1 2 , where m is the number of CCD matrices both vertically and horizontally, starting from two. Moreover, the CCD matrices of one channel form video signals from those sectors of the image that do not border on each other.
  • the information field is read at a frequency P times higher than the clock frequency by sequential electronic combining of video signals of CCD matrix lines, which convert adjacent image sectors horizontally, but located in different channels, and by sequential electronic combining of video signals of CCD matrix frames, which convert neighboring image sectors vertically, but located in different channels.
  • the device for forming a digital image using several CCDs contains an optical unit, which includes an optically coupled lens and a neutral translucent mirror, the outputs of the optical unit are connected to the corresponding inputs of optical image-to-digital signal converters, which consist of serially connected CCDs , ADC, pre-processing unit and memory unit, and the outputs of the optical image converters into a digital signal are connected through the switch to the input of the final processing unit, the output of which is the output of the device, and the control inputs of the CCD, ADC, memory unit and switch are connected to the corresponding outputs of the control unit .
  • optical image-to-digital signal converters which consist of serially connected CCDs , ADC, pre-processing unit and memory unit
  • the outputs of the optical image converters into a digital signal are connected through the switch to the input of the final processing unit, the output of which is the output of the device, and the control inputs of the CCD, ADC, memory unit and switch are connected to the corresponding outputs
  • the lens forms an optical image on an area equal to the sum of the photosensitive areas of the P CCD matrices, two neutral translucent mirrors are introduced into the optical unit, as a result of which it is made with four outputs connected to the corresponding inputs P of the optical radiation converters into a digital signal, the outputs of the latter are connected with switch inputs.
  • the size of the photosensitive area is understood not as the entire area of the accumulation section of the CCD matrix, which determines the total resolution, but as the area that determines the effective resolution.
  • the area that determines the effective resolution is limited by the line spacing of the CCD array vertically and the diffusion regions horizontally. In this case, the effective resolution is always slightly less than the full one, because the elements located at the edges of the crystal are more prone to defects. All information accumulated in CCD matrices is simultaneously displayed at a low clock frequency, digitized, pre-processed and stored in memory, only that part that relates to light-sensitive areas.
  • CCD arrays are installed in the image plane so that the area that determines the effective resolution coincides with the area of the corresponding image sector.
  • the proposed technical solutions make it possible to improve the quality of a digital image by increasing its resolution by a factor of P. At the same time, the sensitivity does not deteriorate and is determined by the selected CCD matrices.
  • FIG. 1 is a block diagram of a multiple CCD digital imaging device.
  • FIG. 2 shows the image subject 6, the four identical imaging circuit 16, 17, 18, 19, and the location of the accumulation sections 12, 13, 14, 15 of the respective CCDs 1, CCDs 2, CCDs 3, and CCDs 4 in the image data planes.
  • FIG. 3 shows the principle of electronically combining the I/O of the respective lines of CCD 1 and CCD 2, as well as the I/O of the corresponding lines of CCD 3 and CCD 4.
  • FIG. 4 shows the location of the accumulation sections 20, 21, .28 of the corresponding
  • FIG. 5 shows the principle of electronically combining the I/O of the corresponding lines of CCD 5, CCD 9 and CCD 6, as well as the I/O of the corresponding lines of CCD 11, CCD 13 and CCD 12, as well as the I/O of the corresponding lines of CCD 7, CCD 10 and CCD 8 .
  • the optical unit 1 forms an image on an area equal to the sum of the photosensitive areas of the P CCD matrices. This image is fed to the inputs of the P (POICS) via four channels. All POICs are marked with the number 2 as they are identical and each of them consists of serially connected CCDs, ADCs, a preprocessing unit and a memory unit. All elements of the block diagram of the device (Fig. 1) are known and mastered by the industry. Moreover, digitized video signals, each in its channel, are balanced according to the levels of "black” and "white” with an accuracy of one least significant bit of quantization, undergo the necessary special processing and are recorded in memory blocks. In the final processing block 4, final processing is carried out, including full aperture correction.
  • a jug is chosen as the subject of image 6 (Fig. 2).
  • Lens 7 (O) forms an image, on an area equal to the sum of light-sensitive areas of four CCD matrices, which is converted into four congruent images 16, 17, 18 and 19, which are simultaneously projected through four channels onto the accumulation sections 12, 13, 14 and 15 of the respective CCD 1, CCD 2, CCD 3 and CCD 4.
  • the CCD matrices are shifted relative to each other so that each of them forms a V/S from only one of the four sectors of the given image.
  • the CCD arrays are mounted in the image planes so that the sector boundaries shown in FIG. 2, the dashed line passed along the line spacings of the CCD arrays horizontally and along the diffusion regions vertically.
  • the image sectors must be the same and match in size with the photosensitive areas of the CCD matrices.
  • Video signals from CCD matrices operating in standard modes are simultaneously digitized, pre-processed and recorded in the memory of the corresponding POICS 2. This creates an information field. From the outputs of POICS 2, the information field is read at a quadruple clock frequency using (K) 3, (BU) 5 and fed to the input (BOO) 4. At output 4, a digital V/s is formed, which corresponds to a high quality digital image. From FIG. 2 shows that the spatial arrangement of the accumulation sections 12, 13, 14 and 15 of the respective CCD 1, CCD 2, CCD 3 and CCD 4 in the planes of the four images 16, 17, 18 and 19 makes it possible to form the corresponding digital V/s.
  • the horizontal digital V/s is formed by serial electronic combining of the V/s of the corresponding lines of CCD 1 with CCD 2 and CCD 3 with CCD 4. 3 and CCD 2 with CCD 4. These CCDs transform adjacent sectors of the image, but are in different channels. Electronic A/C merging makes it possible to double the horizontal resolution and double the vertical resolution.
  • the rows of CCD matrices (Fig. 3) contain 16 photosensitive elements in analog form.
  • the image is converted to digital high-resolution with four times the resolution at the selected sensitivity of the CCDs used.
  • the frame output time does not change. This means that the quality of the digital image has improved.
  • FIG. 4 is the location of the accumulation sections 20, 21, .... 28 of the corresponding CCDs 5, CCDs 6, .... CCDs 13 in the planes of four images 16, 17, 18 and 19.
  • the CCD arrays are shifted so that each of them forms V/s from only one of the nine sectors of the given image. From FIG. 5 it can be seen that the CCD matrices of one channel form the V/s from those sectors of the image that do not border on each other.
  • the horizontal digital V/s is formed by sequential electronic combination of the V/s of the corresponding lines of CCD 5 with CCD 9 and CCD 6, as well as V/s CCD 11 with CCD 13 and CCD 12, as well as V/s CCD 7 with CCD 10 and CCD 8.
  • the vertical digital V/s is formed by sequential electronic combination of V/s of the corresponding frames of CCD 5 with CCD 11 and CCD 7, as well as V/s of CCD 9 with CCD 13 and CCD 10, and also in / with CCD 6 with CCD 12 and CCD 8.
  • These CCDs convert adjacent sectors of the image, but are in different channels. This increases the resolution per line by a factor of three and per frame by a factor of three.
  • the rows of CCD matrices (Fig. 5) contain ten light-sensitive elements in analog form.
  • the optical image is converted into a digital V/s with a resolution increased by nine times at the selected sensitivity of the used CCD matrices.
  • the frame output time does not change. This means that the quality of the digital image has improved.
  • a single technical result achieved in the implementation of the claimed group of inventions is to improve the quality of a digital image by increasing its resolution by a factor of P.
  • the sensitivity of the devices has not deteriorated and is determined by the selected CCD matrices.
  • the maximum achievable quality of a digital image depends on the ability of the optical system to create an optical image of the required format in the focal plane.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

Наиболее актуально использовать данное изобретение при создании телевизионных систем 4K UHDTV и 8K UHDTV цифровых форматов, а также профессиональных цифровых фотоаппаратов для студийной или художественной съемки. Техническим результатом является повышение качества цифрового изображения за счет увеличения его разрешения в n раз. При этом, чувствительность определяется выбранными ПЗС-матрицами. Результат достигается тем, что объектив формирует изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок n ПЗС-матриц. ПЗС матрицы сдвигают относительно друг друга. Данное изображение по четырем каналам проецируют на все ПЗС-матрицы так, что каждая из них формирует видеосигнал только от одного из n секторов данного изображения. Видеосигналы от ПЗС-матриц, которые работают в обычном стандарте разложения и параллельно, оцифровывают, предварительно обрабатывают и записывают в память, откуда считывают на частоте в n раз выше тактовой. При этом цифровое изображение получают путем электронного объединения видеосигналов ПЗС-матриц, которые преобразуют соседние сектора изображения, после чего видеосигнал окончательно обрабатывают. Предельно достижимое качество цифрового изображения зависит от способности оптической системы создавать в фокальной плоскости оптическое изображение необходимого формата. Данный способ реализуется с помощью устройства, содержащего оптический блок, n преобразователей оптического изображения в цифровой сигнал, блок управления, коммутатор и блок окончательной обработки.

Description

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Изобретения относится к телевизионным способам получения изображения. Оно может быть использовано в телевизионных системах распознавания номерных знаков автомобилей и в системах идентификации по радужной оболочке глаза. Наиболее актуально использовать данное изобретение при создании телевизионных систем 4К UHDTV и 8К UHDTV цифровых форматов, а также профессиональных цифровых фотоаппаратов для студийной или художественной съемки с полиграфическим качеством.
Повышение разрешающей способности цифровой видеоаппаратуры, которая использует ПЗС-матрицы, «разменивается» на понижение ее чувствительности. Под цифровой видеоаппаратурой понимаются цифровые фотоаппараты и видеокамеры. Известно [Айсман, Кэтрин, Дугган, Шон, Грей Тим. А36 Энциклопедия цифровой фотографии, 3-е изд.: Пер с англ.-М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2011. -560с. :ил.-Парал. Тит англ. ISBN 978-5-8459-1724-9, стр.73 (рус.)], что уменьшение размеров пикселей не всегда приводит к повышению общего качества изображения. В связи с тем, что мелкие пиксели менее чувствительны к свету, их сигнал приходится больше усиливать, а следовательно, повышается уровень шума в окончательном изображении. Существуют безаберационные оптические системы для крупного формата. Поэтому, для повышения качества цифрового изображения, необходимо иметь ПЗС-матрицу с такой площадью, на которой можно разместить максимальное число пикселей большого размера. Но создание ПЗС-матриц таких размеров и с такими параметрами сопряжено с колоссальными затратами. Известно [Large Sense LS911 -первая крупноформатная цифровая фотокамера. Cameralabs.org. Largesense LS911.], что первая в мире крупноформатная цифровая камера LS 911, имеющая 12-мегапиксельную SMOS-матрицу 9*11 дюймов, стоит 106 тысяч долларов.
Известен способ формирования изображения, который имеет гигапиксельное разрешение [ Ferra.Ru Гигапиксел ьная камера AWARE2 ...,21.06.2012.]. Изображение формируют с помощью 98 фотомодулей. Каждый фотомодуль содержит 14- мегапиксельный сенсор. Результирующее черно-белое изображение формируют путем компьютерной «склейки» отдельных кадров в течении 18 секунд.
К недостаткам данного способа относятся высокая стоимость, высокое энергопотребление, невозможность снимать подвижные предметы и необходимость в охлаждении.
Известен способ сканирования цветного изображения и устройство для его осуществления [Патент РФ N°2158486, МПК H04N 1/04, H04N 1/10, опубл. 21.10.2000]. Суть его работы заключается в разбиении всего поля сканирования на элементарные участки, многократном сканировании каждого участка головкой, которая содержит ПЗС- матрицу. Затем осуществляют усреднение видеосигнала (в/с) от нескольких сканирований каждого участка для повышения отношения сигнал/шум (с/ш). Формирование изображения всего поля сканирования с увеличенным разрешением происходит путем электронного объединения всех элементарных участков.
К недостаткам данного способа относятся наличие электромеханического узла, который ухудшает надежность работы системы и невозможность снимать подвижные предметы.
Известен способ получения телевизионных изображений высокой четкости в камере на обычных ПЗС [Патент РФ Х«2143789, МПК H04N 5/335, H04N 5/225, опубл. 27.12.1999], выбранный в качестве прототипа, у которого совпадающими существенными признаками с заявляемым объектом изобретения являются: получение в/с от ПЗС-матриц, работающих параллельно, одновременные оцифровка, предварительная обработка и запись в/с в память, с последующим считыванием на увеличенной тактовой частоте и окончательная обработка в/с.
Известно устройство для получения телевизионных изображений высокой четкости в камере на обычных ПЗС [Патент РФ N°2143789, МПК H04N 5/335, H04N 5/225, опубл. 27.12.1999], выбранное в качестве прототипа, основанное на том, что оптический блок формирует два одинаковых по оптическим параметрам изображения, которые проецируется на две ПЗС-матрицы так, что получается два совмещенных изображения.
Эти изображения сдвинуты относительно друг друга. Сдвиг по горизонтали равен половине расстояния между пикселями. Сдвиг по вертикали равен половине межстрочного промежутка. Видеосигналы от ПЗС-матриц, работающих в обычном стандарте разложения, одновременно оцифровываются, предварительно обрабатываются и записываются в память каждый в своем канале.
Таким образом, создается информационное поле. Ячейки информационного поля заполняются обработанным сигналом и расположены в шахматном порядке.
Для получения телевизионного изображения высокой четкости производится параллельно-последовательное считывание информации из памяти. Считывание производится на учетверенной тактовой частоте по принципу «через элемент/через строку». Происходит простое суммирование в/с от обеих ПЗС-матриц. Затем данная информация окончательно обрабатывается.
Недостатками данного способа и устройства являются:
-низкое качество телевизионного изображения, которое ограниченно параметрами ТВЧ;
-низкое качество телевизионного изображения в следствии размывания мелких деталей и контуров оптического изображения.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является повышение качества цифрового изображения за счет увеличения его разрешения в П раз. При этом чувствительность устройств не ухудшается и определяется выбранными ПЗС- матрицами.
Заявленный способ формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС, также как в прототипе заключается в том, что ПЗС-матрицы работают в обычном стандарте разложения и параллельно. На ПЗС-матрицы одновременно проецируют оптическое изображение. ПЗС-матрицы сдвигают относительно друг друга, а все видеосигналы от ПЗС-матриц одновременно оцифровывают, предварительно обрабатывают, записывают в память, благодаря чему создают информационное поле, которое считывают на увеличенной тактовой частоте и окончательно обрабатывают.
Согласно изобретению формируют оптическое изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок П ПЗС-матриц, которое по четырем каналам одновременно проецируют на все ПЗС-матрицы, которые сдвигают относительно друг друга так, что каждая из них формирует видеосигнал только от одного из П секторов данного изображения.
Число П= IΪ12 , где m-количество ПЗС-матриц как по вертикали, так и по горизонтали, начиная с двух. Причем ПЗС-матрицы одного канала формируют видеосигналы от тех секторов изображения, которые не граничат друг с другом.
Считывают информационное поле на частоте в П раз выше тактовой путем последовательного электронного объединения видеосигналов строк ПЗС-матриц, которые преобразуют соседние сектора изображения по горизонтали, но находящиеся в разных каналах и с помощью последовательного электронного объединения видеосигналов кадров ПЗС-матриц, которые преобразуют соседние сектора изображения по вертикали , но находящиеся в разных каналах. Устройство формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС, также как в прототипе, содержит оптический блок, в состав которого входят оптически связанные объектив и нейтральное полупрозрачное зеркало, выходы оптического блока соединены с соответствующими входами преобразователей оптического изображения в цифровой сигнал, которые состоят из последовательно соединенных ПЗС, АЦП, блока предварительной обработки и блока памяти, а выходы преобразователей оптического изображения в цифровой сигнал через коммутатор соединены с входом блока окончательной обработки, выход которого является выходом устройства, а управляющие входы ПЗС, АЦП, блока памяти и коммутатора соединены с соответствующими выходами блока управления.
Согласно изобретению объектив формирует оптическое изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок П ПЗС-матриц, в оптический блок введены два нейтральных полупрозрачных зеркала в результате чего он выполнен с четырьмя выходами, соединенными с соответствующими входами П преобразователей оптического излучения в цифровой сигнал, выходы последних соединены с входами коммутатора.
Под величиной светочувствительной площадки понимают не всю площадь секции накопления ПЗС-матрицы, которая определяет полное разрешение, а ту площадь, которая определяет эффективное разрешение. Площадь, которая определяет эффективное разрешение, ограничена межстрочными промежутками ПЗС-матрицы по вертикали и диффузионными областями по горизонтали. При этом эффективное разрешение всегда немного меньше полного потому, что расположенные по краям кристалла элементы больше подвержены браку. Вся накопленная в ПЗС-матрицах информация одновременно выводится на низкой тактовой частоте, оцифровывается, предварительно обрабатывается и записывается в память только та часть, которая относится к светочувствительным площадкам.
Четыре одинаковых оптических изображения является необходимым и достаточным условием при создании цифрового изображения с помощью П одинаковых ПЗС-матриц по заявленной группе изобретений. ПЗС-матрицы устанавливают в плоскости изображения так, чтобы площадь, которая определяет эффективное разрешение совпала с площадью соответствующего сектора изображения.
Использование объектива, формирующего оптическое изображение необходимого формата и нейтральных полупрозрачных зеркал, с помощью которых проецируют по четырем каналам данное изображение на П ПЗС-матриц, где каждая из них формирует видеосигнал только от одного из П секторов данного изображения, позволяет повысить качество цифрового изображения. Это происходит, в том числе, благодаря электронному объединению видеосигналов ПЗС-матриц, преобразующих соседние сектора изображения как по горизонтали, так и по вертикали.
Таким образом, выбирая ПЗС-матрицы с определенным размером пикселя (определенную чувствительность), увеличивают их количество до получения необходимого разрешения. При использовании данного метода отпадает необходимость в ПЗС-матрице, на которой можно разместить максимальное число пикселей большого размера.
Предложенные технические решения позволяют повысить качество цифрового изображения за счет увеличения его разрешения в П раз. При этом, чувствительность не ухудшается и определяется выбранными ПЗС-матрицами.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС.
На фиг. 2 показаны предмет изображения 6, схема формирования четырех одинаковых изображений 16, 17, 18, 19 и расположение секций накопления 12, 13, 14, 15 соответствующих ПЗС 1, ПЗС 2, ПЗС 3, и ПЗС 4 в плоскостях данных изображений. На фиг. 3 показан принцип электронного объединения в/с соответствующих строк ПЗС 1 и ПЗС 2, а также в/с соответствующих строк ПЗС 3 и ПЗС 4.
На фиг. 4 показано расположение секций накопления 20, 21, .28 соответствующих
ПЗС 5, ПЗС 6,.... ПЗС 13 в плоскостях оптического изображения 16, 17, 18 и 19.
На фиг. 5 показан принцип электронного объединения в/с соответствующих строк ПЗС 5, ПЗС 9 и ПЗС 6, а также в/с соответствующих строк ПЗС 11, ПЗС 13 и ПЗС 12, а также в/с соответствующих строк ПЗС 7, ПЗС 10 и ПЗС 8.
Устройство формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС (фиг.
1), содержит оптический блок 1 (ОБ), четыре выхода которого соединены с входами П преобразователей оптического излучения в цифровой сигнал 2 (ПОИЦС), выходы которых через коммутатор 3 (К) подключены к входу блока окончательной обработки 4 (БОО). Выход 4 является выходом устройства. Управляющие входы 2 и 3 соединены с соответствующими выходами блока управления 5 ( БУ).
Оптический блок 1 формирует изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок П ПЗС-матриц. Данное изображение по четырем каналам поступает на входы П (ПОИЦС). Все ПОИЦС обозначены цифрой 2 так, как они идентичны и каждая из них состоит из последовательно соединенных ПЗС, АЦП, блока предварительной обработки и блока памяти. Все элементы блок-схемы устройства (фиг. 1) известны и освоены промышленностью. Причем, оцифрованные видеосигналы, каждый в своем канале балансируются по уровням «черного» и «белого» с точностью до одного младшего разряда квантования, проходят необходимую специальную обработку и записываются в блоки памяти. В блоке окончательной обработки 4 производиться окончательная обработка, в том числе полная апертурная коррекция.
Работа устройства при 11=4.
В качестве предмета изображения 6 выбран кувшин (фиг. 2). Объектив 7 (О ) формирует изображение, на площади, равной сумме светочувствительных площадок четырех ПЗС-матриц, которое с помощью нейтральных полупрозрачных зеркал 8 (П/3), 9(П/3) и 10 (П/3) преобразуется в четыре конгруэнтных изображения 16, 17, 18 и 19, которые одновременно проецируют по четырем каналам на секции накопления 12, 13, 14 и 15 соответствующих ПЗС 1, ПЗС 2, ПЗС 3 и ПЗС 4.
ПЗС-матрицы сдвигают относительно друг друга так, что каждая из них формирует в/с только от одного из четырех секторов данного изображения.
ПЗС-матрицы устанавливают в плоскостях изображения так, чтобы границы секторов, показанные на фиг. 2 штриховой линией проходили по межстрочным промежуткам ПЗС- матриц по горизонтали и по диффузионным областям по вертикали. Сектора изображения должны быть одинаковыми и совпадать по размеру со светочувствительными площадками ПЗС-матриц. Видеосигналы от ПЗС-матриц, работающих в стандартных режимах, одновременно оцифровываются, предварительно обрабатываются и записываются в память соответствующих ПОИЦС 2. Так создается информационное поле. С выходов ПОИЦС 2 информационное поле считывается на учетверенной тактовой частоте с помощью (К) 3, (БУ) 5 и подается на вход (БОО) 4. На выходе 4 образуется цифровой в/с, который соответствует цифровому изображению высокого качества. Из фиг. 2 видно, что пространственное расположение секций накопления 12, 13, 14 и 15 соответствующих ПЗС 1, ПЗС 2, ПЗС 3 и ПЗС 4 в плоскостях четырех изображений 16, 17, 18 и 19 позволяет сформировать соответствующий цифровой в/с.
Цифровой в/с по горизонтали формируется с помощью последовательного электронного объединения в/с соответствующих строк ПЗС 1 с ПЗС 2 и ПЗС 3 с ПЗС 4. Цифровой в/с по вертикали формируется с помощью последовательного электронного объединения в/с соответствующих кадров ПЗС 1 с ПЗС 3 и ПЗС 2 с ПЗС 4. Данные ПЗС- матрицы преобразуют соседние сектора изображения, но находятся в разных каналах. Электронные объединения в/с позволяют увеличить разрешение по горизонтали в два раза и по вертикали в два раза. Для наглядности строки ПЗС-матриц (фиг. 3) содержат по 16 светочувствительных элементов в аналоговой форме.
Из описания графического материала следует, что изображение преобразовывается в цифровой в/с с увеличенным в четыре раза разрешением при выбранной чувствительности используемых ПЗС-матриц. При этом, время вывода кадра не изменяется. Значит повысилось качество цифрового изображения
Работа устройства при 11=9.
В данном случае весь процесс формирования цифрового изображения по существу не отличается от рассмотренного выше. Отличие заключается в том, что О 7 формирует изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок девяти ПЗС- матриц и считывают информационное поле из соответствующих ПОИЦС 2 на частоте в девять раз выше тактовой.
На фиг. 4 вариант расположения секций накопления 20, 21,....28 соответствующих ПЗС 5, ПЗС 6,.... ПЗС 13 в плоскостях четырех изображений 16, 17, 18 и 19. ПЗС-матрицы сдвигают так, что каждая из них формирует в/с только от одного из девяти секторов данного изображения. Из фиг. 5 видно, что ПЗС-матрицы одного канала формируют в/с от тех секторов изображения, которые не граничат друг с другом.
Цифровой в/с по горизонтали формируется с помощью последовательного электронного объединения в/с соответствующих строк ПЗС 5 с ПЗС 9 и с ПЗС 6, а также в/с ПЗС 11 с ПЗС 13 и с ПЗС 12, а также в/с ПЗС 7 с ПЗС 10 и с ПЗС 8. Цифровой в/с по вертикали формируется с помощью последовательного электронного объединения в/с соответствующих кадров ПЗС 5 с ПЗС 11 и с ПЗС 7, а также в/с ПЗС 9 с ПЗС 13 и с ПЗС 10, а также в/с ПЗС 6 с ПЗС 12 и с ПЗС 8. Данные ПЗС-матрицы преобразуют соседние сектора изображения, но находятся в разных каналах. При этом увеличивается разрешение по строке в три раза и по кадру в три раза. Для наглядности строки ПЗС-матриц (фиг. 5) содержат по десять светочувствительных элементов в аналоговой форме.
Из описания графического материала следует, что оптическое изображение преобразовывается в цифровой в/с с увеличенным в девять раз разрешением при выбранной чувствительности используемых ПЗС-матриц. При этом время вывода кадра не изменяется. Значит повысилось качество цифрового изображения.
Единым технический результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений является повышение качества цифрового изображения за счет увеличения его разрешения в П раз. При этом чувствительность устройств не ухудшилась и определяется выбранными ПЗС-матрицами.. Предельно достижимое качество цифрового изображения зависит от способности оптической системы создавать в фокальной плоскости оптическое изображение необходимого формата.

Claims

Формула изобретения
Способ формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС, заключающийся в том, что ПЗС-матрицы работают в обычном стандарте разложения и параллельно, на ПЗС-матрицы одновременно проецируют оптическое изображение, ПЗС- матрицы сдвигают относительно друг друга, а все видеосигналы от ПЗС-матриц одновременно оцифровывают, предварительно обрабатывают, записывают в память, благодаря чему создают информационное поле, которое считывают на увеличенной тактовой частоте и окончательно обрабатывают, отличающийся тем, что формируют оптическое изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок П ПЗС-матриц, которое по четырем каналам одновременно проецируют на все ПЗС- матрицы, которые сдвигают относительно друг друга так, что каждая из них формирует видеосигнал только от одного из П секторов данного изображения, число П= Ш2 , где 111- количество ПЗС-матриц как по вертикали, так и по горизонтали, начиная с двух, причем ПЗС-матрицы одного канала формируют видеосигналы от тех секторов изображения, которые не граничат друг с другом, считывают информационное поле на частоте в П раз выше тактовой путем последовательного электронного объединения видеосигналов строк ПЗС-матриц, которые преобразуют соседние сектора изображения по горизонтали, но находящиеся в разных каналах и с помощью последовательного электронного объединения видеосигналов кадров ПЗС-матриц, которые преобразуют соседние сектора изображения по вертикали , но находящиеся в разных каналах.
2. Устройство формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС, содержащее оптический блок, в состав которого входят оптически связанные объектив и нейтральное полупрозрачное зеркало, выходы оптического блока соединены с соответствующими входами преобразователей оптического изображения в цифровой сигнал, которые состоят из последовательно соединенных ПЗС, АЦП, блока предварительной обработки и блока памяти, а выходы преобразователей оптического изображения в цифровой сигнал через коммутатор соединены с входом блока окончательной обработки, выход которого является выходом устройства, а управляющие входы ПЗС, АЦП, блока памяти и коммутатора соединены с соответствующими выходами блока управления, отличающееся тем, что объектив формирует оптическое изображение на площади, равной сумме светочувствительных площадок П ПЗС-матриц, в оптический блок введены два нейтральных полупрозрачных зеркала в результате чего он выполнен с четырьмя выходами, соединенными с соответствующими входами П преобразователей оптического излучения в цифровой сигнал, выходы последних соединены с входами коммутатора.
PCT/RU2021/000481 2021-04-28 2021-11-03 Способ формирования цифрового изображения WO2022231465A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023567038A JP2024516271A (ja) 2021-04-28 2021-11-03 デジタル画像の形成方法
US18/032,375 US11902683B1 (en) 2021-04-28 2021-11-03 Method for forming a digital image
US18/032,375 US20240031700A1 (en) 2021-04-28 2022-11-03 Method for forming a digital image

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112571A RU2769274C1 (ru) 2021-04-28 2021-04-28 Способ формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС и устройства для его реализации
RU2021112571 2021-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022231465A1 true WO2022231465A1 (ru) 2022-11-03

Family

ID=80248320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000481 WO2022231465A1 (ru) 2021-04-28 2021-11-03 Способ формирования цифрового изображения

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11902683B1 (ru)
JP (1) JP2024516271A (ru)
RU (1) RU2769274C1 (ru)
WO (1) WO2022231465A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2143789C1 (ru) * 1998-01-23 1999-12-27 Московское конструкторское бюро "Электрон" Способ получения телевизионных изображений высокой четкости в камере на обычных пзс и устройство для реализации этого способа
JP2006304154A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Nisco Kk 原子炉内構造物検査用テレビカメラ装置
CN102752503A (zh) * 2012-07-09 2012-10-24 中国兵器工业第二0五研究所 双光路四ccd拼接电视摄像装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2737326B1 (fr) * 1995-07-28 1997-10-17 Centre Nat Etd Spatiales Procede pour le traitement ou la transmission d'une image acquise sous la forme d'une matrice de pixels
US8937651B2 (en) * 2007-04-19 2015-01-20 Dvp Technologies Ltd. Imaging system and method for use in monitoring a field of regard
RU2428810C1 (ru) * 2010-06-11 2011-09-10 Вячеслав Михайлович Смелков Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения и/или сложной яркости объектов
US9491377B2 (en) * 2013-08-07 2016-11-08 Trimble Navigation Limited Methods of extracting 4-band data from a single CCD; methods of generating 4×4 or 3×3 color correction matrices using a single CCD

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2143789C1 (ru) * 1998-01-23 1999-12-27 Московское конструкторское бюро "Электрон" Способ получения телевизионных изображений высокой четкости в камере на обычных пзс и устройство для реализации этого способа
JP2006304154A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Nisco Kk 原子炉内構造物検査用テレビカメラ装置
CN102752503A (zh) * 2012-07-09 2012-10-24 中国兵器工业第二0五研究所 双光路四ccd拼接电视摄像装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11902683B1 (en) 2024-02-13
RU2021112571A (ru) 2021-09-13
US20240031700A1 (en) 2024-01-25
JP2024516271A (ja) 2024-04-12
RU2021112571A3 (ru) 2022-02-01
RU2769274C1 (ru) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11272127B2 (en) Semi-global shutter imager
US8558899B2 (en) System and method for super-resolution digital time delay and integrate (TDI) image processing
US6678000B1 (en) High resolution still-image capture apparatus that shifts pixels by plus or minus two-thirds pixel pitch
JP3946492B2 (ja) 低解像度イメージの生成方法
US20100066875A1 (en) Imaging device for adding signals including same color component
JPH03502755A (ja) 光電カラーイメージセンサ
US6909461B1 (en) Method and apparatus to extend the effective dynamic range of an image sensing device
EP0428680A1 (en) A color sequential optical offset image sampling system
JPH0364908B2 (ru)
JP2004064796A (ja) 電子撮像デバイス
JPH04500750A (ja) カラーオリジナルの線走査から高精細度電子信号を発生するための方法及び装置
JP3970185B2 (ja) 固体撮像素子及びデジタルカメラ
EP1803293A2 (en) Extending effective dynamic range
US7760959B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
US6429953B1 (en) Super resolution scanning using color multiplexing of image capture devices
US7558442B2 (en) System and method for anti-moire' imaging in a one dimensional sensor array
US5877807A (en) Optoelectronic colored image converter
RU2769274C1 (ru) Способ формирования цифрового изображения с помощью нескольких ПЗС и устройства для его реализации
US7230646B2 (en) Single sensor electronic video camera technique with diagonally coupled pixels
JP2002057943A (ja) 撮像装置
JP2002084548A (ja) カラー撮像素子及び撮像装置
JP4630200B2 (ja) 固体撮像素子および撮像装置
JPH0496585A (ja) 画像入力装置
JPH09186920A (ja) 画像入力装置
JP2006287912A (ja) 固体撮像素子および撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21939494

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18032375

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023567038

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21939494

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1