RU2030839C1 - Charge-coupled camera - Google Patents
Charge-coupled camera Download PDFInfo
- Publication number
- RU2030839C1 RU2030839C1 SU4915068A RU2030839C1 RU 2030839 C1 RU2030839 C1 RU 2030839C1 SU 4915068 A SU4915068 A SU 4915068A RU 2030839 C1 RU2030839 C1 RU 2030839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- outputs
- input
- section
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к телевизионной технике преимущественно может быть использовано в телекамерах, в которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС). The invention relates to television technology can mainly be used in cameras, in which the sensors of the video signal used matrix of devices with charge coupling (CCD).
Известна телевизионная камера, содержащая матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления (первой секции), секции памяти (второй секции) и выходного регистра, причем управляющие входы секции накопления и секции памяти соединены через соответствующие преобразователи уровней с выходами первой, второй и третьей фаз соответствующих формирователей фаз, а управляющий вход выходного регистра подключен к выходу преобразователя уровней выходного регистра, а выход выходного регистра, являющийся выходом матрицы ПЗС, соединен с сигнальным входом усилителя-формирователя. A television camera is known comprising a CCD matrix consisting of accumulation sections (first section), a memory section (second section), and an output register, connected in series by charge coupling, the control inputs of the accumulation section and the memory section being connected through the respective level converters to the outputs of the first, second and the third phase of the corresponding phase shapers, and the control input of the output register is connected to the output of the level converter of the output register, and the output of the output register, which is the output of m atria CCD, connected to the signal input of the amplifier-former.
Недостатком телекамеры является ограниченная контрастная чувствительность, оцениваемая величиной отношения сигнал/шум, которое генерирует матрица ПЗС при передаче изображения с малым наперед заданным контрастом. Вследствие этого в телекамере низка надежность выделения малоконтрастных объектов, включая их границы, которые несут наиболее ценную информацию, например о дефектах изделий в промышленной интроскопии. The disadvantage of the camera is the limited contrast sensitivity, estimated by the value of the signal-to-noise ratio, which the CCD matrix generates when transmitting an image with a low contrast set in advance. As a result of this, the reliability of the selection of low-contrast objects, including their boundaries, which carry the most valuable information, for example, on defects in products in industrial introscopy, is low in the camera.
Известна другая телевизионная камера, в которой обеспечивается выделение информативных фрагментов изображений - видеосигналов контуров. В этой телекамере передаваемое изображение поступает одновременно на две передающие телевизионные трубки: через делитель на вход первой трубки и после отражения от зеркала через расфокусирующий элемент на вход второй трубки. С помощью амплитудного дискриминатора выделяются промежутки времени, когда считывающий луч второй трубки проходит через информативные фрагменты на мишени трубки. Сигнал с амплитудного дискриминатора замешивается в видеоусилителе в видеосигнал, формируемый первой трубкой, и через модулятор поступает на выходе телекамеры. Another television camera is known in which the selection of informative image fragments is provided - the video signals of the contours. In this camera, the transmitted image is simultaneously transmitted to two transmitting television tubes: through a divider to the input of the first tube and after reflection from the mirror through the defocusing element to the input of the second tube. Using the amplitude discriminator, time intervals are allocated when the reading beam of the second tube passes through informative fragments on the target of the tube. The signal from the amplitude discriminator is mixed in the video amplifier into the video signal generated by the first tube, and through the modulator it enters the output of the camera.
Недостатками телекамеры являются существенная сложность аппаратуры вследствие наличия в ее составе двух передающих трубок, а также принципиально неустранимая погрешность в определении координаты информативных фрагментов изображения, вызываемая "плавающим" характером растра трубки. The disadvantages of the camera are the significant complexity of the equipment due to the presence of two transmitting tubes in its composition, as well as a fundamentally unrecoverable error in determining the coordinates of informative image fragments caused by the "floating" nature of the tube raster.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению следует считать телевизионную камеру, содержащую матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления (первой секции), среднего регистра (второго регистра), секции памяти (второй секции) и выходного регистра (первого регистра), причем первый и второй управляющие входы второй секции и первого регистра соединены с соответствующими выходами первого и второго преобразователей сигнала уровней (ПУ), синхрогенератор, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго ПУ, видеоусилитель, выход которого является выходом камеры, блок отсчета длительности импульсов, выход кадровой частоты которого соединен с третьим управляющим входом второй секции, выход строчной частоты - с третьим управляющим входом первого регистра, а первый и второй управляющие входы - соответственно с третьими выходами первого и второго ПУ, первый формирователь сигнала, блок стробирования, второй формирователь сигнала, вычитатель, третий ПУ, причем управляющий вход первого ПУ подключен к четвертому выходу синхрогенератора, а входы кадровой и строчной синхронизации блока отсчета длительности импульсов соединены соответственно с пятым и шестым выходами синхрогенератора, седьмой, восьмой и девятый выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого формирователя сигнала, стробирующий вход которого соединен с пятым выходом синхрогенератора, а выходы - с первым, вторым и третьим входами первого ПУ и соответственно с первым, вторым и третьим входами строки второго формирователя сигнала, первый, второй и третий входы столбца которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора, пятый выход которого подключен к входу кадровой синхронизации блока стробирования, вход строчной синхронизации которого соединен с шестым выходом синхрогенератора, а первый выход блока стробирования - со стробирующим входом второго формирователя сигнала, второй выход - со стробирующим входом вычитателя, третий выход - с управляющим входом третьего ПУ, первый, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выходам второго формирователя сигнала, а первый, второй и третий выходы - к соответствующим управляющим входам второго регистра матрицы ПЗС, выход которого соединен с первым информационным входом вычитателя, второй информационный вход которого подключен к выходу первого регистра матрицы ПЗС, а выход - к информационному входу видеоусилителя. В прототипе обеспечивается повышение отношения сигнал/помеха при формировании сигнала изображения локальных контрастов, но его недостатком является схемная и конструктивная сложность камеры, вызываемая необходимостью организации режима импульсного экспонирования фотоприемника в реальном времени (в темпе телевизионного стандарта) при помощи оптически связанного с матрицей ПЗС блока экспонирования. The closest in technical essence to the invention should be considered a television camera containing a CCD matrix, consisting of sequentially charge-coupled sections of the accumulation (first section), middle register (second register), memory section (second section) and output register (first register), moreover, the first and second control inputs of the second section and the first register are connected to the corresponding outputs of the first and second level signal converters (PU), a clock, the first, second and third outputs of which connected respectively to the first, second and third inputs of the second control unit, a video amplifier whose output is the output of the camera, a pulse duration reference unit, the frame frequency output of which is connected to the third control input of the second section, the horizontal frequency output is connected to the third control input of the first register, and the first and the second control inputs, respectively, with the third outputs of the first and second controllers, the first signal conditioner, the gating unit, the second signal conditioner, the subtracter, the third control unit, and the control the input of the first control unit is connected to the fourth output of the clock generator, and the inputs of the frame and horizontal synchronization of the pulse duration reference unit are connected respectively to the fifth and sixth outputs of the clock generator, the seventh, eighth and ninth outputs of which are connected respectively to the first, second and third inputs of the first signal conditioner, the gating input which is connected to the fifth output of the sync generator, and the outputs - with the first, second and third inputs of the first control unit and, respectively, with the first, second and third inputs of the second line the first signal generator, the first, second and third inputs of the column of which are connected respectively to the first, second and third outputs of the clock generator, the fifth output of which is connected to the frame synchronization input of the strobe block, the horizontal synchronization input of which is connected to the sixth output of the clock generator, and the first output of the strobe block with the gate input of the second signal conditioner, the second output with the gate input of the subtractor, the third output with the control input of the third control unit, the first, second and third inputs to which are connected to the corresponding outputs of the second signal conditioner, and the first, second and third outputs to the corresponding control inputs of the second register of the CCD, the output of which is connected to the first information input of the subtractor, the second information input of which is connected to the output of the first register of the CCD, and the output is to the information input of the video amplifier. The prototype provides an increase in the signal-to-noise ratio when generating the image signal of local contrasts, but its drawback is the circuit and structural complexity of the camera, caused by the need to organize the pulsed exposure mode of the photodetector in real time (at the pace of a television standard) using an exposure unit optically coupled to the CCD .
Целью изобретения является упрощение камеры за счет исключения режима импульсного экспонирования матрицы ПЗС. The aim of the invention is to simplify the camera by eliminating the pulse exposure mode of the CCD.
Поставленная цель достигается тем, что в телевизионную камеру, содержащую матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью первой секции, второго регистра, второй секции и первого регистра, причем первый и второй управляющие входы второй секции и первого регистра соединены с соответствующими выходами первого и второго ПУ, синхрогенератор, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго ПУ, видеоусилитель, выход которого является выходом камеры, блок отсчета длительности импульсов, выход кадровой частоты которого соединен с третьим управляющим входом второй секции, выход строчной частоты - с третьим управляющим входом первого регистра, а первый и второй управляющие входы - соответственно с третьими выходами первого и второго ПУ, первый формирователь сигнала, блок стробирования, второй формирователь сигнала, вычитатель, третий ПУ, причем управляющий вход первого ПУ подключен к четвертому выходу синхрогенератора, а входы кадровой и строчной синхронизации блока отсчета длительности импульсов соединены соответственно с пятым и шестым выходами синхрогенератора, седьмой, восьмой и девятый выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого формирователя сигнала, стробирующий вход которого соединен с пятым выходом синхрогенератора, а выходы - с первым, вторым и третьим входами первого ПУ и соответственно с первым, вторым и третьим входами строки второго формирователя сигнала, первый, второй и третий входы столбца которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора, пятый выход которого подключен к входу кадровой синхронизации блока стробирования, вход строчной синхронизации которого соединен с шестым выходом синхрогенератора, а первый выход блока стробирования - со стробирующим входом второго формирователя сигнала, второй выход - со стробирующим входом вычитателя, третий выход - с управляющим входом третьего ПУ, первый, второй и третий входы которого подключены к соответствующим выходам второго формирователя сигнала, а первый, второй и третий выходы - к соответствующим управляющим входам второго регистра матрицы ПЗС, выход которого соединен с первым информационным входом вычитателя, второй информационный вход которого подключен к выходу первого регистра матрицы ПЗС, а выход - к информационному входу видеоусилителя, введены четвертый и пятый ПУ, третий формирователь сигнала, инвертор, а в матрицу ПЗС введена третья секция, находящаяся в зарядовой связи с первой секцией и являющаяся фотомишенью камеры, причем первый, второй и третий управляющие входы третьей секции соединены с соответствующими выходами четвертого ПУ, управляющий вход которого подключен к пятому выходу синхрогенератора, на первый, второй и третий входы - к соответствующим выходам третьего формирователя сигнала, стробирующий вход которого соединен через инвертор с пятым выходом синхрогенератора, седьмой, восьмой и девятый выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам третьего формирователя сигнала и соответственно к первому, второму и третьему входам пятого ПУ, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом синхрогенератора, а выходы пятого ПУ - с первым, вторым и третьим управляющими входами первой секции. This goal is achieved in that in a television camera containing a CCD matrix consisting of a first section, a second register, a second section and a first register connected in series by charge communication, the first and second control inputs of the second section and the first register are connected to the corresponding outputs of the first and second The control unit, a sync generator, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the first, second and third inputs of the second control unit, a video amplifier, the output of which is the camera output, a readout eta pulse duration, the output of the frame frequency of which is connected to the third control input of the second section, the output of the horizontal frequency - with the third control input of the first register, and the first and second control inputs - respectively, with the third outputs of the first and second controllers, the first signal conditioner, gating unit, a second signal conditioner, a subtracter, a third control unit, the control input of the first control unit connected to the fourth output of the clock generator, and the inputs of the frame and horizontal synchronization of the impulse duration reference unit owls are connected respectively to the fifth and sixth outputs of the clock generator, the seventh, eighth and ninth outputs of which are connected respectively to the first, second and third inputs of the first signal conditioning instrument, whose gate input is connected to the fifth output of the clock generator, and the outputs to the first, second and third inputs of the first PU and, respectively, with the first, second and third inputs of the second signal former, the first, second and third inputs of the column of which are connected respectively to the first, second and third outputs of the syn a generator, the fifth output of which is connected to the frame synchronization input of the gating unit, the horizontal synchronization input of which is connected to the sixth output of the clock generator, and the first output of the gating unit - with the gate input of the second signal conditioner, the second output - with the gate input of the subtractor, the third output - with the control input third launcher, the first, second and third inputs of which are connected to the corresponding outputs of the second signal conditioner, and the first, second and third outputs to the corresponding control the moves of the second register of the CCD matrix, the output of which is connected to the first information input of the subtractor, the second information input of which is connected to the output of the first register of the CCD, and the output to the information input of the video amplifier, the fourth and fifth controllers, the third signal driver, inverter, and the matrix are introduced The CCD introduced the third section, which is in charge communication with the first section and is the camera’s target, with the first, second and third control inputs of the third section connected to the corresponding outputs of the fourth P U, the control input of which is connected to the fifth output of the clock generator, to the first, second and third inputs - to the corresponding outputs of the third signal conditioning instrument, whose gate input is connected through the inverter to the fifth output of the clock generator, the seventh, eighth and ninth outputs of which are connected respectively to the first, second and the third inputs of the third signal conditioner and, respectively, to the first, second, and third inputs of the fifth control unit, the control input of which is connected to the fourth output of the clock generator, and the outputs are o PU - with the first, second and third control inputs of the first section.
На чертеже изображена структурная схема предлагаемой телекамеры. The drawing shows a structural diagram of the proposed camera.
Телевизионная камера содержит матрицу 1 ПЗС, состоящую из третьей секции 1-5, первой секции 1-1, второго регистра 1-4, второй секции 1-2 и первого регистра 1-3; первый ПУ 2, второй ПУ 3, синхрогенератор 4, видеоусилитель 5, блок 6 отсчета длительности импульсов, первый формирователь 7 сигнала, блок 8 стробирования, второй формирователь 9 сигнала, вычитатель 10, третий ПУ 11, четвертый ПУ 12, пятый ПУ 13, третий формирователь 14 сигнала и инвертор 15. The television camera contains a CCD matrix 1, consisting of a third section 1-5, a first section 1-1, a second register 1-4, a second section 1-2 and a first register 1-3; the first control unit 2, the second control unit 3, the sync generator 4, the video amplifier 5, the pulse duration reference unit 6, the first signal conditioner 7, the gating unit 8, the second signal conditioner 9, the subtractor 10, the third control unit 11, the fourth control unit 12, the fifth control unit 13, the third signal driver 14 and inverter 15.
Телевизионная камера работает следующим образом. A television camera operates as follows.
На третью секцию 1-5 матрицы 1 ПЗС, являющейся фотомишенью камеры, в режиме непрерывного экспонирования проецируется оптическое изображение объекта контроля. Синхрогенератор 14 в совокупности с первым 7, вторым 9 и третьим 14 формирователями сигнала, первым ПУ 2, вторым ПУ 3, третьим ПУ 11, четвертым ПУ 12, пятым ПУ 13, инвертором 15, блоком 6 отсчета длительности импульсов и блоком 8 стробирования обеспечивает в матрице 1 ПЗС формирование видеоинформации и ее развертку в приводимой ниже последовательности. On the third section 1-5 of the CCD matrix 1, which is the camera’s target, an optical image of the control object is projected in the continuous exposure mode. The sync generator 14 in conjunction with the first 7, second 9 and third 14 signal conditioners, the first control unit 2, the second control unit 3, the third control unit 11, the fourth control unit 12, the fifth control unit 13, the inverter 15, the pulse duration reference unit 6 and the gating unit 8 provides CCD matrix 1 the formation of video information and its scan in the sequence below.
В течение прямого хода по кадру в потенциальных ямах, сформированных под вторыми фазными электродами секции 1-5, производится накопление фотозарядов. После завершения процесса накопления фотозарядов начинается процесс переноса зарядового изображения кадра из секции 1-5 в секцию 1-1, который занимает по времени интервал обратного хода по кадру. During the direct course through the frame in potential wells formed under the second phase electrodes of section 1-5, photo charges are accumulated. After completion of the process of accumulation of photo charges, the process of transferring the charge image of the frame from section 1-5 to section 1-1 begins, which takes the time interval of the reverse stroke in the frame.
По окончании переноса зарядового изображения в секцию 1-1 в течение последующего цикла прямого хода кадровой развертки в секции 1-5 производится накопление "нового" кадра, а зарядовые пакеты "старого" кадра из секции 1-1 через второй регистр 1-4 переносятся в секцию 1-2. Для этого на первые, вторые и третьи фазные электроды первой секции 1-1, второго регистра 1-4 и второй секции 1-2 подаются одинаковые трехфазные импульсные сигналы, осуществляющие перенос зарядов кадра построчно в течение обратного хода строчной развертки для каждой строки. Upon completion of the transfer of the charge image to section 1-1 during the next cycle of the forward frame scan in section 1-5, the “new” frame is accumulated, and the charge packets of the “old” frame from section 1-1 are transferred to the second register 1-4 to section 1-2. To do this, the first three, three and three phase electrodes of the first section 1-1, second register 1-4 and second section 1-2 are supplied with the same three-phase pulse signals, which carry out the transfer of frame charges line by line during the horizontal flyback for each line.
Затем в интервале обратного хода по кадру в секции 1-2 производится расфокусировка по вертикали хранящихся там зарядовых пакетов. Then, in the interval of the reverse motion in the frame in section 1-2, the vertical defocusing of the charge packets stored there is performed.
Расфокусированное по вертикали зарядовое изображение кадра построчно и поэлементно считывается через первый регистр 1-3 с одновременной расфокусировкой зарядовых пакетов по горизонтали. При этом в видеосигнале расфокусированного изображения имеет место двумерное сужение пространственных частот по отношению к видеосигналу четкого изображения. The vertical defocused charge image of the frame is read out line-by-line and element-wise through the first register 1-3 with the simultaneous defocusing of the charge packets horizontally. In this case, in the video signal of the defocused image, there is a two-dimensional narrowing of the spatial frequencies with respect to the video signal of a clear image.
Одновременно со считыванием расфокусированного изображения через первый регистр 1-3 производится считывание зарядовых пакетов четкого изображения, накопленных в предыдущем цикле, через второй регистр 1-4. Видеосигнал четкого изображения и видеосигнал расфокусированного изображения поступают на информационные входы вычитателя 10, на выходе которого образуются составляющие разностного сигнала изображения, содержащие повышенную информацию о локальных контрастах объекта контроля. Simultaneously with the reading of the defocused image through the first register 1-3, the charge packets of the clear image accumulated in the previous cycle are read through the second register 1-4. The video signal of the clear image and the video signal of the defocused image are fed to the information inputs of the subtractor 10, the output of which is formed by the components of the differential image signal containing increased information about the local contrasts of the control object.
Разностный видеосигнал в видеоусилителе 5 преобразуется в полный телевизионный сигнал размером 1 В на нагрузке 75 Ом. В зависимости от выбора оператором степени зарядовой расфокусировки по двум координатам локальное контрастирование изображений может осуществляться либо путем подчеркивания границ объектов либо их оконтуриванием. The differential video signal in the video amplifier 5 is converted into a full television signal of size 1 V at a load of 75 ohms. Depending on the operator’s choice of the degree of charge defocusing in two coordinates, local contrasting of images can be carried out either by emphasizing the boundaries of objects or by contouring them.
Согласно изобретению отпадает необходимость в блоке экспонирования, который для работы камеры в телевизионном стандарте представляет собой сложное и дорогостоящее устройство, например электронно-оптический преобразователь с сеточным управлением. В то же время затраты на вводимые блоки незначительны, так как они реализуются простыми средствами цифровой электроники. Кроме того, в изобретении по сравнению с прототипом обеспечивается пропорциональное повышение пороговой чувствительности за счет увеличения времени накопления фотозарядов примерно порядок. Этот выигрыш в чувствительности позволяет снизить рабочую освещенность матрицы ПЗС при сохранении величины отношения сигнал/шум. According to the invention, there is no need for an exposure unit, which for a camera in the television standard is a complex and expensive device, for example, an electron-optical converter with grid control. At the same time, the costs of the input units are negligible, since they are realized by simple means of digital electronics. In addition, in the invention compared with the prototype provides a proportional increase in threshold sensitivity by increasing the accumulation time of photo charges about the order. This gain in sensitivity reduces the working illumination of the CCD matrix while maintaining the signal-to-noise ratio.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4915068 RU2030839C1 (en) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | Charge-coupled camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4915068 RU2030839C1 (en) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | Charge-coupled camera |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2030839C1 true RU2030839C1 (en) | 1995-03-10 |
Family
ID=21562670
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4915068 RU2030839C1 (en) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | Charge-coupled camera |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2030839C1 (en) |
-
1991
- 1991-02-27 RU SU4915068 patent/RU2030839C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1656696, 1989, кл. H 04N 5/30, опублик.1991. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1163687A (en) | device and method for detection and demodulation of intensity modulated radiation field | |
KR920704503A (en) | High resolution multi-sensor camera | |
US3995107A (en) | Charge coupled parallel-to-serial converter for scene scanning and display | |
US4188642A (en) | CCD Imager operable in single frame and repetitive frame modes | |
US5101421A (en) | X-ray imaging apparatus | |
US3604839A (en) | Field-sequential color television apparatus employing color filter wheel and two camera tubes | |
RU2030839C1 (en) | Charge-coupled camera | |
US4875093A (en) | Ultrafast continuous imaging apparatus | |
CN112945204B (en) | Device and method for detecting framing images | |
JPS62182613A (en) | Distance detector | |
JPS6239722B2 (en) | ||
WO1989012837A1 (en) | Range finding device | |
JPH0773339B2 (en) | Imaging device | |
SU1483673A1 (en) | Image signal generator | |
SU1185656A1 (en) | Television stroboscopic device | |
JPH0245871B2 (en) | ||
JP2591680B2 (en) | Asynchronous phenomenon measurement camera device | |
SU555357A1 (en) | Signal selector for moving objects | |
SU561979A1 (en) | Graphic reading device | |
US4445139A (en) | Device for the electronic scanning of images | |
SU1005111A1 (en) | Device for counting flat objects | |
JPS58709B2 (en) | 100% of the time | |
SU680198A1 (en) | Image signal shaper | |
JPS6390279A (en) | Picture transmission equipment | |
JPS6220478A (en) | Solid-state image pickup device |