Адаптивная телевизионная камера на матрице приборов с зарядовой связью

 

Изобретение относится к телевидению (ТВ). Цель изобретения - повышение чувствительности ТВ камеры 1фи передаче неподвижных и подвижных объектов. ТВ камера содержит оптический блок 1, матрицу 2 приборов с зарядовой связью, видеоусилитель 3, блок измерения 4 заряда, формирователь 5 управляющих напряжений, пиковые детекторы 6 и 11, блоки памяти (БП) 7 и 17, компараторы 8, 9 и 10, формирователь 12 абсолютной величины напряжения сигнала, блок вычитания (БВ) 13, умножитель 14 напряжений и делитель 15 напряжений. В устр-ве осуществляется выбор трех пороговых напряжений, которые соответствуют максимальному отношению сигнал/шум на выходе ТВ камеры и, следовательно, достижению минимальной шумовой составляющей ошибки измерения при заданной нелинейной составляющей ошибки, а также достижению компромиссных соотношений между шумовой, нелинейной и линейной составляющими ошибки измерения размеров движущейся детали . Цель достигается за счет обеспечения максимальной точности измерения с помощью введенных компараторов 8, 9 и 10, детектора 11,. формирователя 12, БВ 13, умножителя 14, делителя 15иБП16.3ил. З-епгуатЙх § л

СОО3 СОВЕТСКИХ

COUHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4002930/24-09 (22) 06.01.86 (46) 30.07.87. Бюл. В 28 (72} А.Н. Куликов, А.В. Мартынихин, Л.И. Хромов и А.К. Цыцулин (53) 621.897(088.8) (56) Техника средств связи. Техника телевидения, 1984, вып. 5, с. 3-10.

Авторское свидетельство СССР

9 853821, кл. Н 04 N 7/18, 1980. (54) АДАПТИВНАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КАМЕРА

НА МАТРИЦЕ ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ

СВЯЗЬЮ (57) Изобретение относится к телевидению (ТВ). Цель изобретения — повышение чувствительности ТВ камеры при передаче неподвижных и подвижных объектов. ТВ камера содержит оптический блок 1, матрицу 2 приборов с зарядовой связью, видеоусилитель 3, блок измерения 4 заряда, формирователь 5 управляющих напряжений, пико„„SU„„1 27323 А1 вые детекторы б и 11, блоки памяти (БП) 7 и 17, компараторы 8, 9 и 10, формирователь 12 абсолютной величины напряжения сигнала, блок вычитания (БВ) 13, умножитель 14 напряжений и делитель 15 напряжений. В устр-ве осуществляется выбор трех пороговых напряжений, которые соответствуют максимальному отношению сигнал/шум на выходе ТВ камеры и, следовательно, достижению минимальной шумовой сос" тавляющей ошибки измерения при заданной нелинейной составляющей ошибки, а также достижению компромиссных соотношений между шумовой, нелинейной и линейной составляющими ошибки измерения размеров движущейся детали. Цель достигается sa счет обеспечения максимальной точности измерения с помощью введенных компараторов

8, 9 и 10, детектора 11,. формирователя 12, БВ 13, умножителя 14, делителя 15 и БП 16. 3 ил.

Х-е мржйе

1 1327323 2

Изобретение относится к a eëåâèäåнию и может быть использовано при построении системы технического зрения промышленных роботов, предназн»5 ченных для установки деталей и сборки узлов, Цель изобретения — повышение чувствительности телевизионной камеры при передаче неподвижных и подвижных объектов.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема адаптивной телевизионной камеры на матрице приборов с зарядовой связью (ПЗС); на фиг.2 условные изображения деталей темного цвета — с, блестящих — Я и движущихся — b, а также осциллограммы строки сигнала изображения, иллюстрирующие появление шумовой, нелинейной и ли.нейной составляющих ошибки измерения; на фиг. 3 — свет-сигнальная характеристика матрицы ПЗС, иллюстрирующая выбор пороговых напряжений.

Адаптивная телевизионная (ТВ) камера на матрице ПЗС (фиг. 1) содержит оптический блок 1, матрицу 2 ПЗС, видеоусилитель 3., блок 4 измерения заряда, формирователь 5 управляющих напряжений, первый пиковый детектор 6, первый блок 7 памяти, первый 8, второй 9 и третий 10 компараторы, второй пиковый детектор 1 1, формирователь

12 абсолютной величины напряжения сигнала, блок 13 вычитания, умножитель 14 напряжений, делитель 15 напряжений и второй блок 16 памяти.

Адаптивная телевизионная камера на матрице ПЗС (фиг. 1) работает следующим образом.

Изображение детали (фиг. 2а,б,в) с помощью оптического блока 1 проецируется на секцию накопления матрицы

2 ПЗС. Блок 4 измерения заряда, подключенный к накапливающему заряд элек45 троду секции накопления матрицы 2 ПЗС, формирует на своем выходе монотонно нарастающее напряжение, пропорциональное текущему уровню накапливаемого заряда. Это напряжение сравнивает50 ся в первом компараторе 8 с первым пороговым напряжением, которое соответствует уровню сигнала вблизи уровня насьпцения матрицы 2 ПЗС (фиг. 3).

Равенство напряжения на выходе блока

4 измерения заряда первому норогово55 му напряжению соответствует максимальному отношению сигнал/шум на выходе ТВ камеры и, следовательно, достижению минимальной пгумовой составляющей ошибки измерения при заданной нелинейной составляющей ошибки. При этом; на выходе первого компаратора 8 вырабатывается единичньп1 логический уровень, который воздействует на формирователь 5 управляющих напряжений, в результате чего накопление заряда текущего кадра в секции накопления матрицы 2 ПЗС прекращается и производится перенос накопленного заряда в секцию хранения и дальнейший вывод сигнала текущего кадра. Если в поле зрения ТВ камеры появляется движущаяся деталь (фиг. 2,6), то на выходе блока 13 вычитания появляется сигнал межкадровой разности, модулЬ пикового уровня которого через формирователь 12 абсолютной величины напряжения сигнала и второй пиковый детектор 11 поступает на входы второго 9 и третьего 10 компараторов.

Если пиковый сигнал модуля межкадровой.разности превышает второй пороговый уровень (фиг. 3), то через один кадр время кадра уменьшается в два раза. Если сигнал находится в пределах между вторым и третьим пороговыми уровнями, то время кадра не изменяется, если сигнал находится ниже третьего порогового уровня, то через кадр время кадра увеличивается в два раза., Нужно отметить, что в любом случае, напряжение выходного сигнала не может превышать первого порогового напряжения, так как при достиже-, нии им этого напряжения вне зависимости от информации о движении детали, включается перенос накопленного заряда для защиты матрицы 2 ПЗС от пересветки и возрастания нелинейной составляющей ошибки. Второе и третье пороговые напряжения выбираются из условия достижения компромиссных соотношения между шумовой, нелинейной и линейной составляющими ошибки иэмерения размеров движущейся детали.

При этом, третьего пороговое напряжение должно превышать второе по крайней мере в 2,5 раза для обеспечения устойчивости автоматического регулирования частоты кадров. Умножигель 14 и делитель 15 напряжений предназначены для обеспечения возможности межкадрового вычитания при различных временах соседних кадров и выделении только информации о движении, что особенно важно в условиях неста1327323 бильной подсветки. Сигнап на входе первого бпока 7 памяти пропорционален интегральному уровню сигнала текущего кадра, а на его выходе — сигналу предыдущего кадра. На выходе делителя 15 напряжения выделяется отношение уровней освещенности в соседних кадрах (отношение уровней накопленных зарядов). Это отношение поступает на вход умножителя 14 напряжений. Если соседние кадры одинаковы, то видеосигнал предыдущего кадра проходит через умножитель 14 без изменения, и после межкадрового вычитания разностный сигнал равен нулю для всех элементов изображения. В этом случае частота кадров регулируется в соответствии с уровнем освещенности неподвижной детали (по первому пороговому напряжению), и ТВ камера реализует максимальное отношение сигнал/ шум и сигнал/нелинейная ошибка, что обеспечивает максимальную точность измерения. Если за время кадра произошло изменение освещенности наблюдаемого пространства и детали (например за счет случайного колебания напряжения осветительной сети), то на выходе делителя 15 напряжений появляется напряжение пропорциональное отношению освещенностей в соседних кадрах. Но так как напряжения видеосигналов текущего и предыдущего кадров во всех элементах изображения также пропорциональны отношению освещенностей, то на выходе блока 13 вычитания снова будет нулевой сигнал и ложная тревога о кажущемся движении детали не пройдет в систему автоматического регулирования частоты кадров телекамеры. Если же произошло движение наблюдаемой детали, то в соответствующих (как правило краевых) участках изображения детали сигнал межкадровой разности будет отличен от нуля. ТВ камера будет перестраивать (уменьшать) время кадра для достижения наилучшего соотношения между шумовой, линейной и нелинейной составляющими ошибки измерения для движущейся детали, при этом также будет обеспечена максимальная точность измерения геометрических размеров и координат местоположения деталей.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Адаптивная телевизионная камера

5 на матрице приборов с зарядовой связью, содержащая последовательно включенные оптический блок, матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС) и видеоусилитель, выход которого является выходом устройства, а также последовательно соединенные блок измерения заряда, первый пиковый детектор и первый блок памяти, сигнальный выход блока измерения заряда подключен к накапливающему электроду секции накопления матрицы ПЗС, остальные электроды матрицы ПЗС подключены к выходам первой шины управления формирователя управляющих напряжений, синхронизирующии вход которого является входом тактовых импульсов, входы управления блока измерения заряда соединены с выходами второй шины управления формирователя управляющих

25 напряжений, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности телевизионной камеры при передаче неподвижных и подвижных объектов, выход блока измерения заряда

3р соединен через введенный первый компаратор с входом управления переносом заряда формирователя управляющих напряжений, между выходом видеоусилителя и первым входом управления вре35 менем накопления заряда формирователя управляющих напряжений включены введенные и последовательно соединенI ные второй блок памяти, умножитель напряжений, блок вычитания, форми40 рователь абсолютной величины напряжения сигнала, второй пиковый детектор и второй компаратор, первый вход которого объединен с первым входом введенного третьего компаратора, вы45 ход которого соединен с вторым входом управления временем накопления зарядов формирователя управляющих напряжений, при этом второй вход умножителя напряжений соединен с выхо5О дом введенного делителя напряжений, два входа которого соединены с входом и выходом первого блока памяти, причем вторые входы первого, второго и третьего компараторов являются входами первого, второго и третьего пороговых напряжений соответственно.

1327323

Ы йжОРЦ

Д3овущаяся бетам

Фюфююююе

ВНИИПИ Заказ 3400/56

Тираж 638 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4