Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов
Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении телевизионных устройств, выполненных на базе фотоприемника в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), для обнаружения в ее поле зрения подвижных объектов. Техническим результатом является разработка устройства с повышенной точностью регистрации подвижных объектов путем устранения пространственного смещения сравниваемых кадров. Технический результат достигается тем, что в телевизионное устройство введены последовательно соединенные блок задержки на кадр и коммутатор-смеситель, формирователь импульса фотозатвора, первый преобразователь уровня (ПУ), второй ПУ, а на кристалл матрицы ПЗС между фотоприемной секцией и секцией хранения введены последовательно связанные зарядовой связью второй выходной регистр, разделительный электрод и второй блок преобразования заряда в напряжение, причем фотоприемная секция матрицы ПЗС выполнена по схемотехнической организации «строчный перенос». 2 з.п. ф-лы, 13 ил.
Предлагаемое изобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении телевизионных устройств, выполненных на базе фотоприемника в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС), для обнаружения в ее поле зрения подвижных объектов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов [1], содержащее последовательно расположенные объектив, светоделитель и две матрицы ПЗС, каждая из которых состоит из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, секции хранения и выходного регистра, причем вход светоделителя оптически связан с объективом, а первый и второй выходы светоделителя - с секцией накопления первой матрицы ПЗС и с секцией накопления второй матрицы ПЗС соответственно, при этом выход первой матрицы ПЗС подключен через первый видеоусилитель к первому входу блока вычитания, а выход второй матрицы ПЗС - через второй видеоусилитель ко второму входу блока вычитания, выход которого соединен с компаратором, второй вход которого является входом порогового сигнала, а выход компаратора подключен к входу формирователя сигнала тревоги, причем управляющие входы секции накопления, секции хранения и выходного регистра первой матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего трехфазных преобразователей уровня (ПУ), управляющие входы выходного регистра, секции накопления и секции хранения второй матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам четвертого, пятого и шестого трехфазных ПУ, при этом первые, вторые и третьи входы первого трехфазного ПУ подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора, четвертый, пятый и шестой выходы которого подключены к первому, второму и третьему входам второго трехфазного ПУ соответственно, седьмой, восьмой и девятый выходы синхрогенератора подключены к соединенным между собой первым, вторым и третьим входам третьего и четвертого трехфазных ПУ соответственно, десятый выход синхрогенератора подключен к управляющему входу первого видеоусилителя, одиннадцатый выход синхрогенератора - к первому входу формирователя импульсов (ФИ), двенадцатый выход синхрогенератора - ко второму входу ФИ, первый выход которого подключен к объединенным стробирующим входам первого и второго трехфазных ФИ, а второй выход ФИ - к стробирующему компаратора, причем первый, второй и третий выходы первого трехфазного ФИ подключены соответственно к первому, второму и третьему входам пятого трехфазного ПУ, а первый, второй и третий входы первого трехфазного ФИ - соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора, первый, второй и третий выходы второго трехфазного ФИ подключены соответственно к первому, второму и третьему входам шестого трехфазного ПУ, а первый, второй и третий входы второго трехфазного ФИ - соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам синхрогенератора, при этом выход полного телевизионного сигнала первого видеоусилителя подключен к информационному входу видеоконтрольного блока.
Для устройства прототипа предполагается наличие следующих признаков:
- матрицы ПЗС являются по управлению трехфазными приборами и выполнены по схемотехнической организации «кадровый перенос», а их секции накопления являются фотоприемными секциями;
- выходные регистры матриц оканчиваются на кристалле ПЗС блоком преобразования заряда в напряжение;
- синхрогенератор, ФИ, первый и второй трехфазные ФИ образуют временной контроллер устройства;
- дополнительный тринадцатый выход синхрогенератора является выходом кадрового синхронизирующего импульса (КСИ);
- первый и второй видеоусилители, блок вычитания и компаратор образуют сигнальный процессор устройства;
- выходы от первого и второго видеоусилителей на блок вычитания исключают автоматическую регулировку усиления (АРУ) видеосигнала по каждому из них и обозначаются соответственно как «линейные» выходы;
- выход полного телевизионного сигнала от первого видеоусилителя на видеоконтрольный блок обозначается как «композитный» выход.
Недостаток прототипа - ограниченная точность регистрации подвижных объектов из-за ошибки межкадрового вычитания, вызываемой оптическим рассовмещением фотоприемников и соответственно пространственным смещением сравниваемых кадров.
Задача изобретения - разработка устройства с повышенной точностью регистрации подвижных объектов путем устранения пространственного смещения сравниваемых кадров.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемое устройство обнаружения подвижных объектов, которое содержит оптически связанные объектив и трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции, первой секции хранения, первого выходного регистра с первым блоком преобразования заряда в напряжение (БПЗН) на выходе, временной контроллер, состоящий из синхрогенератора, формирователя импульсов (ФИ), первого и второго трехфазных ФИ, причем вход ФИ подключен к двенадцатому выходу синхрогенератора и является выходом кадрового гасящего импульса (КГИ) временного контроллера, десятый выход синхрогенератора является выходом сигнала синхронизации приемника (ССП) временного контроллера, а тринадцатый выход синхрогенератора является выходом КСИ временного контроллера, а также сигнальный процессор, состоящий из первого и второго видеоусилителей, блока вычитания и компаратора, а также первый, второй и третий трехфазные (ПУ), формирователь сигнала тревоги и видеоконтрольный блок, причем управляющие входы секции хранения и первого выходного регистра матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам второго и третьего трехфазных ПУ, а выход первого БПЗН матрицы ПЗС через второй информационный вход сигнального процессора подключен к входу второго видеоусилителя, линейный выход которого подключен ко второму входу блока вычитания, управляющий вход первого видеоусилителя через первый управляющий вход сигнального процессора подключен к выходу ССП временного контроллера, а выход полного телевизионного сигнала первого видеоусилителя - к выходу композитного видеосигнала сигнального процессора, первый вход блока вычитания подключен к линейному выходу первого видеоусилителя, вход которого подключен к первому информационному входу сигнального процессора, а выход блока вычитания - к первому входу компаратора, второй вход которого является входом порогового сигнала, стробирующий вход компаратора подключен ко второму управляющему входу сигнального процессора, а выход компаратора, являющийся выходом управления сигнального процессора, подключен к входу формирователя сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи входы первого трехфазного ПУ подключены через первый выход управления временного контроллера к соответствующим выходам первого трехфазного ФИ, стробирующий вход второго трехфазного ФИ подключен к первому выходу ФИ, второй выход которого на четвертом выходе временного контроллера подключен через второй управляющий вход сигнального процессора к стробирующему входу компаратора, первые, вторые и третьи входы второго трехфазного ПУ подключены через второй выход управления временного контроллера к соответствующим выходам второго трехфазного ФИ, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам синхрогенератора, а первый, второй и третий входы третьего трехфазного ПУ подключены через третий выход управления временного контроллера соответственно к седьмому, восьмому и девятому выходам синхрогенератора, введены последовательно соединенные блок задержки на кадр и коммутатор-смеситель, последовательно соединенные формирователь импульсов фотозатвора (ФИФ) и первый преобразователь уровня (ПУ), а также второй ПУ, причем фотоприемная секция матрицы ПЗС выполнена по схемотехнической организации «строчный перенос» и содержит управляемые фотозатвором столбцы фотодиодных светочувствительных элементов, чередующихся с экранированными от света вертикальными регистрами, а на кристалл матрицы ПЗС между фотоприемной секцией и секцией хранения введены последовательно связанные зарядовой связью второй выходной регистр со вторым БПЗН на выходе и разделительный электрод, причем управляющие входы вертикальных регистров фотоприемной секции матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого трехфазного ПУ, при этом первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам синхрогенератора, управляющий вход фотозатвора фотоприемной секции матрицы ПЗС подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход разделительного электрода матрицы ПЗС подключен к выходу второго ПУ, а управляющие входы второго выходного регистра матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам третьего трехфазного ПУ, причем выход второго БПЗН матрицы ПЗС подключен к первому информационному входу сигнального процессора, выход композитного видеосигнала с которого подключен соответственно к входу блока задержки на кадр и к первому информационному входу коммутатора-смесителя, управляющий вход которого через пятый выход управления временного контроллера подключен к первому выходу ФИ, второй выход первого ФИ через шестой выход управления временного контроллера - ко второму управляющему входу сигнального процессора, третий выход ФИ - к стробирующему входу первого трехфазного ФИ, четвертый выход ФИ через четвертый выход управления временного контроллера - к входу второго ПУ, при этом выход КГИ и выход КСИ временного контроллера подключены соответственно к первому и второму входу ФИФ, а выход коммутатора-смесителя подключен к информационному входу видеоконтрольного блока.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое телевизионное устройство отличается наличием ФИФ, первого и второго ПУ, блока задержки на кадр и коммутатора-смесителя, выполнением фотоприемной секции матрицы ПЗС по схемотехнической организации «строчный перенос», наличием новых блоков на кристалле матрицы ПЗС, а именно разделительного электрода, второго выходного регистра и второго БПЗН. Имеет место и наличие новых связей между новыми и остальными блоками заявляемого телевизионного устройства.
Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.
В предлагаемом решении сравниваемые кадры для межкадрового вычитания и последующего телевизионного обнаружения подвижных объектов формируются не на двух фотоприемниках, а на единственной матрице ПЗС. Благодаря этому полностью исключается возможность пространственного смещения сравниваемых кадров, снижается ошибка межкадрового вычитания и повышается точность обнаружения подвижных объектов.
По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого телевизионного устройства; на фиг.2 приведена функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС; на фиг.3 - структурная схема временного контроллера; на фиг.4. - структурная схема сигнального процессора; на фиг.5 показан пример выполнения электрической схемы ФИФ; на фиг.6 - временная диаграмма, поясняющая работу ФИФ; на фиг.7 - структурная схема блока задержки на кадр; на фиг.8 - один из возможных вариантов выполнения электрической схемы коммутатора-смесителя; на фиг.9 - функциональная схема ФИ; на фиг.10 - временная диаграмма, поясняющая работу ФИ; на фиг.11, 12 - временные диаграммы, поясняющие работу телевизионного устройства; на фиг.13 - электрическая схема реализации первого и второго трехфазных ФИ в составе временного контроллера.
Заявляемое телевизионное устройство (см. фиг.1) содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив 1 и трехфазную матрицу 2 ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции 2-1, второго выходного регистра 2-5, второго БПЗН 2-6, разделительного электрода 2-7, секции хранения 2-2, первого выходного регистра 2-3 и первого БПЗН 2-4; временной контроллер 3, первый трехфазный ПУ 4, второй трехфазный ПУ 5, третий трехфазный ПУ 6, последовательно соединенные сигнальный процессор 7 и формирователь 8 сигнала тревоги; видеоконтрольный блок 9, последовательно соединенные ФИФ 10 и первый ПУ 11; второй ПУ 12, последовательно соединенные блок 13 задержки на кадр и коммутатор-смеситель 14, при этом управляющий вход фотозатвора секции 2-1 матрицы ПЗС подключен к выходу ПУ 11, управляющие входы вертикальных регистров секции 2-1 матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам трехфазного ПУ 4, соединенные между собой управляющие входы второго 2-5 и первого 2-3 выходных регистров матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам трехфазного ПУ 6, управляющие входы секции 2-2 матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам трехфазных ПУ 5, а управляющий вход разделительного электрода 2-7 матрицы ПЗС подключен к выходу ПУ 12, причем первый выход управления временного контроллера 3 подключен к входу трехфазного ПУ 4, второй выход управления временного контроллера 3 - к входу трехфазного ПУ 5, третий выход управления временного контроллера 3 - к входу ПУ 6, четвертый выход управления временного контроллера 3 - к входу ПУ 12, пятый выход управления временного контроллера 3 - к управляющему входу коммутатора-смесителя 14, а шестой выход управления временного контроллера 3 - ко второму управляющему входу сигнального процессора 7, первый управляющий вход которого подключен к выходу ССП временного контроллера 3, выходы КГИ и КСИ которого подключены соответственно к первому и второму входам ФИФ 10, причем выход БПЗН 2-4 подключен ко второму информационному входу сигнального процессора 7, первый информационный вход которого подключен к выходу БПЗН 2-6, выход композитного видеосигнала сигнального процессора 3 подключен соответственно к входу блока 13 задержки на кадр и к первому информационному входу коммутатора-смесителя 14, при этом выход коммутатора-смесителя 14 подключен к информационному входу видеоконтрольного блока 9.
Фотоприемная секция 2-1 матрицы ПЗС (см. фиг.2) имеет типовую конструкцию для матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Она обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в столбцы. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр, отделенный от фотодиодов фотозатвором. Во время накопления зарядовых пакетов в фотодиодах на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах.
Зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 2-1 построчно переносятся в выходной регистр 2-5, из которого поэлементно считываются через БПЗН 2-6. Предполагается, что зарядовый перенос является трехфазным.
Но это направление зарядового переноса не является единственным, т.к. на общем кристалле матрицы ПЗС, кроме указанных областей, расположены разделительный электрод 2-7, секция хранения 2-2, выходной регистр 2-3 и БПЗН 2-4.
Разделительный электрод 2-7 разрешает построчный перенос зарядов из вертикальных регистров секции 2-1 сквозь регистр 2-5 в секцию хранения 2-2 или изолирует секцию 2-2 от такого переноса. Под секцией 2-2 расположен выходной регистр 2-3, который заканчивается БПЗН 2-4. Он, как и блок 2-6, предназначен для осуществления преобразования зарядового сигнала изображения в напряжение видеосигнала.
Предлагаемая функциональная схема технологической организации матрицы ПЗС (см. фиг.2) близка к концепции фотоприемника со строчно-кадровым переносом [2, с.137], отличаясь от нее наличием выходного регистра 2-6, БПЗН 2-7 и разделительного электрода 2-4.
По организации управления матрица 2 ПЗС может быть не только трехфазной, но и двухфазной или четырехфазной [3, с.26-30].
Временной контроллер 3 предназначен для осуществления развертки в матрице 2 ПЗС и формирования служебных импульсов для сигнального процессора 7 и коммутатора-смесителя 14.
В составе его структурной схемы (см. фиг.3), которая была описана выше, введены следующие позиционные обозначения: синхрогенератор 3-1, ФИ 3-2, первый трехфазный ФИ 3-3 и второй трехфазный ФИ 3-4.
Блок ФИ 3-2 содержит (см. фиг.9) элемент «НЕ» 3-2-1, первый триггер 3-2-2 Т-типа, второй триггер 3-2-3 Т-типа, первый элемент «И» 3-2-4, второй элемент «И» 3-2-5, третий элемент «И» 3-2-6, таймер 3-2-7 и переключатель 3-2-8. На вход ФИ 3-2 подается сигнал КГИ (см. фиг.10а).
В верхнем положении переключателя 3-2-8 обеспечивается минимальный период межкадрового сравнения заявляемого телевизионного устройства, равный 2Тк. Формирование промежуточных сигналов в ФИ 3-2 показано на эпюрах фиг.10, где изображены следующие диаграммы:
фиг.10б - выход элемента «НЕ» 3-2-1;
фиг.10в - основной выход триггера 3-2-3;
фиг.10г - основной выход триггера 3-2-2 и первый выход ФИ 3-2;
фиг.10д - выход элемента «И» 3-2-6 и третий выход ФИ 3-2;
фиг.10е - выход элемента «И» 3-2-5 и четвертый выход ФИ 3-2;
фиг.10ж - выход элемента «И» 3-2-4 и второй выход ФИ 3-2.
Для надежного обнаружения медленно движущихся объектов период межкадрового сравнения целесообразно увеличить в n раз путем перевода переключателя 3-2-8 в нижнее положение. Тогда к выходам ФИ 3-2 подключаются выходы таймера 3-2-7, а период каждого из четырех выходных сигналов блока становится в n раз больше, т.е. равным 2Тк·n, где n - целое число.
Трехфазный ФИ 3-3 и трехфазный ФИ 3-4 выполнены совершенно аналогично и содержат в отдельности, как в прототипе, (см. фиг.13) первый элемент «НЕ» 3-3-1 (3-4-1), второй элемент «НЕ» 3-3-2 (3-4-2), первый элемент «ИЛИ-НЕ» 3-3-3 (3-4-3), элемент «ИЛИ» 3-3-4 (3-4-4) и второй элемент «ИЛИ-НЕ» 3-3-5 (3-4-5).
Работу трехфазного ФИ 3-3 и трехфазного ФИ 3-4 иллюстрируют эпюры, представленные на фиг.11, 12. На первый, второй и третий входы каждого из этих блоков подаются сигналы соответственно с четвертого, пятого и шестого выходов синхрогенератора 3-1 (см. фиг.11в, фиг.11г и фиг.11д).
На стробирующий вход трехфазного ФИ 3-3 поступает сигнал с третьего выхода ФИ 3-2 (см. фиг.11е), а на стробирующий вход трехфазного ФИ 3-4 - с первого выхода ФИ 3-2 (см. фиг.11и).
В результате на первом, втором и третьем выходах трехфазного ФИ 3-3 формируются сигналы, показанные соответственно на фиг.12а, фиг.12б и фиг.12в, а на первом, втором и третьем выходах трехфазного ФИ 3-4 - сигналы на фиг.12г, фиг.12д и фиг.12е.
Отметим, что при использовании в заявляемом устройстве двухфазной или четырехфазной по управлению матрицы 2 ПЗС блоки ФИ 3-3 и ФИ 3-4 должны быть также соответственно двухфазными или четырехфазными.
Трехфазные ПУ 4-6, как и в прототипе, обеспечивают преобразование входных ТТЛ- или КМОП-уровней в управляющие сигналы, подаваемые трехфазные шины матрицы 2 ПЗС. Следует также отметить, что при использовании в заявляемом устройстве двухфазной или четырехфазной по управлению матрицы 2 ПЗС блоки ПУ 4-6 должны быть тоже двухфазными или четырехфазными.
Сигнальный процессор 7 предназначен для двухканального усиления и обработки сигнала изображения с выходов матрицы ПЗС, формирования композитного видеосигнала, формирования видеосигнала межкадровой разности и оценки тревожной ситуации по выходу управления.
Отметим, что сравнение кадров выполняется в режиме прогрессивной развертки сигнала изображения в матрице 2 ПЗС. Если фотоприемник работает в режиме чересстрочной развертки, то происходит сравнение четных или нечетных полукадров.
В составе структурной схемы сигнального процессора 7 (см. фиг.4), которая была описана выше, введены следующие позиционные обозначения: первый видеоусилитель 7-1, второй видеоусилитель 7-2, блок 7-3 вычитания и компаратор 7-4.
Как и в прототипе, для формирования композитного видеосигнала на первый управляющий вход сигнального процессора 7 с пятого выхода управления временного контроллера 3 поступают импульсы ССП.
Компаратор 7-4 предназначен для сравнения по уровню информационного сигнала Uвх с выхода блока 7-3 вычитания и порогового напряжения Un. Особенностью компаратора 7-4 является выполнение сравнения только при условии, когда на его стробирующем входе (втором управляющем входе сигнального процессора 7) присутствует высокий логический уровень. Этот сигнал вырабатывается на втором выходе ФИ 3-2 (см. фиг.10ж) и поступает на сигнальный процессор 7 с шестого выхода управления временного контроллера 3. На общей временной диаграмме этот импульс показан в качестве фиг.11з.
Формирователь 8 сигнала тревоги и видеоконтрольный блок 9 не отличаются по схемотехническому исполнению от соответствующих блоков прототипа.
ФИФ 10 предназначен для создания логического сигнала управления фотозатвором матрицы 2 ПЗС. Возможная электрическая схема блока показана на фиг.5. Она содержит элемент «НЕ» 10-1, элемент «И» 10-2 и RS-триггер 10-3. На первый вход ФИФ 10 подается сигнал КГИ (см. фиг.6а), а на второй - сигнал КСИ (фиг.6б).
Формирование промежуточных сигналов в ФИФ 10 показано на последующих эпюрах фиг.6, где представлены следующие диаграммы:
фиг.6в - выход элемента «НЕ» 10-1;
фиг.6г - инверсный выход триггера 10-3;
фиг.6д - выход элемента «И» 10-2 и выход блока ФИФ 10.
ПУ 11 предназначен для преобразования логических уровней сигналов ФИФ 10 в управляющие уровни смещений, подаваемых на фотозатвор матрицы 2 ПЗС.
ПУ 12 предназначен для преобразования логических уровней сигналов с четвертого выхода ФИ 3-2 (см. фиг.11ж) в управляющие уровни смещений, подаваемых на разделительный электрод 2-7 матрицы 2 ПЗС.
Блок 13 задержки на кадр предназначен для выполнения временной задержки входного композитного видеосигнала на один кадр в режиме прогрессивной развертки сигнала изображения. Структурная схема блока 13 (см. фиг.7) содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП 13-1), оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ 13-2) и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 13-3).
Отметим, что, если в матрице 2 ПЗС осуществляется чересстрочная развертка видеосигнала, то блок 13 является блоком задержки на полукадр.
Коммутатор-смеситель 14 предназначен для синтеза выходного композитного видеосигнала, в котором устранены пропуски информативного сигнала изображения, возникающие в интервале хранения зарядового сигнала кадра в секции 2-2 матрицы 2 ПЗС. Электрическая схема блока 14 может быть выполнена на базе одно из двух двухканальных аналоговых ключей микросхемы КР590КН8 [4, с.448-449], как предложено на фиг.8. Коммутация двухканального ключа осуществляется при подаче на управляющий вход блока 14 сигнала с первого выхода ФИ 3-2 (см. фиг.11и). При высоком уровне управляющего сигнала размыкаются нормально замкнутые контакты 1*-1* ключа и замыкаются нормально разомкнутые контакты 1-1 ключа.
Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов работает следующим образом.
Изображение наблюдаемого пространства с выходного окна объектива 1 проецируется на фотоприемную секцию 2-1 матрицы 2 ПЗС. Для определенности изложения описания работы заявляемого телевизионного устройства предположим, что в качестве матрицы 2 ПЗС используется трехфазный прибор с каналом n-типа.
Будем вести изложение со ссылкой на общую временную диаграмму работы телевизионного устройства, представленную на фиг.11, 12, предполагая, что в матрице 2 ПЗС осуществляется прогрессивная развертка изображения, а межкадровое сравнение выполняется с периодом 2Тк. Период Тс означает на диаграммах период строчной развертки.
При низком уровне напряжения на фотозатворе матрицы 2 ПЗС (см. фиг.11б) на фотодиодах секции 2-1 осуществляется накопления зарядовой картины кадра. В начале интервала кадрового гашения (см. фиг.11а) уровень напряжения на фотозатворе матрицы 2 ПЗС в течение длительности tфотозатвора становится высоким, разрешая горизонтальный перенос накопленных зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах секции 2-1.
Затем, в течение оставшегося интервала кадрового гашения, выполняется трехфазный вертикальный перенос этих зарядов из секции 2-1 сквозь выходной регистр 2-5 и разделительный электрод 2-7 в секцию 2-2 (см. фиг.12а-12в и фиг.12г-12е). Отметим, что на разделительном электроде 2-7 на это время присутствует высокий потенциал (см. фиг.11ж).
Далее на разделительном электроде 2-7 устанавливается низкий потенциал. Поэтому в течение последующей активной части кадра в секции 2-2 осуществляется хранение под вторыми фазовыми электродами перенесенных зарядовых пакетов (см. фиг.12д), а в выходном регистре 2-5 выполняется поэлементный горизонтальный перенос и считывание каждого пиксела в БПЗН 2-6 темнового сигнала кадра, образовавшегося за это время в вертикальных ПЗС-регистрах секции 2-1. Отметим, что этот кадр является бесполезным (ложным) кадром, и он должен рассматриваться как пропуск информативного видеосигнала. Но, как будет показано ниже, на композитный видеосигнал, подаваемый на видеоконтрольный блок, этот ложный кадр влияния не оказывает.
Начало нового интервала кадрового гашения повторяет процедуру заполнения информационными зарядами вертикальных ПЗС-регистров секции 2-1, но в течение оставшегося интервала кадрового гашения эти заряды хранятся там под вторыми фазовыми электродами (см. фиг.12б).
В течение последующей активной части кадра выполняется параллельное считывание зарядовой картины текущего кадра в БПЗН 2-6 и зарядовой картины задерживаемого кадра в БПЗН 2-4.
В случае, когда произошло движение объекта контроля, на выходе блока 7-3 вычитания сигнального процессора 7 в интервале сравнения информации первого и второго кадров, третьего и четвертого кадров, пятого и шестого кадров и так далее появится сигнал, отличный от нулевого значения. Если этот сигнал по абсолютной величине превышает пороговый сигнал (Un), то компаратор 7-4 скачкообразно изменяет напряжение на выходе.
Далее, как и в прототипе, после опрокидывания компаратора 7-4 формирователь 8 сигнала тревоги обеспечивает звуковую и (или) световую сигнализацию по факту регистрации подвижного объекта в поле зрения телевизионного устройства.
Для надежного обнаружения медленно движущихся объектов период межкадрового сравнения целесообразно увеличить с 2Тк до (2Тк·n), где n - целое число. При этом в целое число раз, кратное Тк, увеличивается длительность хранения задерживаемого кадра. Как было показано выше, это легко выполняется во временном контроллере 3 при помощи таймера 3-2-7 в составе ФИ 3-2.
Следует отметить, что максимальное время хранения зарядов задерживаемого кадра ограничивается величиной плотности темнового тока в ПЗС и для современных приборов без принудительного охлаждения составляет порядка одной секунды (50 Тк), что вполне достаточно для практической реализации телевизионного устройства.
Кроме автоматического обнаружения подвижных объектов телевизионное устройство выполняет функцию телекамеры и предоставляет оператору возможность постоянного визуального контроля ситуации на охраняемом пространстве с экрана видеоконтрольного блока 9.
Композитный видеосигнал на информационном входе видеоконтрольного блока 9 не имеет пропусков информативного сигнала изображения. Ложные видеокадры, имеющие место в композитном видеосигнале на выходе сигнального процессора 7, далее принудительно заменяются на полезные видеокадры, которые задержаны на длительность одного кадра. Алгоритм такой работы обеспечивается в заявляемом устройстве благодаря использованию в его составе блока 13 задержки на кадр и коммутатора-смесителя 14.
Если в матрице 2 ПЗС осуществляется чересстрочное разложение видеосигнала, то работа телевизионного устройства отличается только тем, что в сигнальном процессоре 7 выполняется сравнение текущего и задерживаемого четных или нечетных полукадров, а блок 13 является блоком задержки на полукадр.
В предлагаемом решении увеличена точность обнаружения подвижных объектов, т.к. при прочих равных условиях устранена возможность пространственного смещения текущего и задерживаемого кадров.
В настоящее время все блоки данного решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2072747, МПК6 H04N 5/30. Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов. / В.М.Смелков, Г.С.Новиков // БИ - 1997. - №3.
2. Владо Дамьяновски. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. - М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.
3. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М.: «Радио и связь», 1991.
4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В.Якубовский, Л.И.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др. - М.: «Радио и связь», 1990.
1. Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов, содержащее оптически связанные объектив и трехфазную матрицу ПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции, первой секции хранения, первого выходного регистра с первым блоком преобразования заряда в напряжение (БПЗН) на выходе, временной контроллер, состоящий из синхрогенератора, формирователя импульсов (ФИ), первого и второго трехфазных ФИ, причем вход ФИ подключен к двенадцатому выходу синхрогенератора, который является выходом кадрового гасящего импульса (КГИ) временного контроллера, десятый выход синхрогенератора является выходом сигнала синхронизации приемника (ССП) временного контроллера, а тринадцатый выход синхрогенератора является выходом кадрового синхронизирующего импульса (КСИ) временного контроллера, а также сигнальный процессор, состоящий из первого и второго видеоусилителей, блока вычитания и компаратора, а также первый, второй и третий трехфазные (ПУ) формирователь сигнала тревоги и видеоконтрольный блок, причем управляющие входы секции хранения и первого выходного регистра матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам второго и третьего трехфазных ПУ, а выход первого БПЗН матрицы ПЗС через второй информационный вход сигнального процессора подключен к входу второго видеоусилителя, линейный выход которого подключен ко второму входу блока вычитания, управляющий вход первого видеоусилителя через первый управляющий вход сигнального процессора подключен к выходу ССП временного контроллера, а выход полного телевизионного сигнала первого видеоусилителя - к выходу композитного видеосигнала сигнального процессора, первый вход блока вычитания подключен к линейному выходу первого видеоусилителя, вход которого подключен к первому информационному входу сигнального процессора, а выход блока вычитания - к первому входу компаратора, второй вход которого является входом порогового сигнала, стробирующий вход компаратора подключен ко второму управляющему входу сигнального процессора, а выход компаратора, являющийся выходом управления сигнального процессора, подключен к входу формирователя сигнала тревоги, при этом первые, вторые и третьи входы первого трехфазного ПУ подключены через первый выход управления временного контроллера к соответствующим выходам первого трехфазного ФИ, стробирующий вход второго трехфазного ФИ подключен к первому выходу ФИ, второй выход которого на четвертом выходе временного контроллера подключен через второй управляющий вход сигнального процессора к стробирующему входу компаратора, первые, вторые и третьи входы второго трехфазного ПУ подключены через второй выход управления временного контроллера к соответствующим выходам второго трехфазного ФИ, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам синхрогенератора, а первый, второй и третий входы третьего трехфазного ПУ подключены через третий выход управления временного контроллера соответственно к седьмому, восьмому и девятому выходам синхрогенератора, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные блок задержки на кадр и коммутатор-смеситель, последовательно соединенные формирователь импульса фотозатвора (ФИФ) и первый преобразователь уровня (ПУ), а также второй ПУ, причем фотоприемная секция матрицы ПЗС выполнена по схемотехнической организации «строчный перенос» и содержит управляемые фотозатвором столбцы фотодиодных светочувствительных элементов, чередующихся с экранированными от света вертикальными регистрами, а на кристалл матрицы ПЗС между фотоприемной секцией и секцией хранения введены последовательно связанные зарядовой связью второй выходной регистр со вторым БПЗН на выходе и разделительный электрод, причем управляющие входы вертикальных регистров фотоприемной секции матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам первого трехфазного ПУ, при этом первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому выходам синхрогенератора, управляющий вход фотозатвора фотоприемной секции матрицы ПЗС подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход разделительного электрода матрицы ПЗС подключен к выходу второго ПУ, а управляющие входы второго выходного регистра матрицы ПЗС подключены к соответствующим выходам третьего трехфазного ПУ, причем выход второго БПЗН матрицы ПЗС подключен к первому информационному входу сигнального процессора, выход композитного видеосигнала с которого подключен соответственно к входу блока задержки на кадр и к первому информационному входу коммутатора-смесителя, управляющий вход которого через пятый выход управления временного контроллера подключен к первому выходу ФИ, второй выход ФИ через шестой выход управления временного контроллера - ко второму управляющему входу сигнального процессора, третий выход ФИ - к стробирующему входу первого трехфазного ФИ, четвертый выход ФИ через четвертый выход управления временного контроллера - к входу второго ПУ, при этом выход КГИ и выход КСИ временного контроллера подключены соответственно к первому и второму входу ФИФ, а выход коммутатора-смесителя подключен к информационному входу видеоконтрольного блока.
2. Телевизионное устройство по п.1, отличающееся тем, что при прогрессивной развертке сигнала изображения в сигнальном процессоре выполняется сравнение кадров, а при чересстрочной развертке - сравнение четных или нечетных полукадров, при этом блок задержки на кадр в режиме прогрессивной развертки является блоком задержки на полукадр в режиме чересстрочной развертки.
3. Телевизионное устройство по п.1, отличающееся тем, что трехфазная матрица ПЗС, первый и второй трехфазные ФИ, а также первый, второй и третий трехфазные ПУ являются по организации управления двухфазными или четырехфазными блоками.
