устройство оцифровывания изображения кадра

Формула изобретения

Устройство оцифровывания изображения кадра, содержащее объектив, в фокальной плоскости которого расположена приемная сторона приемника изображения, первый, второй и третий блоки регистров и генератор управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы частоты кадров /25 Гц/, со второго выхода импульсы частоты дискретизации /25 МГц/ кодов, с третьего выхода импульсы частоты кадров с периодом длительности кадра, первые управляющие входы первого - третьего блоков ключей объединены и подключены к третьему выходу генератора управляющих сигналов, вторые управляющие входы блоков ключей объединены и подключены к второму выходу генератора управляющих сигналов, блоки регистров выполнены идентично, каждый включает регистры по числу разрешения /10⁶/ матрицы в приемнике изображения и последовательно соединенные ключ и распределитель импульсов, выходы которого с первого по 10⁶ последовательно подключены к управляющим входам U_выд каждого регистра, информационными входами каждого блока регистров являются параллельные входы всех разрядов всех регистров, одноименные выходы разрядов регистров в каждом блоке регистров объединены, первым управляющим входом в каждом блоке регистров является первый управляющий U _от вход ключа, подключенный к третьему выходу генератора управляющих сигналов, вторым управляющим входом является сигнальный вход ключа, подключенный к второму выходу генератора управляющих сигналов, отличающееся тем, что генератор управляющих сигналов имеет четвертый выход /200 Гц/, приемник изображения имеет первый, второй и третий управляющие входы, подключенные соответственно к первому, четвертому и третьему управляющим выходам генератора управляющих сигналов, каждый элемент матрицы в приемнике изображения является преобразователем "излучение цветов R, G, В - три кода", для обслуживания каждого преобразователя в приемник изображения введены по три идентичных аналого-цифровых преобразователя /АЦП/, всего АЦП по числу трех цветов R, G, В и числу преобразователей при разрешении 10⁶ составляет 3×10⁶ , и введены по числу АЦП шифраторы, а первый - четвертый выходы шифраторов составляют выходы приемника изображения 4×3×10 ⁶, преобразователи "излучение цветов R, G, В - три кода" выполнены идентично, каждый включает непрозрачный корпус формой прямоугольного параллелепипеда, в передней части которого размещен непрозрачный светофильтр, прикрепленный к свободному концу пьезоэлемента, второй конец которого жестко закреплен в корпусе преобразователя и через диод подключен к первому управляющему входу приемника изображения, за непрозрачным светофильтром в непрозрачной перегородке закреплен объектив, во второй части корпуса преобразователя по оптической оси объектива расположен и жестко закреплен пирамидальный зеркальный с трех сторон тетраэдр, ось симметрии которого совпадает с оптической осью объектива, левая, правая и нижняя плоскости тетраэдра выполнены с зеркальным покрытием, напротив них на сторонах корпуса точно в местах прихода отраженных от зеркальных сторон тетраэдра излучений расположены и закреплены первый, второй и третий фотоприемники, диаметр каждого из которых равен площади отражаемых излучений, на приемной стороне каждый фотоприемник имеет цветной светофильтр, которые одной кратности, первый фотоприемник имеет красный светофильтр, второй имеет зеленый светофильтр, третий имеет синий светофильтр, каждый преобразователь соответственно трех фотоприемников обслуживается тремя идентично выполненными АЦП, выход каждого фотоприемника подключен к входу импульсного усилителя своего АЦП, каждый АЦП включает последовательно соединенные импульсный усилитель и импульсный светодиод, облучающий расположенные на соответствующем расстоянии в одной плоскости восемь идентичных фотоприемников, включает восьмиразрядный регистр, восемь диодов и ключ, выход каждого фотоприемника подключен к входу своего разряда в восьмиразрядном регистре, для получения двоичного кода в регистре облучаемые фотоприемники на приемной стороне имеют каждый нейтральный светофильтр соответствующей кратности: фотоприемник, выход которого подключен к входу первого /старшего/ разряда регистра, имеет нейтральный светофильтр кратностью 128^Х, фотоприемник, подключенный к входу второго разряда регистра, имеет нейтральный светофильтр 64^Х, фотоприемники, подключенные к разрядам третий - восьмой в регистре, имеют нейтральные светофильтры в последовательности 32^Х, 16^Х, 8^Х, 4^Х, 2^Х и 0^Х; вход каждого диода подключен к выходу своего разряда, а выходы их объединены и объединенный выход подключен к второму управляющему U_з входу ключа АЦП и к входу U_o обнуления разрядов регистра, первые управляющие U_от входы всех ключей в АЦП объединены и подключены к третьему управляющему входу приемника изображения, сигнальные входы ключей всех АЦП подключены к второму управляющему входу приемника изображения, выходами каждого АЦП являются параллельные выходы первого - восьмого разрядов регистра АЦП, в приемник изображения введены по числу АЦП шифраторы, первый - восьмой входы каждого из них подключены к первому - восьмому выходам первого - восьмого разрядов регистра АЦП, сигнал, поступающий с одного из разрядов регистра АЦП, шифратор кодирует четырехразрядным двоичным кодом для снижения числа соединений приемника изображения с блоком регистров в два раза, выходы шифраторов являются выходами 4×10 ⁶ приемника изображения, выходы 4×10⁶ с приемника изображения, представляющие коды сигналов красного цвета, подключены к 4×10⁶ входам первого блока регистров, выходы 4×10⁶ с приемника изображения, представляющие коды сигналов зеленого цвета, подключены к 4×10 ⁶ входам второго блока регистров, выходы 4×10 ⁹ с приемника изображения, представляющие коды сигналов синего цвета, подключены к 4×10⁶ входам третьего блока регистров, в каждый блок регистров введены последовательно соединенные восьмиразрядный дешифратор и восьмиразрядный выходной регистр, первый - четвертый входы восьмиразрядного дешифратора подключены к объединенным одноименным первому - четвертому выходам регистров в блоке регистров, выход каждого разряда введенного дешифратора подключен к входу одноименного разряда в выходном регистре, а через последовательно соединенные семь диодов выход каждого разряда дешифратора подключен параллельно к входам всех последующих младших разрядов в выходном регистре, первый - восьмой выходы которого являются выходами в первом, втором и третьем блоках регистров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии оцифровывания изображения кадра, может быть использовано для получения цифровых изображений в цифровых видеокамерах и фотоаппаратах.

Прототипом является устройство оцифровывания изображения кадра [1], содержащее матричный приемник изображения с разрешением 10⁶, расположенный в фокальной плоскости объектива, три группы выходов которого подключены к входам трех блоков ключей, выходы которых подключены к входам трех блоков регистров, и генератор управляющих сигналов, выдающий с первого выхода импульсы 25 Гц кадров, со второго выхода импульсы дискретизации 25 МГц кодов, с третьего выхода импульсы частоты кадров с периодом длительности кадра 40 мс на управляющие входы ключей в блоках регистров, выходы которых являются выходами устройства оцифровывания.

Недостатком прототипа является выполнение элемента матрицы триадой из трех преобразователей "яркость излучения - код", каждый из которых преобразует излучение одного цвета из трех базовых цветов R, G, В в код. При трех преобразователях в каждом элементе матрицы сам элемент матрицы имеет большие поперечные размеры, снижающие разрешение матрицы приемника изображения.

Цель изобретения - получение кодов трех, цветов R, G. В одним преобразователем, что позволит уменьшить перечные размеры каждого элемента матрицы.

Техническим результатом является выполнение элемента матрицы из одного преобразователя, позволяющее повысить разрешение кадра.

Сущность заявляемого устройства, включающего объектив, матрицу элементов в приемнике изображения, три блока регистров и генератор управляющих сигналов, в выполнении каждого элемента матрицы из одного преобразователя "излучение цветов R, G, В - три кода" и введение в приемник изображения по числу элементов в матрице и числу цветов R, G, В аналого-цифровых преобразователей /АЦП/.

Устройство оцифровывания изображения кадра представлено на фиг.1, блок регистров - на фиг.2, элемент матрицы - на фиг.3, разделение цветов R, G, В в элементе матрицы - на фиг.4, устройство АЦП - на фиг.3, преобразование кода с одним сигналом старшего разряда в коде в восьмиразрядный код из последовательно следующих единиц - на фиг,2.

Устройство оцифровывания /фиг.1/ включает объектив 1. в фокальной плоскости которого расположен приемник 2 изображения, генератор 3 управляющих сигналов и три блока 4, 5, 6 регистров, выходы которых являются выходами устройства оцифровывания, Каждый элемент матрицы /фиг.3/ выполнен преобразователем "излучение цветов R, G, B - три кода", который включает непрозрачный корпус 7, в передней части которого расположен непрозрачный светофильтр 8, прикрепленный к свободному концу пьезоэлемента 9, второй конец которого жестко закреплен в корпусе 7 и через диод подключен к первому выходу /25 Гц/ генератора 3 управляющих сигналов, за непрозрачным светофильтром 8 в непрозрачной перегородке закреплен объектив 10. Во второй части корпуса после объектива 10 расположен и жестко закреплен пирамидальный зеркальный тетраэдр 11 [2 с.234 и 3 с.174], ось симметрии которого совпадает с оптической осью объектива 10 и вершина пирамиды направлена в сторону объектива 10. Левая, правая и нижняя плоскости тетраэдра 11 выполнены с зеркальным покрытием. На левой, правой сторонах корпуса 7 и на его нижней стороне /фиг.3, 4/ в местах точно отраженного от зеркальных плоскостей тетраэдра 11 излучений расположены и закреплены фотоприемники 12, 13 /фиг.3/ и 14 /фиг.4/. Каждый фотоприемник на стороне приема имеет цветной светофильтр: фотоприемник 12 с красным светофильтром R, фотоприемник 13 имеет зеленый светофильтр G, фотоприемник 14 имеет синий В светофильтр, светофильтры одной кратности. Выход каждого фотоприемника 12, 13, 14 подключен к входу своего импульсного усилителя 15_1-3, имеющих равные коэффициенты усиления, а входы их являются входом своего АЦП /фиг.3/. АЦП выполнены идентично, каждый включает последовательно соединенные импульсный усилитель 15, выход которого подключен к входу импульсного светодиода 16 белого излучения, в поле облучения которого расположена группа 17 из восьми идентичных фотоприемников, выход каждого из которых подключен к входу своего разряда в восьмиразрядном регистре 18 _1-3, первый-восьмой выходы восьми разрядов являются выходами АЦП и выдают двоичный код цветов соответственно R, G, В. Для получения двоичного кода приемные стороны фотоприемников в группах 17_1-3 имеют нейтральные светофильтры соответствующей плотности, кратность которых на фотоприемнике соответствует весу разряда, к которому подключен выход фотоприемника, и приведены в таблице 1.

Таблица 1.
№ разряда в регистре 18	1 старший	2	3	4	5	6	7	8
Кратность светофильтра	128х	64х	32x	16x	8х	4х	3х	0х

Выходы каждого регистра 18 подключены к входам своего шифратора 19 и через диоды объединены и подключены к второму управляющему U_з входу своего ключа 20 и к управляющему U_o входу регистра 18 в каждом АЦП для обнуления разрядов. Для получения кодов R, G, В импульс 25 Гц с третьего выхода блока 3 /фиг.1/ открывает синхронно во всех АЦП ключи 20 /фиг.3/. С выхода 1 генератора 3 импульс 25 Гц воздействует на все пьезоэлементы 9 для открытия непрозрачными светофильтрами 8 прохода излучений от объекта съемки на объективы 10, излучения с которых поступает на три зеркальных тетраэдра 11 /фиг.3, 4/, от которых оно отражается на свои фотоприемники 12, 13, 14 /фиг.4/. Фотоприемник 12 на приемной стороне имеет красный R светофильтр, фотоприемник 13 на приемной стороне имеет зеленый G светофильтр, фотоприемник 14 на приемной стороне имеет синий В светофильтр. фиг.4. С фотоприемников 12, 13, 14 сигналы поступают на входы своих импульсных усилителей 15₁ , 15₂, 15₃ соответственно первого. второго и третьего АЦП, усилители 15_1-3 имеют равные коэффициенты усиления. Светодиоды 16_1-3 соответственно зависимости яркости излучения от прямого тока с импульсного усилителя [3 с.8] облучают свою группу из восьми идентичных фотоприемников 17, подключенных к входам первого - восьмого разрядов своего регистра 18_1-3, выходы разрядов в каждом регистре 18 через диоды объединены, а объединенный выход подключен к управляющему U_з входу ключа 20 и параллельно к управляющему входу U_о регистра 18 для обнуления разрядов регистра 18. Открытый ключ 20 пропускает импульсы частотой 200 Гц с четвертого выхода генератора 3 /фиг.1/, первый импульс с выхода ключа 20 поступает последовательно в разряды с первого по восьмой регистра 18 и выдает импульс старшего сигнала кода из регистра 18 в шифратор 19, при этом импульс через диод поступает на второй управляющий вход U_з ключа 20 и закрывает его, этот же импульс является сигналом U_o и обнуляет все разряды регистра 18. Шифратор 19 поступивший в него сигнал старшего разряда кода с регистра 18 кодирует четырехразрядным кодом и выдает его в параллельном виде в блок 4 /5, 6/ регистров. Код с шифратора 19_1-3 представляет собой номер разряда /первый-восьмой/, в котором был импульс старшего разряда кода в регистре 18. Коды с шифраторов 19 поступают в блоки 4, 5, 6 регистров в параллельном виде и синхронно в количестве 4×3×10⁶ /число разрядов в коде. число цветов R, G, В, разрешение кадра/. Процесс преобразования кодов приводится в таблице 2, длительность периода кадра 40 мс.

Таблица 2.
Коды в регистрах 18	Коды, выдаваемые из регистров 18	Коды с шифраторов 19 в блоки регистров 4, 5, 6
00000001	00000001	0001 /1/
00000011	00000010	0010 /2/
00000111	00000100	0011 /3/
00001111	00001000	0100 /4/
00011111	00010000	0101 /5/
00111111	00100000	0110 /6/
01111111	01000000	0111 /7/
11111111	10000000	1000 /8/

При выдачи кодов кадра в устройство воспроизведения видеоинформации ключ 21 /фиг.2/ открывается сигналом U_от с выхода 3 генератора 3 управляющих сигналов /фиг.1/. Ключ 21 пропускает в распределитель 22 импульсов импульсы 25 МГц дискретизации с выхода 2 генератора 3. С выходов четырехразрядных регистров 23 _1-10 ⁶ коды поступают последовательно на вход восьмиразрядного дешифратора 24, в котором каждая кодовая четырехразрядная комбинация, поступающая на вход, возбуждает только один выход [5 c.202|, с которого импульс поступает на соответствующий один выход выходного восьмиразрядного регистра 25 и параллельно через диоды этот же импульс поступает на входы младших разрядов выходного регистра 25, в результате с выходов блоков 4, 5, 6 следуют восьмиразрядные коды, полученные в регистрах 18 АЦП в приемнике 2 изображения.

Работа устройства оцифровывания кадра.

Объектив 1 проецирует изображение кадра на входы преобразователей "излучение цветов R, G, В - три кода", происходит облучение фотоприемников 12, 13, 14, с которых сигналы поступают на входы импульсных усилителей 15_1-3 АЦП, импульсные светодиоды белого свечения 16_1-3 в каждом АЦП облучают группы 17 фотоприемников и в каждом регистре 18 каждого АЦП формируется восьмиразрядный код /колонка 1 в таблице 2/, из которого в шифратор 19 фиг.3 поступает только сигнал старшего разряда кода, а из шифратора 19 в свой блок 4 /5, 6/ регистров следует четырехразрядный код старшего разряда, из которого поступил сигнал. В блоки 4, 5, 6 каждый поступает в параллельном виде 4×10⁶ коде, которые и являются кодами оцифрованного изображения кадра. При воспроизведении видеоинформации четырехразрядные кода выдаются последовательно в каждом блоке регистров 4, 5, 6 в параллельном виде в дешифратор 24, с выхода которого выдается в выходной регистр 25 один импульс, представляющий сигнал старшего разряда кода, а с выхода выходного регистра 25 в устройство воспроизведения видеоинформации следует полный восьмиразрядный код. сформированный в регистре 18 /фиг.3/ каждого АЦП приемника 2 изображения.

Заявляемое устройство представляет технологию оцифровывания изображения кадра в цифровых видеокамерах и цифровых фотоаппаратах. Преобразование интенсивности облучения элементов матрицы идет параллельно и синхронно всеми элементами матрицы одновременно, оцифровывание кадра заканчивается с окончанием периода кадра. Выполнение получения кодов трех цветов R, G, В одним преобразователем вместо трех /отдельно для каждого цвета/ позволит увеличить разрешение кадра и уменьшить размеры приемника изображения в устройстве оцифровывания.

Использованные источники

1. Патент РФ № 2452026 С1, кл. G06Т 9/00, бюл. 15 от 27.05.12 г.

2. Б.Н. Бегунов, Н.П. 3аказнов. Теория оптических систем. М., 1973, с.234.

3. И.И. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике, Изд-е 10-е. М., 1964. с.174.

4. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник. М, 1984, В.И. Иванов, А.И. Аксенов. A.M. Шин, с.8: второй абзац снизу.

5. В.Н. Тутевич. Телемеханика. 2-е изд. М, 1985, с.202.