Реферат: Стереотелевизионные системы

В последнее время трудности, встречающиеся при создании практических систем голографического телевидения, послужили причиной расширения области исследований дифракционных систем, в которых используется не только когерентное: но также частично когерентное и некогерентное освещение. [6]

Системы голографического телевидения, созданные на сегодняшний день, находят применение в различных сферах человеческой деятельности.

В заключение приведем одну из схем оптической установки для создания голографических изображений в области медицины, разработанной в 1992 году (рис. 1.13) [7].

Оптическая установка для создания голографических изображений.

Рисунок 1.13.

2.                 Разработка технических требований.

2.1. Метод формирования цветного стереоизображения.

В данном дипломном проекте разрабатывается метод формирования цветного стереоизображения при помощи двух ПЗС матриц, разнесенных на оптический базис ( 65 мм. ). Считывание сигналов производится поочередно с частотой 100 Гц таким образом, что в выходном видеосигнале имеется последовательность сигналов четных и нечетных полей двух кадров стереопары (рис. 2.14).

Структура выходного сигнала.

Рисунок 2.14.

Горизонтальные драйверы обеих ПЗС матриц работают непрерывно, являясь при этом нагрузкой для одного тимминг-генератора, который вырабатывает импульсы считывания для матриц. Следовательно, при такой схеме включения, необходимо дополнительное усиление импульсов считывания, подаваемых через горизонтальные драйверы.

Вертикальные драйверы работают поочередно и с удвоенной частотой (f = 100 Гц), таким образом увеличивается емкость нагрузки тимминг-генератора, что также необходимо учитывать при расчете схемы.

Сигналы с ПЗС матриц обрабатываются в двух видеотрактах, а затем суммируются, образуя выходной компонентный сигнал с заданной амплитудой.

2.2. Выбор элементной базы.

Данный дипломный проект базируется на уже существующей элементной базе, что существенно снижает стоимость разрабатываемой камеры.

Матрица является основным компонентом в камере, поэтому выбор элементной базы будет определяться ею.

Фаворитом в данной области является фирма SONY, которая одной из первых освоила серийный выпуск цветных матричных ПЗС. В большей степени сегодня распространены матрицы с диагональю 1/3 дюйма, следовательно, целесообразно выбрать матрицы именно такого габарита. Преимущества датчиков 1/3 дюйма также и в меньших габаритах, массе, уменьшении размеров и массы оптической системы.

В техническом задании число пикселов матрицы определено как 430 тыс. Таким образом, можно выбрать стандартную цветную матрицу ICX059AK, которая отвечает всем нашим требованиям.

Выбрав матрицу, мы можем сразу взять и стандартную элементную базу для нее:

ICX059AK – CCD Area Image Sensor, 1/3 ², CCIR (датчик изображения на основе ПЗС матрицы)

CXD1159Q – CCD sync signal generator – NTSC and PAL (генератор сигналов синхронизации для ПЗС матрицы.)

CXD1265R - CCD timing pulse generator – NTSC, PAL, ETA and CCIR (тимминг-генератор .)

74AC04 (K1533ЛН1 – аналог) – горизонтальный драйвер

CXD1267AN – CCD clock driver IC (вертикальный драйвер)

CXA1390AR - CCD colour camera sample and hold colour separation (дискретизатор с запоминанием отсчетов цветового разделения в цветной камере)

CXA1391R – CCD colour camera processor (видеопроцессор).

CXA 1392R -  кодер PAL .

2.3. Требования к сигналам.

Поскольку для создания компонентного сигнала со стереоэффектом мы применяем две ПЗС матрицы типа ICX059AK, то, исходя из норм на критическую частоту мелькания (в данном случае – для каждого глаза) fкр = 48 Гц, необходимо, чтобы fп = 100 Гц – частота полей и, соответственно, fк = 50 Гц – частота кадров. Следовательно, при стандартизированном числе строк разложения fстр = 625 надо, чтобы частота задающего генератора строчной развертки была равна удвоенной стандартной:

fген = fстр = 2´15625 = 31250 Гц

В итоге надо сформировать следующие сигналы:

Коммутация матриц осуществляется импульсами с частотой полей.

Управление осуществляется цифровыми сигналами TTL уровней (логический «0» – 0,4 В; логическая «1» – 2,4 В).

Выходной сигнал размахом 1 В создается на нагрузке Rн = 75 Ом (эти величины стандартизированы).

Питание комплекта микросхем осуществляется от источника питания нестабилизированного напряжения Uпит = 12 В.

Температурные режимы камеры определяются требованиями для ПЗС матрицы:

t°раб = - 10°С ¸ + 60°С

t°хр = - 30°С ¸ + 80°С

Данная камера может работать при влажности до 90%.

3. Разработка структурной схемы цветной стереотелевизионной камеры.

Используя результаты исследований в области стереотелевидения и последние технические достижения, можно построить множество стереосистем с различными техническими характеристиками, в том числе и удовлетворяющие нашим.

В данной разработке предлагается создать стереотелекамеру, используя в качестве основы комплект элементной базы для обычной цветной телекамеры фирмы SONY со следующими структурными изменениями:

1)   в качестве датчиков стереопары используем две ПЗС матрицы цветного изображения со строчно-кадровым переносом зарядов, каждая из которых формирует сигнал изображения своего кадра – левого или правого;

2)   учитывая изложенное в предыдущем пункте, необходимо применить две пары вертикальных и горизонтальных драйверов для ПЗС матриц;

3)   полученные с ПЗС матриц два разных сигнала необходимо обрабатывать в двух одинаковых видеотрактах;

4)   в качестве системы синхронизации и управления можно использовать один комплект, поскольку он должен обеспечивать синхронизацию и управление двумя идентичными видеотрактами. Система синхронизации состоит из синхрогенератора и тимминг-генератора. Эта система будет дополнена электронным коммутатором, поскольку управляющие сигналы для вертикальных драйверов необходимо подавать поочередно с частотой 100 Гц, чтобы обеспечить принцип образования стереопары;

5)   на выходах I и II видеотрактов мы получаем компонентные сигналы, которые нам необходимо просуммировать. В этих целях мы используем сумматор;

6)   наконец, все блоки нашей телекамеры необходимо запитывать от источника питания.

Структурная схема цветной стереотелевизионной камеры приведена на рис. 3.15.

Структурная схема цветной стереотелевизионной камеры.

Рисунок 3.15.

4. Разработка функциональной схемы.

4.1. Общие положения.

При разработке функциональной схемы условимся, что будем использовать только зарубежную элементную базу.

В данной разделе будет рассмотрена функциональная схема только одного видеотракта, поскольку второй является полностью идентичным. Также мы рассмотрим устройство функциональных узлов, которые не входят в базовый комплект цветной телекамеры SONY, но в нашей разработке они являются необходимыми. Этими узлами являются электронный ключ для коммутации управляющих сигналов для вертикальных драйверов и выходной сумматор.

4.2. Описание функциональной схемы видеотракта.

Видеосигнал с выхода ПЗС матрицы поступает одновременно на входы PG и DATA микросхемы CXA1390, упрощенная функциональная схема которой показана на рис. 4.16.

Функциональная схема микросхемы CXA1390.

        CCD OUT  

Рисунок 4.16.

Входная часть этой микросхемы содержит схему ДКВ (CDS). Эта схема предназначена для выравнивания трехуровневого выходного сигнала с ПЗС матрицы. Трехуровневость получается в результате влияния импульсов сброса.

На выходе схемы CDS получается широкополосный видеосигнал YH, который подается на управляемый усилитель схемы АРУ (AGC). Его усиление зависит от напряжения АРУ. Затем сигнал YH подается на выход микросхемы YH OUT и одновременно на схему разделения, которая построена на устройствах выборки-хранения (sample-and-hold ( S/H)). Разделение на два канала осуществляется путем выборки по разным импульсам XSHP и XSHD, поступающим на S/H. Данное разделение является предварительным и полученные в итоге сигналы можно описать как:

                 n line                    (n + l) line             (n + 2) line

S1    :         (Mg + Cy)   /         (G + Cy)     /         (Mg + Cy)   /         …

S2:            (G + Ye)     /         (Mg + Ye)   /         (G + Ye)     /         …

Полученные сигналы S1 и S2 подаются соответственно на выходы S1 OUT и S2 OUT, а затем на входы микросхемы CXA1391 S1 IN и S2 IN соответственно. Одновременно сигналы S1 и S2 подаются на схему подавления цветности, туда же поступает и видеосигнал после схемы CDS. Основным элементом этой схемы является элемент ИЛИ (OR), на выходе которого образуется сигнал CS. Это управляющий сигнал для подавления цветности объектов, имеющих слишком большую яркость. Этот управляющий сигнал поступает на вход микросхемы CS OUT.

Следующее звено в видеотракте – микросхема CXA1391, которая является видеопроцессором. Ее упрощенная функциональная схема приведена на рисунке 4.17.

Функциональная схема микросхемы CXA 1391.

Рисунок 4.17.

 Входными сигналами для нее являются S1, S2, прошедший через фильтр нижних частот (ФНЧ, или LPF) и линию задержки (ЛЗ, или DL) широкополосный сигнал YH, а также управляющий сигнал CS. Таким образом, можно рассмотреть три тракта:

1)       тракт обработки сигналов S1 и S2;

2)       тракт обработки широкополосного сигнала яркости YH;

3)       тракт обработки управляющего сигнала CS.

Отдельным внутренним трактом является тракт образования сигнала вертикальной апертурной коррекции (VAP). Рассмотрим эти тракты по отдельности.

1. Тракт обработки сигналов S1 и S2.

Входная часть микросхемы CXA1391 является схемой предварительного выделения цветов, состоящей из сумматора и вычитателя. В результате этих действий с сигналами S1 и S2 получаются сигналы C0 и Y0:

C0 = (S2 – S1) ´ 0,8 :  (G + Ye) – (Mg + Cy) / (Mg + Ye) – (G + Cy) / …

Y0 = (S2 + S1) / 2 :      (G + Ye) + (Mg + Cy) / (Mg + Ye) + (G + Cy) / …,

иначе сигналы C0 и Y0 можно расписать как:

C0 = - (2B – G) / 2R – G / ...

Y0 = 2R + 3G + 2B / 2R + 3G + 2B / …,

следовательно, сигнал Y0 повторяется от строки к строке.

Сигналы C0 и Y0 являются узкополосными, так как образованы они из узкополосных сигналов S1 и S2. Сигнал C0 содержит информацию о цвете, а сигнал Y0 – о яркости. Эти сигналы поступают на выходы микросхемы CXA1391 Y0 OUT и C0 OUT и затем подаются на микросхему CXL1517, на которой собраны линии задержки. Здесь сигналы задерживаются на длительность одной строки (1H-DL) и поступают снова в видеопроцессор.

Упрощенная функциональная схема микросхемы CXL 1517 приведена на рисунке 4.18.

Функциональная схема микросхемы CXL 1517.

Рисунок 4.18.

Теперь они называются Y1 и C1. После усиления сигнал цветности C1 поступает на мультиплексор (MPX), куда также поступает сигнал C0. Поскольку

(G + Ye) - (Mg + Cy) = - Cb и

(Mg + Ye) – (G + Cy) = Cr,

то можно записать сигналы C0 и C1 как

C0: - Cb / Cr / -Cb / Cr / …

C1: Cr / -Cb / Cr / -Cb / …

На выходе MPX в результате коммутации чередующихся сигналов Cr и –Cb получаем сигналы Cr и –Cb, несущие информацию о красном и синем цветах соответственно:

Cr / Cr / Cr / Cr / …

-Cb / -Cb / -Cb / -Cb / …

Далее сигналы Cr и –Cb поступают на матрицу первичных цветов. Также туда поступает узкополосный сигнал яркости Y, необходимый для матрицирования. Его образование будет рассмотрено далее.

Y = 2R + 3G + 2B       = (Cy + G) + (Ye + Mg)

Cr =   2R  –  G   = (Mg + Ye) – (G + Cy)

-Cb = - (2B – G) = (Ye + G) – (Cy + Mg)

На выходе матрицы первичных цветов образуются узкополосные сигналы основных цветов R, G и B. Матрицирование производится по следующему алгоритму:

R                                  1        4        -1                Y

G     =       1/10            2        -2      -2                Cr

B                                  1        -1      4                 Cb

Сигналы R, G и B усиливаются в усилителе баланса белого (WB) до необходимых значений и подаются на цветовой g-корректор с коэффициентами коррекции g = 0,45 для всех трех цветов. На выходе g-корректора получаются сигналы R - g, B - g и G - g.

Затем все три сигнала поступают на матрицу цветоразностных сигналов MTX, где происходит образование двух цветоразностных сигналов R – Y и B – Y. Эти сигналы получаются по следующему алгоритму:

R – Y                           0,70            -0,59           -0,11                     R

                       =                                                                              G

B – Y                           -0,3             -0,59           0,59                      B

Эти сигналы подаются на выходы микросхемы R – Y OUT и B – Y OUT.

2. Тракт обработки широкополосного сигнала яркости YH.

Сигнал YH со входа микропроцессора поступает на g-корректор (который является аналогичным g-корректору в тракте обработки сигналов цветности), а затем на DL на одну строку и LPF, находящиеся вне микросхемы CXA1391. Далее сигнал YH вновь попадает в микропроцессор, где, усилившись на усилителе GC, подается одновременно на выход YH OUT 1 и на сумматор, на который также поступает незадержанный сигнал YH. В результате суммирования получается сигнал YH2, который идет на выход микросхемы YH OUT 2.

Теперь можно рассмотреть тракт вертикальной апертурной коррекции. Его основной частью является блок KNEE & VAP, на который подаются следующие сигналы: узкополосный сигнал Y0 – полученный в результате сложения сигналов S1 и S2, Y1 – задержанный сигнал Y0, Y2 – задержанный одну строку сигнал Y1 (рис. 4.19).

Апертурная коррекция заключается в компрессии больших выбросов амплитуды сигнала. Для компрессии применяется операция экспонирования.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7