Fotografía televisiva del objeto de prueba durante la exposición al pulso del fotodetector con paquete de flash..
SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado
FOTOGRAFÍA POR TELEVISIÓN DEL OBJETO DE CONTROL DURANTE LA EXPOSICIÓN AL PULSO DE UN FOTO DETECTOR CON UN PAQUETE DE FLASH
La introducción práctica de la generación de señales de vídeo de un solo disparo (fotografía de televisión) en las cámaras de televisión modernas se debe a la aparición de convertidores de «señales luminosas» de estado sólido fabricados sobre la base de CCD matriciales. En los últimos veinte años desde la publicación en [1] de este modo, denominado MONOSHOT por inventores extranjeros, los avances tecnológicos en la producción de matrices CCD y los chips que las rodean han hecho que sea habitual poder realizar fotografías de televisión con el hardware instalado. en un teléfono móvil.
En el artículo [2] para el modo MONOSHOT, se analizaron métodos para seleccionar automáticamente el tiempo de exposición cuando se utiliza una señal de vídeo como señal de control de sensibilidad. Cabe señalar que todos ellos se refieren a la exposición continua del fotoconvertidor.
Evaluemos el rendimiento de la fotografía televisiva en introscopia de radiación. En este campo de la tecnología, el modo de radiación continua que genera un aparato de rayos X durante la iluminación de sombras del objeto de prueba no es energéticamente favorable para el aparato en sí. Para dispositivos portátiles destinados al análisis rápido de objetos relativamente pequeños con alto contenido de metales, el modo pulsado del emisor de rayos X es el más adecuado. Para él, desde la posición de retorno de radiación, para reducir la dosis de radiación recibida por el personal de servicio durante el monitoreo de radiación, es aconsejable realizar la radiación en forma de pulsos individuales o una secuencia de pulsos. Luego, los pulsos de rayos X que atraviesan el objeto provocarán destellos de iluminación en el espectro visible en el monocristal (detector de radiación), y a la cámara de televisión se le asignará la tarea de fotografiar por televisión esta imagen específica desde la pantalla del monocristal.
A continuación se muestra una solución técnica de una cámara de televisión, que implementa el método de fotografía de televisión con exposición pulsada de un fotodetector CCD, cuando su objetivo se ilumina mediante flashes separados, siguiendo un período determinado, y la exposición requerida se crea mediante una secuencia ( paquete) de estos flashes. Se supone que queda la tarea de seleccionar automáticamente la duración del tiempo de acumulación del fotodetector. Por ello, el modo de funcionamiento de la cámara de televisión en este artículo se denomina MONOSHOT-AUTO-PULSE.
En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de una cámara de televisión, cuyo dispositivo se considera una invención [3]. 1. La cámara contiene una lente (1), una matriz CCD (2), que consta de una sección de acumulación (2-1), una sección de almacenamiento (2-2) y un registro de salida (2-3), conectados en serie. mediante un acoplamiento de carga, así como un generador de reloj (3), cuatro convertidores de nivel (LC) en las posiciones (4), (5), (6) y (7), amplificador de vídeo (8), unidad de disparo (9) , unidad de amplificación y conformación (AUF) en posición (10), unidad de medición de carga (CMB) en posición (11), detector de picos (12), elemento “OR” (13), comparador (14) y one-shot (15). ).
La fuente de luz pulsada (PLS) en la posición (16) no está incluida en la cámara de televisión y se considera aquí como una característica equivalente para una combinación de dos dispositivos: una máquina de rayos X y una pantalla monocristalina [4].
Tenga en cuenta que la duración de los pulsos de radiación y su período de repetición los establece el IIS (16) como parámetros de configuración por parte de la cámara de televisión.
BUF (10) contiene dos contadores de anillo conectados en serie (no se muestran aquí). El primer contador cuenta con un período de 128 ciclos de pulsos de conteo de entrada, y el segundo, con un período de 312 pulsos de salida del primer contador. Denotaremos el período de los pulsos generados por el primer contador como una «línea condicional» y el período de los pulsos del segundo contador como un «cuadro condicional». Entonces, la «línea condicional» contiene 128 ciclos de reloj y el «marco condicional» contiene 312 «líneas condicionales». Los indicadores seleccionados de los contadores de anillo determinan la velocidad de exposición al pulso forzado realizada por el IIS (16), así como los procesos de tiempo de medición del alivio de carga en el fotoobjetivo de la matriz CCD después de cada destello de iluminación.
La matriz CCD (2) tiene una organización de transferencia de personal con transferencia de cargos en tres fases. Su característica es la introducción en la sección de acumulación (2-1) de una región de drenaje situada bajo el potencial DA y equipada con una compuerta GA. Este último sirve como obturador electrónico para el fotodetector. Si hay un potencial bajo (en relación con el sustrato) en la puerta GA, se cierra y los pozos de potencial debajo de los electrodos de fase de la sección (2-1) se aíslan de la región de drenaje debido a esta polarización de barrera. Luego se inicia el proceso de acumulación de fotoelectrones de carga en el propio fotoobjetivo.
Cuando se aplica un alto potencial a la puerta GA, se elimina la barrera de potencial y se elimina el proceso de acumulación de fotoelectrones en la sección (2-1). Esto se explica por el hecho de que los portadores, sin detenerse en los pozos potenciales debajo de los electrodos de fase, se precipitan hacia pozos más profundos creados por el potencial DA en la región de drenaje y luego se recombinan en el sustrato del fotodetector. Un ejemplo de una matriz CCD de este tipo es el dispositivo doméstico FPPZ-134M con un número de elementos de 520×580 y un canal de tipo n.
Supongamos que el pulso de inicio se recibe en la entrada “Iniciar la cámara en el momento para . Luego, el bloque disparador (9) pasa a un nuevo estado, en el que el nivel lógico “1” se establece en su salida directa y el nivel lógico “0” se establece en su salida inversa.
La aparición de un nivel lógico bajo en la entrada de control BUF (10) garantiza que el nivel de la señal esté bajo en la entrada de habilitación de sus contadores en anillo. Por lo tanto, a partir del momento hasta, el primer contador cuenta los ciclos de reloj en la entrada, formando secuencias de pulsos con un período de la «línea condicional». El segundo contador cuenta líneas condicionales en la entrada y genera pulsos con el período de un cuadro condicional.
Como resultado, se forma un pulso con un período de «trama condicional» en la salida del BUF (10), en el que se transmite un nivel lógico bajo durante el intervalo Tn, incluidos los dos primeros ciclos de reloj de la primera «línea condicional». ”. Un nivel de señal bajo en la entrada de control del IIS (14) asegura la formación del primer destello de luz en el intervalo Tn, que actúa a través de la lente (1) sobre el objetivo fotográfico (2-1) de la matriz CCD.
Por otro lado, la aparición de un nivel bajo en el intervalo Tn en la entrada de control del generador de reloj (3) asegura que el nivel de la señal sea bajo en sus salidas primera, tercera y cuarta y un nivel alto en su segunda salida. . La designación de estas salidas del generador de reloj se muestra en la Fig. 1 (ver rótulos numerados). En las salidas de la unidad de control (4…7) se repiten las señales lógicas de entrada. Como resultado, durante el intervalo Tn, el obturador electrónico de la sección (2-1) del CCD se cierra y las fotocargas del primer flash se acumulan en el fotoobjetivo en los pozos de potencial formados debajo de los buses de la segunda fase.
Fig. 1. Esquema estructural de una cámara de televisión.
En el momento t1 finaliza la acumulación del primer destello, y durante el intervalo (t1. ..t2) las fotocargas acumuladas se transfieren de las secciones (2-1) a la sección (2-2).
Luego, en el «marco condicional» posterior, estas fotocargas se almacenan debajo de los autobuses de la segunda fase del tramo (2-2). Durante los primeros 104 ciclos de reloj de la última “línea condicional” de este marco condicional”, basándose en una señal de la salida del BUF (10), se aplica adicionalmente un nivel alto a los electrodos de primera fase de la sección (2- 2). Gracias a esto, las fotocargas en la sección (2-2) se distribuyen uniformemente en los posibles agujeros ubicados debajo del primer y segundo neumático.
Durante los últimos 24 ciclos de reloj de la última “línea condicional” de esta “trama condicional”, el nivel alto en la señal de control de la primera fase de la sección (2-2) disminuye linealmente, por lo tanto, en cada elemento de la sección (2 -2) el proceso de transferencia de carga desde los pozos potenciales comienza debajo de las barras colectoras de la primera fase hacia los pozos potenciales ubicados debajo de las barras colectoras de la segunda fase. Los pozos potenciales debajo de los electrodos de la primera fase se destruyen monótonamente, y en el circuito del segundo electrodo de la sección (2-2) surge una corriente, que es máxima en el primer momento y luego disminuye monótonamente. La cantidad de corriente en este circuito externo es la suma de las corrientes en cada elemento de la sección (2-2) de la matriz CCD. Así, la corriente externa contiene información sobre la distribución de carga en toda el área de la sección (2-2).
BIZ (11) realiza la conversión de corriente-voltaje y la conversión de información necesaria se lleva a cabo durante el intervalo de medición. Para ello, la señal de permiso necesaria se suministra a la entrada de control del bloque (11) desde la salida del bloque (10).
El detector de pico (12), puesto a cero previamente por la señal de la salida del BUF (10), almacena el valor de voltaje máximo de la salida del bloque (11). Por tanto, la tensión de salida del bloque (12) es proporcional al nivel actual de alivio de potencial en la sección (2-2) de la matriz CCD. Dependiendo de la intensidad del destello luminoso, el proceso de acumulación del alivio de carga en la sección (2-1) y su medición no destructiva en la sección (2-2) puede ocurrir durante un único intervalo de “cuadro condicional”, o un un número entero de veces mayor con el correspondiente aumento en el número de destellos de luz.
Supongamos que después de un cierto número de destellos, el valor de voltaje de la salida del detector de pico (12) es menor que el voltaje umbral Up del comparador (14). En este caso, el comparador conserva el estado anterior, y en la sección (2-1) de la matriz CCD, el proceso de acumulación continúa durante al menos un intervalo más Tn, y luego el alivio potencial en la sección (2-2), aumentado debido a la última acumulación de cargas, nuevamente medida por el bloque (12).
Supongamos que, como resultado de la última medición en el momento t3, el voltaje de la salida del detector de picos (12) exceda el voltaje Up del comparador (14). Entonces el comparador se vuelca. En la entrada de control BUF (10), a partir de una señal de la salida inversa de la unidad de disparo (9), se establece un nivel de señal alto, que al llegar a la entrada de habilitación de los contadores de anillo deja de contar pulsos en los mismos. Detener los contadores elimina la posibilidad de nuevos destellos de luz del IIS (16), y la sección (2-1) de la matriz CCD vuelve al estado de no acumulación”, porque un nivel alto en la puerta de su región de drenaje provoca la inyección de todas las cargas del fotoobjetivo en el sustrato.
En el momento t3, la caída de voltaje negativa desde la salida directa de la unidad de disparo (9) se suministra a la entrada del dispositivo de un solo disparo (15), que genera una señal de preparación de imagen en la salida de la cámara, cuyo bajo nivel informa al consumidor sobre la posibilidad de recibir información.
Supongamos que en el momento t4 el consumidor envía una señal de «solicitud de imagen» a la entrada de la cámara. Cuando el nivel bajo en la señal de “solicitud de imagen” coincide con el final del pulso de supresión vertical más cercano, la cámara genera una señal de “confirmación de imagen” en la salida del sincronizador (3), leyendo simultáneamente la información del fotodetector a través del registro de salida. (2-3) en el intervalo (t5…t6) del cuadro de la sección de almacenamiento (2-2). La conversión de voltaje de carga realizada en la matriz CCD por el dispositivo de salida con dispersión de ruido s2 asegura la formación de una señal eléctrica de imagen única en la salida de la cámara de video.
Conclusión
La solución propuesta para una cámara de televisión implementa el principio de inhibición de la información de ruido en el fotodetector, que consiste en que la acumulación de una señal útil a lo largo del tiempo se realiza en forma de carga en la propia matriz CCD muchas veces después de cada destello de la iluminación y el ruido con dispersión s2 se introducen solo una vez durante el proceso de recolección de la señal de video eléctrica.
Literatura
1. Solicitud de Francia n° 2589301 de 28 de octubre de 1985, MKI HO4N 3/15, 5/238. Dispositivo electrónico de obturación. Solicitante – empresa I2S (Francia).
2. Smelkov V.M. Selección del tiempo de exposición para una cámara de seguridad en el modo de generación de señal de video de un solo disparo/Equipo especial, 2003, No. 2, págs. 25 – 28.
3. Patente 2146080 de la Federación Rusa. MKI7 HO4N 3/14, 5/335. Dispositivo para la formación de señales de imágenes de un solo disparo/V.M. Smelkov, V.N. Mikhailov, V.Ya. Maklashevsky //B.I., 2000, No. 6.
4. Klyuev V.V., Leonov B.I., Sosnin F.R., Gusev E.A., Krongauz A.N. Introscopia de radiación industrial. – M.: “Energoatomizdat”, 1985.
Добавить комментарий