книги из ГПНТБ / Полоник В.С. Телевизионные автоматические устройства

Указанный дефект возникает за счет недостатков оптической системы ТД, передающей трубки, ФОС, разверток и видеотракта.

Однако независимо от причины и места возникновения этот де­ фект как уже указывалось, самым серьезным образом влияет на работу ТД, так как затрудняет выделение полезного сигнала.

2.2. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВИДЕОСИГНАЛА

Определение неравномерности видеосигнала Нс производится по формуле

Нс = ^ — Ошіа.. Ю0%,

Umax T' Um in

в которой входящие величины берутся из рис. 2.16 и в.

Одной из наиболее существенных причин, вызывающих паразит­

вовавшем до недавнего времени способе индивидуального нанесе­ ния фотослоя в каждой трубке путем распыления вещества фото­ проводника внутри уже собранной трубки слой имел разную тол­ щину, его свойства на отдельных участках мишени были различны. Сейчас слой наносится на планшайбу до ее установки в трубку, благодаря чему всегда можно заранее отбраковать неравномерные слои.

При поливе люминесцирующего вещества на днище колбы про­ светной трубки бегущего луча также возникает заметная неодно­ родность слоя по толщине.

Для передающих трубок неравномерность сигнала наиболее часто имеет круговую симметрию, для просветных трубок бегущего луча часто встречается неравномерность, распределенная по пило­ образному закону.

Не менее серьезной причиной неравномерности видеосигнала

тате чего нормальная составляющая скорости электронов там пада­ ет, равновесный потенциал мишени смещается, и сигнал становится меньше. Это явление обусловлено несовершенством свойств ФОС и в меньшей мере изменением угла падения пучка на краях мишени по отношению к ее центру из-за плоской формы мишени вместо сферической. Неравномерность сигнала по рассматриваемой при­ чине имеет тоже круговую симметрию и в сумме с предыдущей достигает для видикона 25ч-45%.

Возникновению неравномерности видеосигнала способствует и н е л и н е й н о с т ь о т к л о н е н и я л у ч а п е р е д а ю щ е й т р у б- к и. Как 'известно [42], величину видеосигнала можно считать об­ ратно пропорциональной времени коммутации элемента изображе­ ния или, в данном случае, скорости перемещения луча. Неравно­

— 50 —.

мерность сигнала здесь будет ч'исленно равна половине коэффици­ ента нелинейности разверток и составлять 5-ь-10%. Следует отме­ тить, что сказанное относится только к искажению сигнала по строкам. Однако аналогичные искажения возникают и при нали­ чии нелинейности по кадрам, но совсем по другой причине — из-за наложения строк друг на друга (частичного или полного), что при­ водит к повторному стиранию потенциального рельефа и, как след­ ствие, к снижению сигнала. Неравномерность сигнала из-за нели­ нейности разверток может иметь произвольную форму.

Неравномерность освещенности фотослоя, которая получается вследствие н е с о в е р ш е н с т в а о б ъ е к т и в о в , также приводит к неравномерности сигнала. Известно '[8], что по мере удаления от оси объектива освещенность изображения падает по закону

Еа = Е0ф(со)cos4 со,

где E„ — освещенность изображения точки, находящейся на оси, которая проходит под углом со по отношению к главной оптической оси объектива; Ес — освещенность изображения точки, находя­ щейся, на главной оптической оси; ср(со) — закон виньетирования1), что приводит к возникновению неравномерности освещенности фо­ тослоя:

Неравномерность сигнала по причине несовершенства объекти­ вов Н0 связана с неравномерностью освещенности в плоскости фотослоя Я0 = Яшу. где у — коэффициент наклона световой харак­

теристики передающей трубки, равный для видикона 0 ,6 ч-0 ,8 , и составляет величину 1 0 ч-2 0 % в зависимости от типа объектива.

Для определения суммарной неравномерности сигнала Нх по всем изложенным причинам, если неравномерности имеют подоб­ ную форму и одинаковый знак, необходимо положить в каждом случае максимальные величины аргументов равными единице, найти относительные значения минимальных величин аргументов ait перемножить их и подставить в выражение

') Виньетированием называется снижение освещенности от центра к краям изображения по причине срезания площади действующих зрачков объектива его диафрагмами. Закон виньетирования определяется экспериментально.

— 51 —

Когда неравномерности имеют различную форму и знак, то не­ обходимо изобразить их графически и, перемножая ординаты,

Л

найти максимальное значение ["1 а,-.

/=і

Если провести указанные расчеты, то окажется, что суммарная неравномерность сигнала для видикона может достигать 40-^60%.

2.3. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ФОНА ИЗОБРАЖЕНИЯ

Неравномерность фона изображения Нф = Ю-- 100%, в кото-

ис

рой величины «ф и ис берутся из рис. 2 . 1 г и д.

Возникновению пилообразного неравномерного фона способст­ вует неправильная регулировка корректирующих токов в ФОС.

Такой же пилообразный характер имеет фон и при малой вели­ чине постоянной времени переходных цепей, что приводит к пере­ косу рабочей части видеосигнала. Однако неравномерность в этом случае легко выправляется и не превышает обычно значения 2 —

-4-5%.

В малокадровых ТД темновые токи и их неравномерность име­ ют зачастую величины, сравнимые с размахом и неравномер­ ностью полезного сигнала; в этом случае может создаться нерав­ номерность фона, достигающая 30%.

и может достигать для малокадрового видикона величины 50-f-

-70% .

Внастоящее время нет достаточно удовлетворительного уни­ версального способа устранения неравномерности сигнала и фона, поэтому приходится прибегать к различным частным решениям, наиболее пригодным для каждого конкретного случая.

2.4. СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ НЕРАВНОМЕРНОСТЕЙ. СИГНАЛА И ФОНА ИЗОБРАЖЕНИЯ

Оптическая компенсация

Способы оптической компенсации позволяют выравнивать не­ равномерность сигнала и фона для всех типов передающих трубок, учитывая и неравномерность, создаваемую объективом.

В наиболее общем виде сущность этих способов заключается в размещении между объективом и приемником света оптического фильтра, представляющего собой негативное изображение имею­ щейся неравномерности сигнала и фона (рис. 2.2). Происходящее при этом локальное изменение интенсивности падающего света

— 52 —

позволяет устранить не только неравномерности сигнала, но н сигналы от пятен на фотослое передающей трубки или на люмине­ сцентном экране трубки системы бегущего луча.

Для получения негатива в системе бегущего луча фотопленка помещается в плоскости объекта, а для системы с передающей трубкой съемка производится с экрана видеоприемного устройства (іВПУ). В последнем случае должны быть приняты все меры по устранению фона на изображении, возникающего в видеотракте.

Ю

компенсации неравномерности фона с помощью негативного фильтра: а) система бегущего луча; б) система с передающей трубкой;

Несмотря на простоту этого способа, практическая его реали­ зация сопряжена с рядом трудностей и эксплуатационных не­ удобств, а именно: негатив нужно изготавливать в индивидуальном порядке под данную трубку и оптическую систему и устанавли­ вать на место с большой точностью; с течением времени из-за ста­ рения трубки или выгорания люминофора негатив приходится за­ менять; способ не позволяет скомпенсировать неравномерности фана, возникающие иногда при различных комбинациях света и тени на изображении.

Способ оптической компенсации не получил практического при­ менения и используется только для компенсации неравномернос­ тей, вызываемых несовершенством объективов. С этой целью ис­ пользуются так называемые оттенители.

Оттенитель представляет собой склейку двух линз — плосковыпуклой из стекла, используемого для нейтральных светофильт­ ров, и обратной ему плосковогнутой линзы из обычного оптическо­ го стекла. Расчет первой линзы производится таким образом, что­ бы интенсивность света, проходящего через нее, увеличивалась по мере перехода от центра к периферии по закону, обратному поте­ рям света в данном объективе. Вторая линза служит для превра­ щения оттенителя в плоскопараллельную пластинку.

— 53 —

С достаточной для практики точностью (3-=-5%) расчет плосковыпуклой линзы делается по формуле Д = ЕпсІ±Дг, где Д = 1п—— ■

сигнала из-за применения трубок близок к характеру неравномер­ ности, создаваемой объективом, возможна ориентировочная ком­ пенсация оттенптелем и неравномерностей, порождаемых трубками. Однако при этом следует учитывать значительное уменьшение ин­ тенсивности попадающего на трубку света (в 2-=-3 раза), что при­ водит к снижению общей чувствительности системы.

При работе с передающими трубками типа диссектор, имеющи­ ми, щелевую апертуру и работающими в однострочном режиме, можно скомпенсировать неравномерность сигнала с помощью фи-

Рнс. 2.3. К вопросу компенсации неравномерности сигнала с помощью заслонки: а) расположение элементов; б) кривые изменения токов и апертуры;

/ — фигурное отверстие в заслонке; 2 — щелевндная апертура луча; 3 — непрозрачная заслонка

гурной заслонки [108]. Перед фотокатодом трубки устанавливают непрозрачную заслонку (рис. 2.3а) с продольным фигурным выре­ зом, профиль которого выполняют так, чтобы эффективная длина /аФФ апертуры была обратно пропорциональна чувствительности диссектора в данной точке строки. На рис. 2.36 приведены кривые видеосигнала іс при равномерной засветке фотокатода, расчетной

ширины апертуры 4 фф= 4 у мин и видеосигнала і'с после установки Іс М

заслонки. Максимальная ширина отверстия в заслонке равна дли­ не / 0 щелевой апертуры и расположена в точке строки с минималь­ ным видеосигналом. Данный способ позволяет уменьшить неравно­ мерность видеосигнала до ±3% .

Компенсация за счет улучшения трубок и ФОС

В первую очередь, следует отметить уже осуществленный пере­ ход на новую технологию напыления фотопроводящего слоя в видиконах. В настоящее время напыление слоя на планшайбу про­

— 54 —

изводится до ее установки в трубку, благодаря чему можно осу­ ществить тщательный предварительный контроль за равномерно­ стью фотослоя, что позволяет значительно уменьшить неравномер­ ность сигнала.

Весьма полезным для снижения неравномерности сигнала явля­ ется и осуществленное в современных видиконах электрическое раз­ деление мелкоструктурной сетки от второго анода, которое способствует одновременно и повышению разреша­ ющей способности трубки. На рис. 2.4 приведен график, показывающий зави­ симость снижения неравномерности сигнала от соотношения напряжений на мелкоструктурной сетке и втором аноде.

По-видимому, некоторое снижение неравномерности сигнала может быть получено при переходе на сферическую форму мишени {131], благодаря чему независимо от локализации луча труб­ ки он всегда будет строго ортогональ­ ным к поверхности мишени.

Что касается ФОС, то современная вычислительная техника позволяет до­ статочно точно рассчитывать радиаль­

ные составляющие скоростей электронов при различных вариантах взаимного расположения отклоняющих и фокусирующих катушек,

а также самой трубки и найти наиболее оптимальные их поло­ жения.

Схемные способы компенсации

Снижение неравномерности сигнала может быть достигнуто по­ дачей синхронно с разверткой увеличивающегося потенциала сиг­ нальной пластины при переходе луча от центра к краям мишени. Для этого в цепь катода трубки подается напряжение, изменяю­ щееся по параболическому закону; для сохранения фокусировки луча и предотвращения его паразитной модуляции эквивалентные напряжения подаются одновременно на модулятор и первый анод

Сходного результата можно добиться и синхронным изменением усиления сигнала в видеотракте.

Учитывая, что величина сигнала достаточно точно пропорцио­ нальна скорости сканирования, неравномерность сигнала можно выправить также путем изменения нелинейности разверток — на краях растра луч должен перемещаться быстрее, чем в. центре.

Неравномерность сигнала может быть значительно уменьшена за счет изъятия сигнала на краях растра (20-^30% от линейного

— 55 —

размера растра) путем введения широких гасящих сигналов или увеличения амплитуды развертки по строкам и по кадрам.

Для устранения неравномерности фона следует применять гене­ ратор компенсирующего сигнала, имеющего ту же форму, что и фон, но противоположную фазу [29]. В общем случае компенсирую­ щий сигнал составляется из смеси составляющих, изменяющихся по пилообразному и параболическому законам синхронно с часто­ тами строчной и кадровой разверток. Перед подачей компенсирую­ щего сигнала частоты кадров в видеотракт им необходимо промодулировать гасящие строчные импульсы, так как в противном слу­ чае компенсирующий сигнал будет удален из тракта фиксирующей цепью и окажется, таким образом, бесполезным.

Формирование составляющих компенсирующего сигнала по строкам и по кадрам производится обычно из П-импульсов с по­ мощью интегрирующей цепи. При подаче на вход такой цепи на­

пряжение будет параболическое. Указанные соотношения справед­ ливы при условии, что постоянная времени при получении пилооб­ разного сигнала будет в 2 - ^ 3 раза больше длительности первично­ го П-импульса, а при получении параболического сигнала — в 2ч-3 раза больше периода этого же импульса.

С практической частью схемы формирования пилообразного и параболического сигналов для обычного стандарта разложения можно ознакомиться в [85].

Способы компенсации фона, сохраняющие только черно-белые перепады в изображении

Вв е д е ние . В целом ряде применений телевизионной автома­ тики анализу подвергаются только черно-белые перепады в изобра­ жении, а промежуточные изменения яркости интереса не представ­ ляют. Сюда следует отнести почти все измерения размеров, конт­ роль формы изделий, частично подсчет предметов и др. В этих слу­ чаях устранение фона может быть достигнуто более простыми спо­ собами.

Д и ф ф е р е н ц и р о в а н и е в и д е о с и г н а л а . Способ уст­ ранения неравномерности фона с помощью дифференцирующих це­ пей поясняется рис. 2.5а. Видеосигнал сильно дифференцируется, и полученные короткие импульсы подаются на формирующее устрой­ ство триггерного типа, на выходе которого получаются П-импуль- сы одинаковой амплитуды с хорошей крутизной фронтов и дли­ тельностью, соответствующей длительности исходных видеоимпуль­ сов.

Постоянная времени дифференцирующей цепи обычно выбира­ ется исходя из условия, что ее величина значительно (до 1 0 раз) меньше, чем длительность наиболее короткого видеоимпульса.

Недостатками данного способа являются значительные искаже­ ния и даже потеря информации при работе с видеоимпульсами,

— 56 —

имеющими малую амплитуду и недостаточную крутизну фронтов. В самом деле, при формировании таких видеоимпульсов (рис. 2.56) на выходе системы могут получаться импульсы с длительностью, соизмеримой с длиной строки, или импульсы будут отсутствовать

Рис. 2.5. Эпюры напряже­ ний в схеме устранения не­

(г)) и задержки видеосиг­ нала ( д))\

/-—исходный видеосигнал; 2 — продифференцированный сигнал; 3 — выходной сигнал; 4 — про­ интегрированный сигнал; 5 — за­ держанный сигнал; 6 — суммар­

ный сигнал

вовсе. В известной мере это явление может быть устранено путем увеличения постоянной времени дифференцирования, однако при этом может быть потеряна информация от видеоимпульсов, разме­ щенных во времени близко друг от друга (рис. 2.5в).

Таким образом, рассмотренный способ устранения фона изобра­ жения применим только для ТД с большой величиной размаха ви­ деоимпульсов.

И н т е г р и р о в а н и е в и д е о с и г н а л а . Один из способов уст­ ранения неравномерности фона заключается в сложении в противо­ фазе исправляемого и проинтегрированного сигнала (рис. 2.5а). Этот способ пригоден для выправления фона без импульсов сигна­ ла большой длительности, так как в противном случае при вычита­ нии исходные сигналы будут сильно искажены. При попытках уст­ ранить эти искажения за счет увеличения постоянной интегрирова­ ния начнет искажаться кривая фона; таким образом, поставленная цель достигнута не будет.

основной сигнал с помощью линии задержки задерживается на не­ большую величину At (несколько элементов разложения) и затем вычитается из исходного. Полученные в результате узкие импульсы запускают формирующее устройство, которое формирует п'севдоисходный сигнал с импульсами равной амплитуды. Недостатком спо­ соба является потеря информации от импульсов, расположенных друг от друга ближе, чем величиназадержки.

— 67 —

2.5. КОМПЕНСАЦИЯ ДЛЯ СИСТЕМ БЕГУЩЕГО ЛУЧА

Общие сведения

Особенности системы бегущего луча позволяют применить, кро­ ме уже описанных, принципиально отличающиеся системы компен­ сации неравномерности видеосигнала и фона, которые одновремен­ но снижают помехи в сигнале, возникающие по причине неоднород­ ностей в люминофоре ’[2 2 ].

Будем рассматривать световой поток от просветной трубки, со­ стоящий из двух составляющих — постоянной и переменной.

Переменная составляющая порождается рядом причин, основ­ ными из которых следует считать: зернистость структуры люмино­ фора; флуктуации тока луча; неравномерность светоотдачи люми­ нофора по полю зрения; неравномерность пропускания света, соз­ даваемая объективом.

Первые две причины вызывают появление флуктуирующей со­ ставляющей светового потока, вторые — приводят к возникновению синхронной гладкой переменной составляющей светового потока. Назовем все эти составляющие суммарной помехой.

Компенсация с помощью разностного усиления

Структурная схема устройства, реализующего этот принцип, приведена на рис. 2.6а. Световой поток Фо, пройдя через объектив, разделяется с помощью разделительной призмы на две составляю­ щие — рабочую Фр и компенсационную Фк-

Рис. 2.6. Структурные схемы устройств для компенсации неравномерности видео­ сигнала для системы бегущего луча; а) с помощью разностного усиления; б) с

помощью обратной связи;

Рабочий световой поток будет состоять из постоянного потока Фро и переменного — <$(х, у)Фѵо, где х, у —. координаты сканирую­ щего пятна на объекте; q>(x, у) — относительное изменение свето­ вого потока, вызванное суммарной помехой.

— 58 —

р(х, у). Таким образом, на рабочий ФЭУ падает световой поток

Sptfp/СрФо£ = SkRkKk0 o(\ - £ ) = с .

Тогда — =р(х, у). Отсюда можно сделать вывод, что для

■UK

полной компенсации суммарной помехи в компенсирующем уст­ ройстве следует осуществить операцию деления Up на UK при по­ мощи соответствующих схем.

Приемлемого результата можно добиться, если в качестве ком­ пенсирующего устройства применить более простое устройство — разностный усилитель-

Тогда на выходе компенсирующего устройства

и раз„ = с [1 +ф (*, y)]U— p(x, у)]. '

Последнее выражение показывает, что разностный сигнал содер­ жит информацию об объекте, но полезный сигнал промодулирован напряжением помех с коэффициентом модуляции ср(х, у). Однако нетрудно установить, что в этом случае отношение сигнала к сум-

„ 1— р(х,у)

марнои помехе в — —— - лучше, чем при отсутствии компенсации,

р(х,у)

и повышается при снижении контраста объекта.

Принципиальная схема компенсирующего устройства с помо­ щью разностного усиления приведена на рис. 2.7.

— 59 —