Телевизионная спектральная система

Авторы патента:

Заявляемая полезная модель относится к прикладному телевидению и может быть использована для построения телевизионных спектральных систем для экспертных и технико-технологических исследований исторических документов, для художественно-реставрационных работ, криминалистических исследований. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей ТСС за счет обеспечения автоматической спектральной селекции, что снижает субъективные ошибки определения фрагментов изображения с совпадающими спектральными характеристиками, и, тем самым, повышает производительность и точность спектрального анализа, производимого с помощью ТСС. Для достижения поставленной задачи в телевизионную спектральную систему, содержащую телевизионную камеру с объективом, видеопросмотровое устройство, программный блок, выход которого подключен к блоку выбора режима, первый выход которого соединен с управляющим входом программного блока, а второй выход с источником света введены аналоговый ключ, блок сравнения, первый и второй блоки памяти, причем телевизионная камера подключена к видеопросмотровому устройству через аналоговый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого блока памяти, информационный вход которого подключен к видеовыходу видео телевизионной камеры, вход записи - к выходу программного блока, а второй вход блока сравнения подключен к выходу второго блока памяти.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой модели является телевизионная спектральная система (ТСС), описанная в патенте RU «Телевизионная спектральная система для исследования документов», МКИ H04N 7/18, 116727, б.и. 15 от 27.05.12. Данная ТСС содержит телевизионную камеру (ТК) с объективом, видеопросмотровое устройство (ВПУ), источник света (ИС), блок выбора режима (БВР) и программный блок (ПБ). При этом выход ТК соединен со входом ВПУ, а ПБ, БВР и ИС соединены последовательно.

Видеосигнал с выхода телевизионной камеры поступает на видеопросмотровое устройство для просмотра изображения в выбранном спектральном диапазоне.

ИС содержит набор светодиодов с различной длиной волны излучения в диапазоне от 390 до 1000 нм, что соответствует диапазону спектральной чувствительности стандартных телевизионных камер на матрицах ПЗС.

Блок выбора режима содержит набор выключателей, которые обеспечивают возможность ручного включения в ИС светодиодов с требуемой длиной волны излучения, а также имеет группу входов для программного (автоматического) их включения от программного блока при подаче соответствующих логических сигналов.

Программный блок обеспечивает формирование логических сигналов для переключения светодиодов в ИС в заданной последовательности и в простейшем случае выполняется на двоичном счетчике с дешифратором. Счетчик производит счет последовательности импульсов, кратных частоте кадровой синхронизации.

Переход от ручного выбора спектрального диапазона к автоматическому производится от блока выбора режима (БВР). При этом разрешается работа дешифратора в программном блоке, а набор выключателей в БВР переводится в положение ОТКЛЮЧЕНО.

Однако, в рассматриваемой ТСС отсутствует возможность спектральной селекции, заключающейся в выделении элементов изображения с заданной спектральной характеристикой, что является недостатком.

Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей ТСС за счет обеспечения автоматической спектральной селекции, что снижает субъективные ошибки определения фрагментов изображения с совпадающими спектральными характеристиками, и, тем самым, повышает производительность и точность спектрального анализа, производимого с помощью ТСС.

Для достижения поставленной задачи в телевизионную спектральную систему, содержащую телевизионную камеру с объективом, видеопросмотровое устройство, программный блок, выход которого подключен к блоку выбора режима, первый выход которого соединен с управляющим входом программного блока, а второй выход с источником света введены аналоговый ключ, блок сравнения, первый и второй блоки памяти, причем телевизионная камера подключена к видеопросмотровому устройству через аналоговый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого блока памяти, информационный вход которого подключен к видеовыходу видео телевизионной камеры, а вход записи - к выходу программного блока, а второй вход блока сравнения подключен к выходу второго блока памяти.

Для синхронизации работы ТСС используются синхросигналы с синхровыхода ТК, а именно строчный (ССИ) и кадровый (КСИ) синхроимпульсы, а также сигнал f₀ дискретизации по строке. При этом синхровыход ТК соединен с синхровходом первого блока памяти и синхровходом программного блока.

Технический результат, достигнутый при решении поставленной задачи, заключается в расширении функциональных возможностей системы за счет автоматической спектральной селекции, заключающейся в выделении элементов изображения, имеющих спектральную характеристику (СХ), совпадающую с заданной (эталонной).

Структурная схема заявляемой ТСС приведена на фиг. 1.

ТСС содержит программный блок 1, блок 2 выбора режима, источник 3 света, телевизионную 4 камеру (ТК), аналоговый ключ 5, видеопросмотровое устройство 6 (ВПУ), первый 7 и второй 9 блоки памяти, блок 8 сравнения.

Вход управления блока 1 соединен с первым управляющим выходом блока 2. Выход блока 1 соединен со входом блока 2 и входом управления режимом запись-чтение первого блока 7 памяти. Второй управляющий выход блока 2 подключен ко входу источника 3 света. Выход видео ТК 4 подключен к информационным входам аналогового ключа 5 и первого блока 7 памяти, выход которого соединен с первым входом блока 8, второй вход которого подключен к выходу второго блока 9 памяти, а выход - к управляющему входу аналогового ключа, выход которого подключен к ВПУ 6. Синхровыход ТК 4 подключен к синхровходу программного 1 блока и синхоровходу первого 7 блока памяти. Информационный вход и вход управления режимом запись-чтение второго 9 блока памяти являются входом ТСС, предназначенным для подключения внешнего устройства, с которого производится ввод данных (эталонных значений СХ).

Пример конкретного выполнения первого блока 7 памяти приведен на фиг. 2. Первый блок памяти содержит аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП), формирователь 11 адреса (ФА), состоящий из счетчика строк и счетчика столбцов матрицы изображения, и непосредственно устройство 12 памяти (УП), состоящее из запоминающих устройств (ЗУ), число k которых равно числу спектральных каналов в ТСС.

Разрядность данных в каждом ЗУ равна числу n разрядов АЦП. Вход АЦП является информационным входом блока 7 памяти, а выход АЦП, в свою очередь, подключен параллельно к информационным входам DI каждого ЗУ.

Вход WE управления режимом запись-чтение, блока памяти 7 состоит из k разрядов каждый из которых подключен к соответствующему ЗУ. Тем самым осуществляется последовательная запись n-разрядных цифровых кодов, соответствующих k спектральным изображениям, формируемым в ТСС, т.е. числу спектральных каналов.

Вход формирователя 11 адреса является синхровходом блока 7 памяти. При этом счетчик строк производит счет ССИ и сбрасывается в ноль каждым КСИ, а счетчик столбцов производит счет импульсов дискретизации f₀ по строке и сбрасывается в ноль каждым ССИ. Выход формирователя адреса подключен параллельно к адресным входам каждого из ЗУ. Тем самым осуществляется координатная адресация к элементам каждого ЗУ при записи и чтении информации.

Выходы n-разрядных ЗУ являются выходом блока 7 памяти. Таким образом, общее число разрядов выхода блока памяти 7 составляет k×n.

Пример конкретного выполнения второго блока 9 памяти приведен на фиг. 3. Блок 9 содержит k параллельных регистров, каждый из которых предназначен для параллельной записи n-разрядных эталонных цифровых кодов. Входы управления параллельной записью (S₁, S₂ S_k) и объединенные между собой n-разрядные информационные входы (DI) регистров являются входом ТСС, к которому подключается внешнее устройство для предварительного занесения в них эталонных цифровых кодов. Выходы n-разрядных регистров D0₁ и D0₂ D0_k являются информационным выходом блока памяти 9. Таким образом, общее число разрядов выхода блока памяти 9 так же, как и блока 7, составляет k×n.

Пример конкретного выполнения блока 8 сравнения приведен на фиг. 4. Блок 8 содержит k схем сравнения, каждая из которых имеет n-разрядов, и схему И. Первые и вторые входы схем сравнения являются, соответственно, первым и вторым входом блока 8 сравнения. Таким образом, первый и второй входы блока 8 сравнения содержат k×n разрядов, соответствующих выходам первого 7 и второго 9 блоков памяти. Выходы схем сравнения соединены с соответствующими входами схемы И, выход которой является выходом блока 8 сравнения.

ТСС работает следующим образом. Программный 1 блок обеспечивает формирование логических сигналов для переключения светодиодов в ИС в заданной последовательности и в простейшем случае выполняется на двоичном счетчике с дешифратором. Счетчик производит счет последовательности импульсов, кратных частоте кадровой синхронизации, а дешифратор преобразует формируемый счетчиком двоичный код в позиционный код, подаваемый через блок 2 выбора режима на светодиоды источника 3 света.

В результате переключения светодиодов исследуемый объект последовательно освещается светом с различной длиной волны, что обеспечивает сканирование по диапазону спектральной чувствительности синхронно с кадровыми импульсами и последовательное формирование сигналов спектрозональных изображений телевизионной 4 камерой (ТК). Сигнал с выхода ТК через аналоговый 5 ключ поступает на ВПУ 6. Последовательно формируемые сигналы спектрозональных изображений поступают на первый блок 7 памяти, где оцифровываются и последовательно записываются в соответствующие запоминающие устройства под управлением логических сигналов с выхода программного 1 блока.

Перевод блока памяти 7 в режим чтения производится от блока 2 выбора режима. При этом с набора выключателей S₁-S_N в блоке 2 вручную выбирается один из спектральных диапазонов и одновременно с выключателя S₀ запрещается работа дешифратора в блоке 1.

Пример конкретного простейшего выполнения программного 1 блока и его взаимосвязи с блоками 2 и 3 показаны на фиг. 5. Программный 1 блок содержит последовательно соединенные счетчик 13 (Сч) и дешифратор 14 (Дш). Блок 2 содержит переключатели S₀ -S_N с зависимой фиксацией. При включении переключателя S₀ переключатели S₁-S_N переводятся в выключенное положение и на первом управляющем выходе блока 2 формируется потенциал, разрешающий работу дешифратора 14 блока 1. Выходы дешифратора являются выходом программного блока 1 и подключены к соответствующим выходным контактам переключателей S₁-S_N.

При отсутствии сигнала установки от внешнего устройства на входе «Уст.» счетчика 13, последний производит циклический счет импульсов с частотой, кратной частоте КСИ, поступающих на его счетный «+» вход. Двоичный код с выхода счетчика 13 поступает на дешифратор 14, где преобразуется в позиционный код. Инверсные сигналы (лог. 0) с выходов дешифратора 8 через переключатели S₁-S_N блока 4 производят последовательное переключение светодиодов в блоке 5.

При ручном выборе режима работы используется группа переключателей S₁-S_N. Включение любого из этих переключателей переводит переключатель S₀ в выключенное положение. В результате дешифратор 14 отключается от блока 2, а положение переключателей S₁-S_N определяет выбор светодиода из набора VD₁-VD_N в источнике 3 света. При включенном переключателе 5о и наличии сигнала установки на входе «Уст.» счетчика 7 в него может заноситься код от внешнего устройства, и, тем самым, осуществляться от него выбор светодиода в источнике света 3.

В регистры второго блока 9 памяти от внешнего устройства предварительно заносится эталонные цифровые коды для каждого спектрозонального изображения. Заносимые в регистры цифровые коды фактически определяют эталонную спектральную характеристику, с которой сравниваются текущие цифровые коды элементов спектрозональных изображений, записанные в первый блок 7 памяти. Сравнение соответствующих эталонных и текущих кодов производит блок 8 и, в случае их совпадения, вырабатывает логический сигнал, запрещающий прохождение сигнала от ТК 4 через аналоговый 5 ключ на ВПУ 6. В результате элементы изображении, спектральная характеристика которых совпадает с эталонной спектральной характеристикой, отмечаются на экране ВПУ черным цветом на фоне спектрозонального изображения, выбранного в ручном режиме посредством блока 2.

Таким образом, в заявляемой ТСС реализуется автоматическая спектральная селекция элементов изображения, что расширяет функциональные возможности системы.

Заявляемая ТСС может быть выполнена на элементной базе широкого применения. Реализация блока 1 и блоков 5-9 возможна также программным путем, например, при помощи ПЭВМ.

Телевизионная спектральная система, содержащая телевизионную камеру с объективом, видеопросмотровое устройство, программный блок, выход которого подключен к блоку выбора режима, первый выход которого соединен с управляющим входом программного блока, а второй выход - с источником света, отличающаяся тем, что введены аналоговый ключ, блок сравнения, первый и второй блоки памяти, причем телевизионная камера подключена к видеопросмотровому устройству через аналоговый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу первого блока памяти, информационный вход которого подключен к видеовыходу видеотелевизионной камеры, вход записи - к выходу программного блока, а второй вход блока сравнения подключен к выходу второго блока памяти.

РИСУНКИ