Телевидение Методические указания по выполнению лабораторной работы

Лабораторная работа 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ НА МАТРИЧНОМ ПЗС СО СТРОЧНЫМ ПЕРЕНОСОМ

Цель работы: изучение основных характеристик черно-белой телевизионной камеры на матричном ПЗС в различных режимах работы.

Большинство современных телевизионных камер строятся на основе матричных приборов с зарядовой связью (ПЗС). Использование ПЗС позволяет получить компактные, простые телевизионные камеры, содержащие малое число компонентов и обладающие хорошими характеристиками.

Черно-белая телевизионная камера включает в свой состав, помимо самого матричного ПЗС, синхрогенератор, вырабатывающий все импульсы управления матрицей, а также строчные и гасящие импульсы, драйвер импульсов, усиливающий по размаху импульсы, подаваемые на матричный ПЗС, а также видеопроцессор, в котором производится обработка и усиление аналогового сигнала с выхода матричного ПЗС.

В видеопроцессоре сигнал с выхода матричного ПЗС обрабатывается по методу двойной коррелированной выборки с целью устранения шума установки потенциала узла детектирования заряда и тактовой наводки [3]. После обработки сигнал попадает на схему автоматической регулировки усиления (АРУ). Схема АРУ поддерживает выходной сигнал камеры на номинальном уровне при снижении освещенности на объекте. Далее видеосигнал обрабатывается гамма-корректором, характеристика которого описывается выражением

В выходном каскаде в видеосигнал замешиваются гасящие и синхроимпульсы, производится ограничение уровня белого. Выходной видеосигнал камеры – стандартный, амплитудой 1 В на нагрузке 75 Ом.

При больших освещенностях наблюдаемой сцены используется режим электронного затвора, основанный на сбросе зарядовых пакетов, накопленных в фотодиодах и, соответственно, уменьшении времени накопления. Выходной сигнал матричного ПЗС

,

где F – световой поток, Вт/м2; A – площадь светочувствительного элемента; Q – квантовый выход, А/Вт; Tн – время накопления зарядовых пакетов. Из данного выражения следует, что выходной сигнал прямо пропорционален времени накопления и чувствительностью камеры можно управлять в широких пределах, меняя Tн.

Разрешающая способность телевизионной камеры на матричном ПЗС в первую очередь определяется числом элементов по вертикали и по горизонтали. Число строк обычно равно числу активных строк на экране видеомонитора и составляет 580. Число элементов по горизонтали равно примерно 500 или 750 для камер среднего и высокого разрешения. С другой стороны, на разрешающую способность матричного ПЗС может оказать влияние апертурно-частотная характеристика преобразователя. Так, в режиме накопления поля, когда зарядовые пакеты соседних по вертикали фотодиодов попарно складываются, спад АЧХ приводит к тому, что разрешающая способность телевизионной камеры по вертикали снижается с 580 до 380 твл.

9.1. Лабораторная установка


Лабораторная установка (рисунок) включает в свой состав черно-белую телевизионную камеру на матричном ПЗС с числом элементов 580х512 со строчным переносом, видеомонитор для наблюдения изображения, осциллограф для наблюдения осциллограмм в контрольных точках, электронный коммутатор осциллограмм, управляемый кнопочным переключателем. В синхрогенераторе возможно переключение режима накопления "Поле/Кадр", а также дискретное изменение времени накопления от 1/50 до 1/10000 с. Входящие в состав видеотракта схемы АРУ и гамма-корректора также являются отключаемыми.

9.2. Программа экспериментальных исследований

9.2.1. Подготовка к лабораторной работе

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить рекомендованную литературу [8]. Структурная схема лабораторной установки изображена на рисунке. Построить ожидаемые поперечные АЧХ в режиме накопления кадра и поля. Построить ожидаемую зависимость выходного сигнала ПЗС от времени накопления. Построить ожидаемую световую характеристику.

Студентам рекомендуется оформить результаты своей подготовки в виде материалов к отчету, содержащих структурную схему установки и ожидаемые результаты в виде расчетов, оценочных значений, ожидаемых осциллограмм и т.п.

9.2.2. Порядок выполнения работы

Установить переключатели "Поле/Кадр" в режим "Поле", "Время накопления" в 1/50 с, АРУ – "Вкл.", гамма-корректор – "Выкл." Зарисовать осциллограммы в контрольных точках, измерить полезный сигнал и тактовую наводку на выходе матричного ПЗС и на выходе схемы ДКВ.

По элементу таблицы с зонами Френеля снять поперечную АЧХ.

Установить переключатель "Поле/Кадр" в режим "Кадр" и повторить измерения по п. 2.

Установить переключатель "Поле/Кадр" в режим "Поле". По градационному клину снять световую характеристику. Включить гамма-корректор, повторить измерение световой характеристики.

Выключить гамма-корректор и схему АРУ. Определить зависимость выходного сигнала матричного ПЗС от времени накопления.

Выключить освещение тест-таблицы. Отключить гамма-корректор. Измерить шумы на выходе матричного ПЗС при включенной и выключенной схеме АРУ. По полученным результатам рассчитать коэффициент усиления схемы АРУ.

Физика, электротехника решение задач