Особенности построения стереотелевизионных систем

Рисунок 1.11. 
 
              Передана сцена висвітлюється або одним, або декількома взаємно когерентним лазерами. Світло, розсіяний об'єктами сцени спільно з опорним променем, потрапляє на анализирующее пристрій голографічного телевізійної камери, в якій картина інтерференційних світлових потоків перетворюється на послідовність електричних сигналів. Останні потім передаються по каналу зв'язку. На екрані приймального пристрою з електричних сигналів формується голограма, яка при висвітленні її променем лазера відновлює рухаючись сюжет. 
               Але при цьому обов'язковою умовою є наявність джерел лише когерентного випромінювання при висвітленні об'єкта, що обмежує зйомки рамками студії. 
             Також потрібно роздільна здатність голографічного системи вдвічі перевищує нині існуючу. У зв'язку з цим робота разверток голографічної телевізійної системи також повинна бути підвищена, що спричинить за собою збільшення необхідної смуги частот каналу зв'язку для передачі інформації про зображення. 
              Питання про шляхи побудови голографічних телевізійних систем до сих пір ще не вирішено. Розвиток голографічного телебачення буде йти, очевидно, у двох напрямках. Одне з них ставить за мету вдосконалення всіх ланок (передавальний пристрій, канал зв'язку, приймальний пристрій) для створення голографічних телевізійних систем. Другий напрямок полягає у побудові проміжних паліативних систем, в яких нові якісні параметри просторових зображень досягалися не надто дорогою ціною і які тому могли б бути реалізовані в найближчому майбутньому. 
              Нижче наводиться один з варіантів схем побудови многоракурсних систем (рис. 1.12). 
 
              Схема побудови многоракурсной телевізійної системи.

Рисунок 1.12. 
             Всю схему можна розділити на кілька частин, функції яких цілком певні: зйомка об'єкта, передача зображень, суміщення зображень і селекція ракурсів. Зйомка об'єкта здійснюється шляхом розміщення по дузі АБ кількох передавальних камер. Формують телевізійні двомірні зображення, що відрізняються один від одного тільки горизонтальним параллаксом. У статичних системах, що працюють не в реальному масштабі часу, можна використовувати одну камеру, послідовно переміщаючи її по дузі АБ на .y Dкутові інтервали  
              Останнім часом труднощі, що зустрічаються при створенні практичних систем голографічного телебачення, послужили причиною розширення галузі досліджень дифракційних систем, в яких використовується не тільки когерентний: але також частково когерентне і некогерентне освітлення.  
              Системи голографічного телебачення, створені на сьогоднішній день, знаходять застосування в різних сферах людської діяльності. 
              На закінчення наведемо одну зі схем оптичної установки для створення голографічних зображень в області медицини, розробленої в 1992 році (рис. 1.13)  
 
            Оптична установка для створення голографічних зображень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Розробка технічних  вимог. 
 
2.1. Метод формування кольорового стереозображення. 
 
              Розробляється метод формування кольорового стереозображення за допомогою двох ПЗС матриць, рознесених на оптичний базис (65 мм.).                 Зчитування сигналів проводиться по черзі з частотою 100 Гц таким чином, що у вихідному відеосигналі є послідовність сигналів парних і непарних полів двох кадрів стереопари (рис. 2.14). 
 
 
                Структура вихідного сигналу. 
 
 
 
 
 
Рисунок 2.14. 
 
                Горизонтальні драйвери обох ПЗЗ матриць працюють безупинно, будучи при цьому навантаженням для одного тіммінг-генератора, який виробляє імпульси зчитування для матриць. Отже, за такої схеми включення, необхідно додаткове посилення імпульсів зчитування, поданих через горизонтальні драйвери. 
                Вертикальні драйвери працюють по черзі і з подвоєною частотою (f = 100 Гц), таким чином збільшується ємність навантаження тіммінг-генератора, що також необхідно враховувати при розрахунку схеми. 
Сигнали з ПЗЗ матриць обробляються у двох відеотракту, а потім підсумовуються, утворюючи вихідний компонентний сигнал із заданою амплітудою. 

 

 
2.3. Вимоги до сигналів. 
 
            Оскільки для створення компонентного сигналу з стереоефектом ми застосовувати дві ПЗС матриці типу ICX059AK, то, виходячи з норм на критичну частоту миготіння (у даному випадку - для кожного ока) fкр = 48 Гц, необхідно, щоб fп = 100 Гц - частота полів і, відповідно, fк = 50 Гц - частота кадрів. Отже, при стандартизованому числі рядків розкладання fстр = 625 треба, щоб частота генератора, що задає рядкової розгортки дорівнювала подвоєною стандартною: 
15625 = 31250 Гц´fген = fстр = 2  
            У підсумку треба сформувати наступні сигнали:

 
 
 
 
              Комутація матриць здійснюється імпульсами з частотою полів. 
Управління здійснюється цифровими сигналами TTL рівнів (логічний «0» - 0,4 В; логічна «1» - 2,4 В). 
               Вихідний сигнал розмахом 1 В створюється на навантаженні Rн = 75 Ом (ці величини стандартизовані). 
             Харчування комплекту мікросхем здійснюється від джерела живлення нестабілізованого напруги Uпит = 12 В. 
 
             Температурні режими камери визначаються вимогами для ПЗС матриці: 
С° + 60 ¸ С ° раб = - 10 °t  
С° + 80 ¸ С ° хр = - 30 °t  
             Дана камера може працювати при вологості до 90%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Розробка структурної  схеми кольорової стереотелевізіонной камери. 
 
                 Використовуючи результати досліджень в області стереотелевидения і останні технічні досягнення, можна побудувати безліч стереосистем з різними технічними характеристиками, в тому числі і задовольняють нашим. 
                 У даній розробці пропонується створити стереотелекамеру, використовуючи як основи комплект елементної бази для звичайної кольорової телекамери фірми SONY з наступними структурними змінами:

 
1) у якості датчиків стереопари  використовуємо дві ПЗЗ матриці  кольорового зображення зі строчно-кадрових перенесенням зарядів, кожна з яких формує сигнал зображення свого кадру - лівого або правого; 
2) враховуючи викладене в попередньому пункті, необхідно застосувати дві пари вертикальних і горизонтальних драйверів для ПЗС матриць; 
3) отримані з ПЗЗ матриць дві різні сигналу необхідно обробляти у двох однакових Відеотракт; 
4) як системи синхронізації та управління можна використовувати один комплект, оскільки він повинен забезпечувати синхронізацію і управління двома ідентичними відеотракту. Система синхронізації складається з синхрогенератора і тіммінг-генератора. Ця система буде доповнено електронним комутатором, оскільки управляючі сигнали для вертикальних драйверів необхідно подавати по черзі з частотою 100 Гц, щоб забезпечити принцип освіти стереопари; 
5) на виходах I і II Відеотракт ми отримуємо компонентні сигнали, які нам необхідно підсумувати. У цих цілях ми використовуємо суматор; 
6) нарешті, все блоки нашої телекамери необхідно живити від джерела живлення. 
 
                Структурна схема кольорової стереотелевізіонной камери наведена на рис. 3.15. 

 

 

 

 
Структурна схема кольорової стереотелевізіонной камери.

Рисунок 3.15. 
 
 
 

 

 

 

 

 

 
 
 
4. Розробка і розрахунок принципової схеми. 
 
                В описі схеми електричної принципової буде розглянуто тільки один Відеотракт, оскільки другий є повністю ідентичним. Також будуть розглянуті ланцюга синхронізації, які є загальними для обох відеотракту, кінцеві підсилювачі і блок живлення телекамери. 
               Відеосигнал з виходу ПЗС матриці ICX059AK (мікросхема D1) (ніжка 8) надходить на затвор польового транзистора 3SK133, включеного за схемою з загальним стоком. Його навантаженням є резистор R8. Напруга відеосигналу, знімається з цього резистора, подається через роздільні конденсатори C22 і C23 на входи мікросхеми CXA1390AR (D9) (ніжки 37 і 38), в якій проводиться первинне кольороподіл і посилення відеосигналу.             Первинне кольороподіл здійснюється по імпульсах вибірки XSP1 і XSP2, що подається з тіммінг-генератора (мікросхема CXD1265R (D10)) на ніжки 40 і 42 відповідно. При роботі телекамери в чорно-білому режимі ці імпульси відсутні. Відновлення рівнів сигналів здійснюється по імпульсах вибірки-зберігання XSHP і XSHD, що надходять з тіммінг-генератора на ніжки 34 і 35 відповідно.

                  Імпульси XSH1 і XSH2, що подаються на ніжки 1 і 48 відповідно, служать як напруги вибірки-зберігання при чорно-білому сигналі. Імпульси CLP1-CLP4 подаються на всі мікросхеми відеотракту (крім CXL1517N (D13)) для відновлення рівня чорного в відеосигналі. 
               У мікросхемі CXA1390AR задіяна система придушення кольоровості, яка спрацьовує при попаданні в кадр об'єктів, що мають надмірну яскравість. Отриманий в результаті сигнал корекції CS надходить на вихід мікросхеми (ніжка 10). Рівень цього сигналу підтримується за допомогою конденсатора С38 і може регулюватися подборочного резистором R18. 
                Також в цій мікросхемі передбачена система автоматичного регулювання рівня (АРУ (AGC)) сигналу. Максимальна величина амплітуди відеосигналу, до якої буде спрацьовувати схема AGС, встановлюється подборочного резистором R16. Чутливість AGC за сигналом корекції CS встановлюється подборочного резистором R24. 
                 Широкосмуговий сигнал яскравості YH, отримуваний в мікросхемі CXA1390AR, надходить на вихід цієї схеми (ніжка 3). 
                Отримані в результаті попереднього поділу кольоровості сигнали S1 та S2 надходять через виходи мікросхеми CXA1390AR (ніжки 4 і 5 відповідно) на входи відеопроцесора (мікросхема CXA1391R (D14)), туди ж надходить через розділовий конденсатор С93 сигнал корекції SH і сигнал YH, який попередньо затримується на , підбираємо при налаштуванні, і проходить через фільтрtтривалість  нижніх частот (ФНЧ (LPF), розрахунок якого буде наведено далі). Вхідними ніжками для цих сигналів є відповідно 49, 48, 16 і 64 ніжки. 
                  З сигналів S1 та S2 методами, описаними в розробці функціональної схеми, отримують два цветоразностних сигналу RY і BY. Необхідними елементами для тих перетворень є три лінії затримки на один рядок, які побудовані на окремій мікросхемі CXL1517N. Затримуються: сигнал кольоровості C0, вузькосмуговий сигнал яскравості Y0 і він же затримується ще на один рядок (Y1). Затримані сигнали з виходів мікросхеми CXL1517N (ніжки 9, 11 і 14) проходять через емітерний повторювачі (ЕП), зібрані на транзисторах BC205B, які посилюють їх по струму і одночасно є погоджують елементами (розрахунок ЕП буде приведений далі). 
                 Необхідною керуючим сигналом є імпульсний сигнал ID, подвійний малої частоти, який надходить на ніжку 41 з тіммінг-генератора. 
Широкосмуговий сигнал яскравості YH2 задіяний у схемі горизонтальної апертурной корекції HAP, яка знаходиться в мікросхемі CXA1592R (D24).        Для утворення сигналу YH2 необхідним елементом є лінія затримки на один рядок, яка винесена за межі відеопроцесора. Лінією затримки може бути, наприклад, мікросхема CXL5504 або будь-яка лінія затримки, аналогічна їй.            Сигнал YH подається з ніжки 4 на лінію затримки, а потім пропускається через ФНЧ і повертається в відеопроцесор на ніжку 2. У результаті отримані сигнали YH1 і YH2, який був утворений в результаті підсумовування YH і YH1, подаються на виходи ніжки 5 і 6 відповідно. 
                Сигнал придушення кольоровості CS, який був підсумував з сигналом VAP, отриманим на виході схеми вертикальної апертурной корекції в відеопроцесорі, надходить на вихід (ніжка 24). 
               Відеопроцесор містить керовані лінії затримки. Потенціометром R35 можна регулювати час затримки сигналів С0 (кольоровості) і Y0 (вузькосмугового сигналу яскравості). Потенціометром R36 регулюється час затримки сигналів основних кольорів R, G і B і сигналу придушення кольоровості. 
             Нижче наведена таблиця із зазначенням подборочного резисторів і функцій, виконуваних ними.

Подборочные резисторы	Функции
R28, R29	Установка амплитуды Y1 и Y2
R40	Установка амплитуды С1
R41	Установка амплитуды YH
R52	Установка амплитуды сигнала  VAP
R51, R66	Установка амплитуд B и R
R53	Вольтодобавка VAP
R68	Регулировка схемы АББ (WB)
R69, R70	Уровни R-Y и B-Y
R81	Вольтодобавка к R, G и B
R82	Установка коэффициента g-коррекции

Таблиця 4.1. 
 
              Вихідні сигнали RY і BY з ніжок 19 і 20 відеопроцесора через розділові конденсатори C102 і С103 надходять на вихідний суматор, який комутує сигнали кольоровості і яскравості з двох Відеотракт в один стереоканал. Суматор побудований на мікросхемах CD4052 (D25 і D26).          Цветоразностниє сигнали RY і BY подаються на вхідні ніжки мікросхеми D26, 14 і 11 відповідно. Комутація сигналів в суматорі здійснюється за допомогою імпульсів управління частотою 50 Гц, що надходять на керуючий вхід SEC (ніжки 10) з синхрогенератора, при цьому другий керуючий вхід залишено відкритим. 
              З виходу суматора (ніжки 3 і 13) сигнали RY і BY подаються на ніжки 3 кінцевих підсилювачів, зібраних на мікросхемах AD8041 (D16-D17). Підсилювачі охоплені 100-відсоткової негативним зворотним зв'язком (ООС). З виходів підсилювачів через розділювальні конденсатори С67, С68 і погоджують опору R44 і R45 сигнали RY і BY подаються на контакти 2 і 3 вихідного роз'єму X2. Резистори R43, R44, R45 є погоджують з вихідними ланцюгами, які за завданням на дипломний проект мають опір R = 75 Ом. Відповідно, і ці резистори мають опір 75 Ом. 
              Сигнал YH2 з виходу мікросхеми D14 подається через резистор R114 на входи мікросхеми D24, яка є кодером PAL (ніжки 33 і 35). Причому на 35-ю ніжку сигнал YH2 подається з затримкою на 100 нс, необхідної для схеми горизонтальній апертурной корекції HAP (располагающийся всередині мікросхеми D24). 
              Сигнал YH1 подається на вхід мікросхеми D24 (ніжка 40) також із затримкою на 100 нс, щоб не сталося неузгодженості в часі з сигналом YH2. 
             Сигнали YH1 і YH2, що пройшов через схему HAP, сумуються в кодере, де до них також замішується сигнал VAP, і в отриманий в результаті сигнал замішуються всі необхідні синхроімпульси. Підсумовування з сигналами кольоровості не відбувається через їх відсутність в кодере, тому на виході мікросхеми D24 (ніжка 22) виходить компонентний яркостний сигнал Y. Цей сигнал, як і цветоразностниє, надходить на суматор (мікросхема D25, ніжка 14), де підсумовується з сигналом яскравості другого відеотракту і потім подається на крайовий підсилювач (D15), де посилюється до амплітуди 1 В. З виходу кінцевого підсилювача (ніжка 6) через розділовий конденсатор С66 і узгоджувальний резистор R43 сигнал яскравості подається на контакт 1 вихідного роз'єму X2. 
               Сигнал придушення кольоровості CS заводиться на вхід мікросхеми D24, ніжка 15, але не використовується, оскільки цветоразностниє сигнали на мікросхему D24 не заводяться. 
               Розглянемо тепер ланцюга сигналів синхронізації, про які не згадувалося раніше. Спочатку будуть розглянуті сигнали тіммінг-генератора (мікросхема D10), а потім синхрогенератора (мікросхема D18). 
                Запросах генератор зібраний на кварцовому резонаторі ZQ1 і вхідних ланцюгах тіммінг-генератора. Частота генератора, що задає вибирається з розрахунку подвоєною стандартної і дорівнює 56,75 МГц. Сигнал цієї частоти подається на 64-у ніжку тіммінг-генератора. 
                З ніжки 22 імпульси скидання RG подаються через горизонтальні драйвери на ПЗЗ матриці. Туди ж подаються імпульси H1, H2, LH1, необхідні для роботи ПЗС матриці, з ніжок 26, 27 і 23 відповідно. 
З ніжок 31, 30, 32, 33, 34 і 35 на ПЗЗ матриці через електронний комутатор і вертикальні драйвери подаються імпульси XV1, XV2, XSG1, XV3, XSG2, XV4 відповідно. 
               Деякі управляючі імпульси, як, наприклад, BFG, XCK, CK і інші, можуть бути заведені на відповідні схеми, де вони використовуються, але самі ці схеми не задіяні в роботі телекамери. Це обумовлено можливістю модернізації телекамери надалі. 
Синхрогенератор зібраний на мікросхемі CXD1159Q. На його входи (ніжки 22 і 23) надходить частота задає генератора (з ніжки 63 мікросхеми D10), з якої формуються синхроімпульси частотою 50 Гц (SYNC), знімаються з ніжки 17. На вхід CLK1 (ніжка 6) надходить частота 28,375 МГц з тіммінг-генератора (ніжка 57), з якої формуються задають імпульси HD і VD, а також і деякі імпульси для схем формування вікна і кодера PAL.