Одной из важнейших обработок видеосигнала, осуществляемых в камерном канале, является коррекция апертурных искажений, вносимых передающими трубками. Апертурные искажения связаны с конечным размером апертуры (сечения) электронного луча и приводят к потере четкости ТВ изображения как по горизонтали, так и по вертикали. В приемных ТВ трубках апертурные искажения значительно меньше, чем в передающих, и ими обычно пренебрегают.

Простейшим способом апертурной коррекции (коррекции четкости изображения) являются подъем верхних частот спектра путем пропускания сигнала через фильтр верхних частот (ФВЧ) и суммирования полученного сигнала с исходным в определенном соотношении. Это соотношение определяет, насколько повышается относительный контраст мелких деталей результирующего изображения по сравнению с исходным контрастом, полученным на выходе преобразователя свет-сигнал. Для получения оптимального сигнала коррекции требуется ФВЧ, АЧХ которого в рабочем диапазоне частот аппроксимируется функцией

где f_max - частота максимального подъема АЧХ, обычно выбирается в пределах 5 ...10 МГц.

В некоторых случаях используют два параллельно включенных ФВЧ с параметрами f_max1≈3 МГц и f_max2≈7 МГц. При этом подъем АЧХ на частоте f_max1 обеспечивает заметное повышение крутизны фронта сигнала (коррекцию резкости) ценой значительного увеличения выбросов (оконтуривания) слева и справа от яркостной границы.

На практике применяют два варианта ФВЧ, из которых трансверсальный фильтр (рисунок 5.2 а), обеспечивая строгую линейность фазочастотной характеристики (ФВЧ), т.е. симметричность (слева и справа) подчеркивания яркостной границы, более критичен в настройке по сравнению с двухконтурным RLC-фильтром (рисунок 5.2 б), ФЧХ которого на частотах выше f_max значительно отличается от линейной. В обоих случаях необходимо компенсировать задержку ФВЧ путем пропускания основного (низкочастотного) сигнала через линию задержки. Как трансверсальный, так и двухконтурный ФВЧ реализует операцию вычисления второй производной сигнала в ограниченной полосе частот.

а) с трансверсальным фильтром; б) с двухконтурным RLC-фильтром.

Рисунок 5.2. Структурные схемы горизонтальных апертурных корректоров

Следует отметить, что иногда апертурные корректоры располагаются непосредственно в телекамерах. Это относится к отдельным конструкциям бытовых и прикладных телекамер. В этом случае используются простейшие двузвенные дифференцирующие RС-цепи, которые, к сожалению, вызывают резкое возрастание внеполосных шумов и помех.

Увеличение размаха составляющих видеосигнала на частоте f_max в 2...4 раза за счет апертурной коррекции вызывает возрастание уровня внутри-полосных высокочастотных составляющих шума и общее ухудшение отношения сигнал-шум видеосигнала на 8... 10 дБ. От этого недостатка свободен нелинейный апертурный корректор с шумоподавлением (рисунок 5.3). В нем сигнал основного канала пропускается через ФНЧ1 с плавно спадающей ФЧХ. При этом отношение сигнал-шум в основном канале улучшается на 3...4 дБ, а снижение в результате фильтрации уровня полезных высокочастотных составляющих компенсируется увеличением степени апертурной коррекции. Причем сигнал коррекции U_коp дополнительно обрабатывается ограничителями по минимуму, которые не пропускают сигналы размахом менее 2...5 %. Такая мера исключает возрастание шумов на участках изображения, соответствующих крупным деталям, где они наиболее заметны, но не снижает уровня шумов вблизи мелких деталей и на периодических структурах. Кроме того, из-за уменьшения размаха сигнала U_коp на выходе ограничителя падает четкость малоконтрастных деталей. Тем не менее общее улучшение качества изображения вследствие меньшей зашумленности участков изображения, соответствующих крупным деталям, настолько явное, что в современной ТВ аппаратуре применяются исключительно нелинейные апертурные корректоры.

1 – ФНЧ; 2 – линия задержки; 3,5 – запоминающие устройства;

4,7 – двухсторонние ограничители; 6 – ФВЧ.

Рисунок 5.3. Структурная схема нелинейного апертурного корректора с шумоподавлением

Наряду с коррекцией четкости по горизонтали необходимо корректировать ее и по вертикали. Имеется несколько различных возможностей для сочетания коррекции по вертикали и горизонтали.

Для двумерной (полной) коррекции четкости, т.е. в горизонтальном и вертикальном направлениях изображения, очень часто используется разностный метод апертурной коррекции с применением линий задержек (ЛЗ) на строку и на элемент разложения. Данный метод основан на устранении паразитной информации на переходах от черного к белому, проникающей в полезный сигнал передаваемого изображения. Для этого формируется сигнал коррекции, получаемый вычитанием из основного сигнала сигналов соседних элементов изображения. Сигналы для коррекции в горизонтальном и вертикальном направлениях можно представить в виде следующего выражения:

,

где U₁ и U₂ – сигналы, задержанные относительно исходного видеосигнала U на время, равное длительности двух и четырех элементов разложения. Из-за использования чересстрочного разложения апертурная коррекция осуществляется через строку по вертикали и через элемент по горизонтали. Для горизонтальной апертурной коррекции время задержки для U₁ равно 125 нc, а для U₂ – 250 нc. Для вертикальной апертурной коррекции оно соответственно равно 64 и 128 мкс. Полученный корректирующий сигнал U_коp суммируется с сигналом, задержанным на два элемента разложения относительно исходного для временного согласования. В результате коррекции длительность перехода от черного к белому уменьшается примерно в два раза. Степень коррекции можно менять, задавая уровень корректирующего сигнала. Для устранения появляющихся выбросов и уменьшения шумов используется схема двустороннего амплитудного ограничения по минимуму.

Функциональная схема разностного двумерного апертурного корректора приведена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4. Функциональная схема разностного двумерного апертурного корректора

Широкополосные линии задержки (ЛЗ) 1, 2 обеспечивают задержку исходного сигнала на строку, т.е. на 64 мкс. Такая задержка реализуется с помощью ультразвуковых ЛЗ с предварительной модуляцией и последующей демодуляцией видеосигнала. Инверторы 3, 5, 7, 10 используются для изменения полярности сигнала, ЛЗ 8, 9, обеспечивающие задержку сигнала на два элемента разложения в горизонтальном направлении, реализуются на пассивных RС-элементах. ЛЗ 12 обеспечивает согласование во времени сигналов вертикальной и горизонтальной коррекций. С помощью переменных резисторов R1 и R2 схема позволяет осуществить плавную независимую регулировку сигнала вертикальной U_кop.в и горизонтальной U_{коp г} коррекции. В состав схемы входят также суммирующие устройства 4, 6, 14 и усилители видеосигналов 11, 13 и двусторонний амплитудный ограничитель по минимуму 15.

При использовании в камерном канале цифровых методов обработки видеосигналов алгоритм работы апертурной коррекции остается прежним. В качестве элементов задержки используется многоотводная цифровая ЛЗ на основе регистров сдвига.

В некоторых конструкциях камерного канала сигнал коррекции U_коp вводится в цветоделенные видеосигналы E_R, E_G, Е_B дважды – до и после гамма-корректоров, что позволяет дополнительно улучшить компромисс между четкостью и зашумленностью темных участков изображения.