RU2631828C1 - Computer system of panoramic television observation - Google Patents
Computer system of panoramic television observation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631828C1 RU2631828C1 RU2016137714A RU2016137714A RU2631828C1 RU 2631828 C1 RU2631828 C1 RU 2631828C1 RU 2016137714 A RU2016137714 A RU 2016137714A RU 2016137714 A RU2016137714 A RU 2016137714A RU 2631828 C1 RU2631828 C1 RU 2631828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- photodetector
- output
- panoramic
- input
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 55
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи сенсора из двух «кольцевых» фотоприемников, в различных шаровых слоях окружающей сферической области. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The present invention relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a sensor from two "ring" photodetectors, in different spherical layers of the surrounding spherical region. Moreover, for each of these spherical layers, real-time television control of the situation is carried out in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник, второй фотоприемник, блок «кольцевой» развертки фотоприемника, первый сигнальный процессор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, а также второй панорамный объектив, третий панорамный объектив, второй сигнальный процессор, первый оптический затвор, второй оптический затвор, блок управления затворами и мультиплексор, причем управляющие входы первого и второго фотоприемников сенсорного блока подключены к выходам импульсных напряжений блока «кольцевой» развертки фотоприемника, выход первого фотоприемника - к первому информационному входу первого сигнального процессора, а выход второго фотоприемника - к первому информационному входу второго сигнального процессора, вход служебных импульсов которого объединен с входом служебных импульсов первого сигнального процессора и подключен к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, первый управляющий вход которого подключен к выходу управления первого сигнального процессора, а второй управляющий вход блока «кольцевой» развертки фотоприемника - к выходу управления второго сигнального процессора, выход кадровых синхроимпульсов блока «кольцевой» развертки фотоприемника подключен к управляющему входу блока управления затворами, первый выход которого подключен к управляющему входу первого оптического затвора, а второй выход - к управляющему входу второго оптического затвора, причем первый и второй фотоприемники сенсорного блока выполнены по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) в виде кругового кольца, а каждый из них содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область, являющуюся со стороны электродов «кольцевой» мишенью для первого фотоприемника и соответственно первой «кольцевой» мишенью для второго фотоприемника, а со стороны подложки кристалла - второй «кольцевой» мишенью для второго фотоприемника, а также выходной регистр сдвига, заканчивающийся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), при этом линейки светочувствительных и чередующиеся с ними линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца и расположенному там выходному регистру сдвига, который является «кольцевым» причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области, как первого, так и второго фотоприемника, равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, а на кристаллах обоих фотоприемников имеется разрез (сквозной шлиц), выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между БПЗН и первым элементом «кольцевого» регистра сдвига, при этом первый и второй фотоприемник при консольном соединении в шлиц под углом 90° образуют сенсорный блок телевизионной камеры, причем экспонирование первой и второй «кольцевых» мишеней второго фотоприемника осуществляется поочередно в течение интервала активной части кадра для каждой мишени, при этом первый оптический затвор расположен между вторым панорамным объективом и первой «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, а второй оптический затвор - между третьим панорамным объективом и второй «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, выход первого сигнального процессора подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход второго сигнального процессора - ко второму информационному входу мультиплексора, вход синхронизации которого - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, а выход мультиплексора - к информационному входу АЦП, при этом на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на три канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую (одну из трех) оперативную память сервера и преобразование первого, второго и третьего «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered the device of a computer system for panoramic television surveillance [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of a local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television camera includes a first panoramic lens, a sensor unit comprising a first photodetector, a second photodetector, a “ring” scan unit of the photodetector, a first signal a processor, an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is the output of a television camera, as well as a second panoramic lens, a third panoramic lens, a second signal processor, a first optical shutter, a second optical shutter, a shutter control unit and a multiplexer, the control inputs of the first and the second photodetectors of the sensor unit are connected to the pulse voltage outputs of the “ring” scan unit of the photodetector, the output of the first photodetector is connected to the first information input of the first signal processor, and the output of the second photodetector - to the first information input of the second signal processor, the service pulse input of which is combined with the service pulse input of the first signal processor and connected to the corresponding output of the “ring” scan unit of the photodetector, the first control input of which is connected to the control output of the first signal processor, and the second control input of the “ring” scan unit of the photodetector - to the control output of the second signal processor, the output of frame sync pulses of the “circular” scan unit of the photodetector is connected to the control input of the gate control unit, the first output of which is connected to the control input of the first optical shutter, and the second output is connected to the control input of the second optical shutter, the first and second photodetectors of the sensor unit are made using the technology of devices with charge bond (CCD) in the form of a circular ring, and each of them contains a photodetector region on the common silicon crystal, which is an “annular” target for the first the photodetector and, accordingly, the first “ring” target for the second photodetector, and on the side of the crystal substrate, the second “ring” target for the second photodetector, as well as the output shift register ending in the charge-voltage conversion unit (CPS), while the lines of photosensitive and alternating lines of light-shielded elements of the photodetector region are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring and the output shift register located there, which is is “circular” and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region of both the first and second photodetectors is equal to the number of elements in its “ring” shift register, and there is a cut (through slot) in the crystals of both photodetectors in the radial the direction from the imaginary center of the ring to its outer periphery, to the location between the FET and the first element of the "annular" shift register, while the first and second photodetector, when cantilever connected to the slot at an angle of 90 °, form a television sensor unit a camera, and the first and second "ring" targets of the second photodetector are exposed alternately during the interval of the active part of the frame for each target, with the first optical shutter located between the second panoramic lens and the first "ring" target of the second photodetector, and the second optical shutter between the third panoramic lens and the second “ring” target of the second photodetector, the output of the first signal processor is connected to the first information input of the multiplexer, the output is of the second signal processor - to the second information input of the multiplexer, the synchronization input of which - to the corresponding output of the “ring” scan unit of the photodetector, and the output of the multiplexer - to the information input of the ADC, while the video card is installed on the server motherboard, which performs demultiplexing of the digital television input signal to three channels with the subsequent recording of each of the “ring” video signals into the corresponding (one of three) server RAM and conversion of the first, second and the third "circular" frames into "rectangular" frames, and the number of "rectangular" frames corresponding to one current "circular" frame satisfies the ratio:
где
Для прототипа предполагается, что кристалл первого и второго «кольцевых» фотоприемников выполнен из кремния, БПЗН каждого фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.For the prototype, it is assumed that the crystal of the first and second "ring" photodetectors is made of silicon, the SPS of each photodetector is organized as a "floating diffusion region" [2], and therefore has a control input that provides an elementwise voltage drop of the generated video signal.
Недостаток прототипа - переменная величина разрешающей способности изображения, формируемого каждым из «кольцевых» фотоприемников в пределах кадра, которая изменяется в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии сенсора из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами (пикселами), имеющими одинаковый показатель по геометрической площади,The disadvantage of the prototype is a variable resolution of the image formed by each of the "ring" photodetectors within the frame, which changes in the direction of decreasing towards the outer periphery of the sensor due to the increasing gap between its photosensitive elements (pixels) that have the same geometric area
Задачей изобретения является выравнивание разрешающей способности изображения телевизионной камеры.The objective of the invention is to equalize the resolution of the image of the television camera.
Поставленная задача в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в устройство компьютерной системы прототипа [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник, второй фотоприемник, блок «кольцевой» развертки фотоприемника, первый сигнальный процессор, АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, а также второй панорамный объектив, третий панорамный объектив, второй сигнальный процессор, первый оптический затвор, второй оптический затвор, блок управления затворами и мультиплексор, причем управляющие входы первого и второго фотоприемников сенсорного блока подключены к выходам импульсных напряжений блока «кольцевой» развертки фотоприемника, выход первого фотоприемника - к первому информационному входу первого сигнального процессора, а выход второго фотоприемника - к первому информационному входу второго сигнального процессора, вход служебных импульсов которого объединен с входом служебных импульсов первого сигнального процессора и подключен к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, первый управляющий вход которого подключен к выходу управления первого сигнального процессора, а второй управляющий вход блока «кольцевой» развертки фотоприемника - к выходу управления второго сигнального процессора, выход кадровых синхроимпульсов блока «кольцевой» развертки фотоприемника подключен к управляющему входу блока управления затворами, первый выход которого подключен к управляющему входу первого оптического затвора, а второй выход - к управляющему входу второго оптического затвора, причем первый и второй фотоприемники сенсорного блока выполнены по технологии ПЗС в виде кругового кольца, а каждый из них содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область, являющуюся со стороны электродов «кольцевой» мишенью для первого фотоприемника и соответственно первой «кольцевой» мишенью для второго фотоприемника, а со стороны подложки кристалла - второй «кольцевой» мишенью для второго фотоприемника, а также выходной регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН, при этом линейки светочувствительных и чередующиеся с ними линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца и расположенному там выходному регистру сдвига, который является «кольцевым» причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области, как первого, так и второго фотоприемника, равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, а на кристаллах обоих фотоприемников имеется разрез, выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между БПЗН и первым элементом «кольцевого» регистра сдвига, при этом первый и второй фотопримник при консольном соединении в шлиц под углом 90° образуют сенсорный блок телевизионной камеры, причем экспонирование первой и второй «кольцевых» мишеней второго фотоприемника осуществляется поочередно в течение интервала активной части кадра для каждой мишени, при этом первый оптический затвор расположен между вторым панорамным объективом и первой «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, а второй оптический затвор - между третьим панорамным объективом и второй «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, выход первого сигнального процессора подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход второго сигнального процессора - ко второму информационному входу мультиплексора, вход синхронизации которого - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, а выход мультиплексора - к информационному входу АЦП, при этом на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на три канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и преобразование первого, второго и третьего «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен которого подключен к выходу импульсов сброса блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - к третьему управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА определяется соотношением:The problem in the inventive device of a computer system for panoramic television monitoring is solved by the fact that in the device of a computer system of the prototype [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while a television camera includes a first panoramic lens, a sensor unit comprising a first photodetector, a second photodetector, a “ring” scan unit of the photodetector, the first signal processor, the ADC, the output of which is the output of a television camera, as well as a second panoramic lens, a third panoramic lens, a second signal processor, a first optical shutter, a second optical shutter, a shutter control unit and a multiplexer, the control inputs of the first and second photodetectors of the sensor unit connected to the outputs of the pulse voltages of the “ring” scan unit of the photodetector, the output of the first photodetector is connected to the first information input of the first signal processor, and the output the second photodetector - to the first information input of the second signal processor, the service pulse input of which is combined with the service pulse input of the first signal processor and connected to the corresponding output of the “ring” scan unit of the photodetector, the first control input of which is connected to the control output of the first signal processor, and the second control the input of the “ring” scan unit of the photodetector - to the control output of the second signal processor, the output of the clock sync pulses of the “ring” block howling ”of the photodetector scan is connected to the control input of the shutter control unit, the first output of which is connected to the control input of the first optical shutter, and the second output is connected to the control input of the second optical shutter, the first and second photodetectors of the sensor unit are made according to CCD technology in the form of a circular ring, and each of them contains a photodetector region on a common silicon crystal, which is an “annular” target for the first photodetector and, accordingly, the first “annular” m as a target for the second photodetector, and from the side of the crystal substrate, a second “ring” target for the second photodetector, as well as an output shift register ending with OVL, while the lines of photosensitive and alternating lines of light-shielded photodetector elements are located along radial directions from the imaginary the center of the circular ring and the output shift register located there, which is “circular” and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region, as n the first and second photodetectors is equal to the number of elements in its “annular” shift register, and on the crystals of both photodetectors there is a cut made in the radial direction from the imaginary center of the ring to its outer periphery, to the location between the FET and the first element of the “ring” register shear, while the first and second photodetector, when cantileverly connected to the slot at an angle of 90 °, form the sensor unit of the television camera, and the first and second "ring" targets of the second photodetector are exposed alternately during the interval of the active part of the frame for each target, with the first optical shutter located between the second panoramic lens and the first “ring” target of the second photodetector, and the second optical shutter between the third panoramic lens and the second “ring” target of the second photodetector, the output of the first the signal processor is connected to the first information input of the multiplexer, the output of the second signal processor is connected to the second information input of the multiplexer, the synchronization input of which is to the corresponding output of the “ring” scan unit of the photodetector, and the multiplexer output is to the ADC information input, and a video card is installed on the server motherboard, which performs demultiplexing of the input digital television signal into three channels with the subsequent recording of each of the “ring” video signals into the corresponding RAM server and the conversion of the first, second and third "ring" frames into "rectangular" frames, and the number of "rectangular" frames corresponding to one current " ring ”frame, satisfies relation (1), an aperture forming unit (BFA) is introduced, the information input of which is connected to the output of the reset pulses of the“ ring ”scan unit, the synchronizing input of the BFA - to the corresponding output of the“ ring ”scan unit, and the BFA output - to the third control input of the “circular” sweep block, while the period of control pulses T r generated at the output of the BPA is determined by the ratio:
где Тр - период считывания элемента в первом и втором «кольцевых» фотоприемниках;where T p - the reading period of the element in the first and second "ring"photodetectors;
nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в каждом из «кольцевых» фотоприемников, равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in each of the "ring" photodetectors is equal to the ratio:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the "ring"photodetector;
Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике,Δ m is the area of the photosensitive element for the current read line in the "ring" photodetector,
при этом площадь светочувствительных элементов и соответственно площадь экранированных элементов на «кольцевых» мишенях первого и второго фотоприемников от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела их «кольцевого» регистра сдвига.the area of the photosensitive elements and, accordingly, the area of the shielded elements on the “ring” targets of the first and second photodetectors from line to line is different, increasing as they move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the pixel area of their “ring” shift register.
В заявляемом решении, как и в прототипе [1], оба фотоприемник сенсорного блока, реализуют «кольцевой» растр телевизионного изображения по методу «кольцевой строчный перенос».In the claimed solution, as in the prototype [1], both the photodetector of the sensor unit implement a “ring” raster of a television image using the “ring horizontal transfer” method.
Важно подчеркнуть, что для этих фотоприемников могут быть применены те же управляющие сигналы, которые используются для организации «прямоугольной» развертки в матрицах ПЗС строчного переноса.It is important to emphasize that for these photodetectors the same control signals can be applied that are used to organize a “rectangular” scan in horizontal transfer CCD matrices.
Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства компьютерной системы не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features of the claimed device of a computer system is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Телевизионная камера заявляемого устройства компьютерной системы панорамного наблюдения, как и в прототипе [1], формирует на выходе мультиплексный цифровой телевизионный сигнал «кольцевого» изображения.The television camera of the claimed device of a computer system for panoramic observation, as in the prototype [1], generates at the output a multiplex digital television signal of the "ring" image.
Первая составляющая мультиплексного сигнала состоит из двух последовательных телевизионных кадров, сформированных в традиционном режиме непрерывного экспонирования мишени первого фотоприемника со стороны электродов. Вторая же составляющая мультиплексного сигнала включает в себя два телевизионных кадра, полученных в результате поочередного экспонирования первой мишени второго фотоприемника (со стороны электродов) и второй его мишени (со стороны подложки кристалла).The first component of the multiplex signal consists of two consecutive television frames formed in the traditional mode of continuous exposure of the target of the first photodetector from the side of the electrodes. The second component of the multiplex signal includes two television frames obtained by alternately exposing the first target of the second photodetector (from the side of the electrodes) and its second target (from the side of the crystal substrate).
Заметим, что при реализации на единственном фотоприемнике двух мишеней ПЗС, имеющих организацию «кольцевой строчный перенос, для защищенных от света элементов (пикселов) должна быть предусмотрена технологическая изоляция их на кристалле по двум направлениям, т.е., как со стороны электродов, так и со стороны подложки.It should be noted that when two CCD targets are implemented on a single photodetector having the organization of “ring horizontal transfer, for elements protected from light (pixels), technological isolation of them on the crystal in two directions should be provided, i.e., both from the side of the electrodes, and from the side of the substrate.
Выполнение поставленной задачи (выравнивания разрешающей способности изображения) осуществляется путем реализации в обоих «кольцевых» фотоприемниках различных по площади светочувствительных элементов и управления зарядовым считыванием в видеосигнале сенсора с одинаковой величиной площади апертуры.The task (alignment of image resolution) is accomplished by implementing photosensitive elements of different sizes in both "ring" photodetectors and controlling charge reading in the sensor video signal with the same aperture area.
Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
Проведем анализ чувствительности сенсорного блока телевизионной камеры. Световая или энергетическая чувствительность фотоприемника определяется минимально допустимой, т.е. пороговой освещенностью на объекте, при которой обеспечивается заданное качество изображения.Let us analyze the sensitivity of the sensor unit of the television camera. The light or energy sensitivity of the photodetector is determined by the minimum acceptable, i.e. threshold illumination at the object, at which the specified image quality is ensured.
Воспользуемся известным выражением для пороговой освещенности сцены в реальной ситуации обнаружение и опознавания фотоприемником малоконтрастных объектов [3, с. 94], которое в нашем случае выглядит так:We use the well-known expression for the threshold illumination of a scene in a real situation, the detection and recognition by a photodetector of low-contrast objects [3, p. 94], which in our case looks like this:
где N=2 1012 - потенциально доступное ПЗС количество фотонов на площади в 1 см2 за время в 1 с при равномерном спектре и освещенности в видимом диапазоне в 1 лк;where N = 2 10 12 is the potentially available CCD number of photons in an area of 1 cm 2 for a time of 1 s with a uniform spectrum and illumination in the visible range of 1 lux;
kо - коэффициент отражения объекта;k about - reflection coefficient of the object;
kф - коэффициент отражения фона;k f - reflection coefficient of the background;
Δ2 - площадь пиксела;Δ 2 is the area of the pixel;
Тн - время накопления;T n - accumulation time;
η - квантовый выход;η is the quantum yield;
Ψпор - пороговое отношение сигнал/шум;Ψ pore - threshold signal-to-noise ratio;
D - диаметр входного зрачка объектива;D is the diameter of the entrance pupil of the lens;
ƒ - фокусное расстояние объектива;ƒ is the focal length of the lens;
τ1 - коэффициент пропускания объектива;τ 1 - transmittance of the lens;
τ2 - коэффициент пропускания электронного затвора, который необходимо учитывать применительно к заявляемому устройству.τ 2 - transmittance of the electronic shutter, which must be taken into account in relation to the claimed device.
Для мишени первого фотоприемника сенсорного блока и первой мишени второго фотоприемника (со стороны электродов) имеем одинаковые показатели параметров N, kо, kф, Тн, Ψпор, D, ƒ, τ1, Δ2. Однако, по сравнению с мишенью первого фотоприемника, для первой мишени второго фотоприемника имеют место незначительные потери в чувствительности за счет коэффициента пропускания первого оптического затвора (τ2), который априори меньше единицы.For the target of the first photodetector of the sensor unit and the first target of the second photodetector (from the side of the electrodes), we have the same parameters N, k о , k f , T n , Ψ pore , D, ƒ, τ 1 , Δ 2 . However, in comparison with the target of the first photodetector, for the first target of the second photodetector, there are insignificant losses in sensitivity due to the transmittance of the first optical shutter (τ 2 ), which is a priori less than unity.
Зато для второй мишени второго фотоприемника (со стороны подложки), появляется существенный выигрыш в параметре квантового выхода (η) по причине удаления на пути фотонов металлических электродов. А это в совокупности заведомо компенсирует потери чувствительности за счет показателя τ2.But for the second target of the second photodetector (from the side of the substrate), a significant gain appears in the parameter of the quantum yield (η) due to the removal of metal electrodes in the path of the photons. And this in aggregate deliberately compensates for the loss of sensitivity due to the parameter τ 2 .
С другой стороны, для первого фотоприемника можно тоже организовать вторую (дополнительную) мишень со стороны подожки, обеспечив увеличение площади пространственной сферической области, контролируемой телевизионной камерой в реальном времени.On the other hand, for the first photodetector, you can also organize the second (additional) target from the side of the arm, providing an increase in the area of the spatial spherical region controlled by the television camera in real time.
Для практической реализации этого технического эффекта необходимо ввести в состав телевизионной камеры третий оптический затвор, расположенный между первым панорамным объективом и первой «кольцевой» мишенью первого фотоприемника, а также четвертый оптический затвор и четвертый панорамный объектив, которые оптически связаны со второй «кольцевой» мишенью первого фотоприемника. Управляющий вход третьего оптического затвора должен быть подключен к первому выходу блока управления затворами, а управляющий вход четвертого оптического затвора - ко второму выходу блока управления затворами. Тогда экспонирование первой и второй «кольцевых» мишеней первого фотоприемника будет тоже выполняться поочередно в течение интервала активной части кадра для каждой мишени.For the practical implementation of this technical effect, it is necessary to introduce a third optical shutter, located between the first panoramic lens and the first “ring” target of the first photodetector, as well as the fourth optical shutter and fourth panoramic lens, which are optically coupled to the second “ring” target of the first photodetector. The control input of the third optical shutter must be connected to the first output of the shutter control unit, and the control input of the fourth optical shutter must be connected to the second output of the shutter control unit. Then the exposure of the first and second "ring" targets of the first photodetector will also be performed alternately during the interval of the active part of the frame for each target.
Очевидно, что в этом случае в телевизионной камере должно быть осуществлено четырехканальное мультиплексирование цифрового видеосигнала, а в сервере - четырехканальное демультиплексирование входного телевизионного сигнала.Obviously, in this case, four-channel multiplexing of the digital video signal should be implemented in the television camera, and four-channel demultiplexing of the input television signal in the server.
Следует отметить, что при использовании заявляемого устройства компьютерной системы панорамного наблюдения в охранных целях, где вполне приемлемо черно-белое изображение сцены, разумно кристалл каждого фотоприемника сенсорного блока 1-2 телевизионной камеры выполнить не основе кремния, а на основе полупроводника из арсенида галлия. Тогда физически реально достигнуть без охлаждения красной границы спектральной характеристики 1,7 мкм и даже 2,2 мкм. [3, с. 113], а в результате получить выигрыш в чувствительности по обоим каналам.It should be noted that when using the inventive device of a computer system for panoramic observation for security purposes, where a black and white image of the scene is quite acceptable, it is reasonable to make the crystal of each photodetector of the sensor unit 1-2 of the television camera not based on silicon, but based on a gallium arsenide semiconductor. Then it is physically feasible to achieve 1.7 microns and even 2.2 microns without cooling the red border of the spectral characteristic. [3, p. 113], and as a result gain gain in sensitivity through both channels.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 2 приведена схема организации первого и второго фотоприемников; на фиг. 2 - фрагмент этих фотоприемников, иллюстрирующий подробности их технологической организации; на фиг. 4, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 5 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой «кольцевого» сенсора; на фиг. 6, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 7 - структурная схема заявляемого устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, обеспечивающая дополнительный технический эффект; на фиг. 8а - фрагмент мишени второго фотоприемника, иллюстрирующий режим экспонирования со стороны электродов кристалла; на фиг. 8б - фрагмент мишени второго фотоприемника в режиме экспонирования со стороны подложки кристалла; на фиг. 9-10 представлены соответственно конструкция электрохромной ячейки и ее светорегулирующая характеристика при использовании этой ячейки в качестве первого и второго оптических затворов; на фиг. 11а и 11б изображены эпюры напряжений, обеспечивающих управление первым и вторым оптическими затворами, которые выполнены по технологии электрохромной ячейки.In FIG. 1 shows a structural diagram of the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance; in FIG. 2 shows a diagram of the organization of the first and second photodetectors; in FIG. 2 is a fragment of these photodetectors illustrating the details of their technological organization; in FIG. 4, according to [2, p. 19], a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region" is presented; in FIG. 5 shows a plot of the output signal of the BFA that controls the aperture of the “ring” sensor; in FIG. 6, according to [4], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 7 is a structural diagram of the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance, providing an additional technical effect; in FIG. 8a is a fragment of the target of the second photodetector, illustrating the exposure mode from the side of the crystal electrodes; in FIG. 8b is a fragment of the target of the second photodetector in the exposure mode from the side of the crystal substrate; in FIG. 9-10 show, respectively, the design of the electrochromic cell and its light control characteristic when using this cell as the first and second optical shutters; in FIG. 11a and 11b depict voltage plots for controlling the first and second optical shutters, which are made using electrochromic cell technology.
Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1 и фиг. 2, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, при этом в состав телевизионной камеры 1 входит первый панорамный объектив 1-1, сенсорный блок 1-2, содержащий первый и второй фотоприемник, блок 1-3 «кольцевой» развертки фотоприемника, первый сигнальный процессор 1-4, АЦП 1-5, выход которого является выходом телевизионной камеры, а также второй панорамный объектив 1-6, третий панорамный объектив 1-7, второй сигнальный процессор 1-8, первый оптический затвор 1-9, второй оптический затвор 1-10, блок управления затворами 1-11, мультиплексор 1-12 и блок формирования апертуры (БФА) 1-13, причем управляющие входы первого и второго фотоприемника сенсорного блока 1-2 подключены к выходам импульсных напряжений блока 1-3, выход первого фотоприемника - к первому информационному входу сигнального процессора 1-4, а выход второго фотоприемника - к первому информационному входу сигнального процессора 1-8, вход служебных импульсов которого объединен с входом служебных импульсов сигнального процессора 1-4 и подключен к соответствующему выходу блока 1-3, выход импульсов сброса которого подключен к информационному входу БФА 1-13, синхронизирующий вход которого подключен к соответствующему входу блока 1-3, а выход БФА 1-13 - к третьему управляющему входу блока 1-3, выход кадровых синхроимпульсов которого подключен к управляющему входу блока 1-11 управления затворами, первый выход которого подключен к управляющему входу оптического затвора 1-9, а второй выход блока 1-11 - к управляющему входу оптического затвора 1-10, причем первый и второй фотоприемник сенсорного блока 1-2 1 выполнены по технологии ПЗС в виде кругового кольца, а каждый из них содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область 1-2-1, являющуюся со стороны электродов «кольцевой» мишенью для первого фотоприемника и соответственно первой «кольцевой» мишенью для второго фотоприемника, а со стороны подложки кристалла - второй «кольцевой» мишенью для второго фотоприемника, а также «кольцевой» регистр сдвига 1-2-2, заканчивающийся БПЗН 1-2-3, при этом на кристалле, как первого, так и второго фотоприемника выполнен радиальный разрез (сквозной шлиц), необходимый для конструктивного объединения по методу консольного соединения в шлиц под углом 90° в составе сенсорного блока 1-2 (на фиг. 2 этому разрезу присвоена позиция 1-2-4); первый оптический затвор 1-9 расположен между вторым панорамным объективом 1-6 и первой «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, а второй оптический затвор 1-10 - между третьим панорамным объективом 1-7 и второй «кольцевой» мишенью второго фотоприемника; выход первого сигнального процессора 1-4 подключен к первому информационному входу мультиплексора 1-12, выход второго сигнального процессора 1-8 - ко второму информационному входу мультиплексора 1-12, вход синхронизации которого - к соответствующему выходу блока 1-3, а выход мультиплексора 1-12 - к информационному входу АЦП 1-5, при этом на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на три канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую (одну из трех) оперативную память сервера и преобразование первого, второго и третьего «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).The device of a computer system for panoramic television surveillance, see FIG. 1 and FIG. 2, comprises a
Для реализации в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения дополнительного технического эффекта в части увеличения пространственной сферической области, контролируемой телевизионной камерой, в состав последней должны быть введены третий оптический затвор 1-14, четвертый оптический затвор 1-15 и четвертый панорамный объектив 1-16, как показано на фиг. 7. На этом чертеже дополнительно вводимые блоки (по отношению к схеме на фиг. 1) помечены штриховкой от центра.In order to realize an additional technical effect in the inventive device of a computer system for panoramic television monitoring in terms of increasing the spatial spherical region controlled by a television camera, the third optical shutter 1-14, the fourth optical shutter 1-15 and the fourth panoramic lens 1-16 must be included in the latter as shown in FIG. 7. In this drawing, additionally inserted blocks (with respect to the circuit in Fig. 1) are marked with hatching from the center.
Первый панорамный объектив 1-1, второй панорамный объектив 1-6 и третий панорамный объектив 1-7 телевизионной камеры предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора для трех различных шаровых слоев контролируемого пространства, например для телевизионного оператора, это может быть соответствующее пространство спереди, справа и слева от него.The first panoramic lens 1-1, the second panoramic lens 1-6 and the third panoramic lens 1-7 of the television camera are used to form optical images of circular view for three different spherical layers of the controlled space, for example, for a television operator, this may be the corresponding space in front, on the right and to his left.
Очевидно, что дополнительно вводимый четвертый панорамный объектив 1-16 будет тогда контролировать пространство сзади.Obviously, the optionally introduced fourth panoramic lens 1-16 will then control the back space.
В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1, 1-6 и 1-7, совпадающих с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [4].As a technical solution for panoramic lenses 1-1, 1-6 and 1-7, which coincide with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by Russian specialists from Moscow State University of Geodesy and Cartography [ four].
Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 6. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 6. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.
Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector in favor of a circular ring.
Для «кольцевых» фотоприемников заявляемого устройства, как и для фотоприемника прототипа, электроды переноса на «кольцевых мишенях и в «кольцевых» регистрах сдвига могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца. Несомненно, что это предоставит и определенные преимущества при изготовлении «кольцевого» фотоприемника по технологии ПЗС.For the "ring" photodetectors of the claimed device, as well as for the photodetector of the prototype, the transfer electrodes on the "ring targets and in the" ring "shift registers can be made with a geometric shape not in the form of a rectangle, but as a part of a circular ring. Undoubtedly, this will provide certain advantages in the manufacture of the “ring” photodetector using CCD technology.
Первый оптический затвор 1-9 и второй оптический затвор 1-10 предназначены для поочередного импульсного экспонирования первой и второй «кольцевых» мишеней второго фотоприемника сенсорного блока 1-2.The first optical shutter 1-9 and the second optical shutter 1-10 are designed for alternately pulse exposure of the first and second "ring" targets of the second photodetector of the sensor unit 1-2.
Оптические затворы 1-9 и 1-10 могут быть реализованы в виде светорегулирующих ячеек, которые обеспечивают управляемое скачкообразное изменение облученности мишеней второго фотоприемника и могут быть выполнены по технологии электрохромной ячейки [5].
Такая ячейка (см. фиг. 9) представляет собой два плоскопараллельных стекла толщиной 2,5 мм, соединенные между собой в кювету так, что между внутренними поверхностями стекол образован зазор порядка 0,1-0,2 мм, заполненный электрохромным материалом ЭХМ-11. Внутренние поверхности стекол покрыты токопроводящим покрытием и образуют электроды, выводы которых расположены снаружи ячейки.Such a cell (see Fig. 9) consists of two plane-parallel glasses 2.5 mm thick, interconnected in a cuvette so that between the inner surfaces of the glasses a gap of the order of 0.1-0.2 mm is formed, filled with electrochromic material EHM-11 . The inner surfaces of the glasses are coated with a conductive coating and form electrodes, the terminals of which are located outside the cell.
Световая характеристика ячейки (см. фиг. 10) определяется свойствами электрохромной жидкости. Изменение коэффициента пропускания от τmax (70%) до τmin (1÷1,5%) составляет для большинства разработанных в советское время ячеек величину τmax/τmin=70÷150 при подаче на выводы постоянного напряжения U, величина которого составляет около 1,2 В.The light characteristic of the cell (see Fig. 10) is determined by the properties of the electrochromic liquid. The change in the transmittance from τ max (70%) to τ min (1 ÷ 1.5%) for most cells developed during the Soviet era is τ max / τ min = 70 ÷ 150 when a constant voltage U is applied to the terminals, the value of which is about 1.2 V.
Необходимо улучшить параметры ячеек, а именно: уменьшить τmin и, что важнее в первую очередь, - увеличить τmax.It is necessary to improve the parameters of the cells, namely: reduce τ min and, more importantly, first of all, increase τ max .
Важно отметить, что физическое быстродействие изменения коэффициента пропускания такой ячейки позволяет обеспечить управление параметром с частотой 50 Гц.It is important to note that the physical speed of the change in the transmittance of such a cell makes it possible to control the parameter with a frequency of 50 Hz.
Для заявляемого устройства панорамные объективы 1-1, 1-6, 1-7 и 1-16 должны иметь одинаковые технические параметры. Эта особенность распространяется и на оптические затворы 1-9, 1-10, 1-14 и 1-15.For the inventive device, panoramic lenses 1-1, 1-6, 1-7 and 1-16 must have the same technical parameters. This feature extends to optical shutters 1-9, 1-10, 1-14 and 1-15.
Поэтому целесообразно оптический затвор интегрировать в состав панорамного объектива, т.е. выполнить их в составе одного оптического прибора.Therefore, it is advisable to integrate the optical shutter into the panoramic lens, i.e. perform them as part of a single optical device.
Блок 1-11 управления затворами задает необходимую импульсную коммутацию ячеек с периодом кадров Tк.. Эпюры выходных сигналов представлены на фиг. 8а и 8б соответственно. Целесообразно блок 1-11 управления затворами интегрировать в состав блока 1-3.Block 1-11 gate driver sets the desired pulse switching cells with a period T to the frame.. The output waveforms are shown in FIG. 8a and 8b, respectively. It is advisable to integrate the gate control unit 1-11 into the composition of the unit 1-3.
Первый 1-4 и второй 1-8 сигнальные процессоры ничем не отличаются от соответствующих сигнальных процессоров прототипа [1]. Очевидно, что блоки 1-4 и 1-8 целесообразно выполнить в виде двухканального процессора.The first 1-4 and second 1-8 signal processors are no different from the corresponding signal processors of the prototype [1]. It is obvious that blocks 1-4 and 1-8 are expediently implemented as a two-channel processor.
Мультиплексор 1-12 предназначен для объединения двух входных сигналов на единственную магистраль с помощью разделения их по времени. Электрическая схема мультиплексора 1-12 может быть выполнена согласно техническому решению, которое опубликовано в работе [6, с. 295-296].Multiplexer 1-12 is designed to combine two input signals onto a single trunk by dividing them by time. The electrical circuit of the multiplexer 1-12 can be performed according to the technical solution, which was published in [6, p. 295-296].
На фиг. 4 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала. На этом чертеже приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2, Uф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-3; Uвыхз - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.In FIG. Figure 4 shows a possible block diagram of the CCD “ring” photodetector with the organization “floating diffusion region”, which completely coincides with the scheme currently used in CCD arrays for the implementation of rectangular scanning of a video signal. In this drawing, the following notation: U f1 , U f2 , U f3 - voltage on the tires for three-phase control of the "ring" shift register 1-2-3; U out - voltage at the output gate; D o , D sbr - output and reset diodes, respectively.
Перед считыванием информационного заряда очередного элемента (пиксела) в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Дсбр.Before reading the next information charge element (pixel) in the process of converting into voltage charge video information of the previous element must be cleared in an erasing diode D RRF.
Эта процедура осуществляется при помощи управляющих импульсов Tr, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-2-3.This procedure is carried out with the help of control pulses T r , often referred to in the literature as reset pulses, which are supplied to the corresponding control bus BPS 1-2-3.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-13 предназначен для управления считывающей апертурой в сенсорном блоке 1-2 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-2-3 обоих «кольцевых» фотоприемников. В результате для всех строк этих фотоприемников обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсоров.The aperture forming unit (BFA) 1-13 is designed to control the reading aperture in the sensor unit 1-2 when the voltage of the video signal is element-by-element in BPZN 1-2-3 of both “ring” photodetectors. As a result, for all the lines of these photodetectors, the area of the reading aperture is the same across the field with the area of the electrodes of the photosensitive elements of the sensors different from row to row.
Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-13, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1-2 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тс1, а последняя строка - как Tcn.The plot of the output signal T r generated at the output of BFA 1-13 is shown in FIG. 5. It is assumed that the photodetector 1-2 contains n "ring" lines. In this diagram, the first row is designated as T c1 , and the last row is indicated as T cn .
Управляющие импульсы имеют положительную полярность, малую (короткую) длительность и различный период следования в пределах каждой из «кольцевых» строк.The control pulses have a positive polarity, short (short) duration and a different repetition period within each of the "ring" lines.
Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен Tr1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - Tr n. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Тр, а период считывания Tr n. - самым большим, который равен nTr. Коэффициент n в последнем выражении определяется соотношением:The period of control pulses for the first “ring” line is denoted by T r1 , and the period of control pulses for the last “ring” line is denoted by T rn . The period T r1 is the smallest and is equal to the reading period of the element T p , and the reading period T r n. - the largest, which is equal to nT r . The coefficient n in the last expression is determined by the ratio:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the "ring"photodetector;
Δn - площадь светочувствительного элемента для последней строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.Δ n is the area of the photosensitive element for the last read line in the "ring" photodetector.
В физическом плане управление площадью апертуры осуществляется за счет суммирования зарядовых пакетов в соседних элементах каждой текущей «кольцевой» строки сенсора до выполнения процедуры преобразования «заряд - напряжение».In physical terms, the aperture area is controlled by summing the charge packets in the neighboring elements of each current “ring” line of the sensor before performing the charge-voltage conversion procedure.
Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.Therefore, this charge addition cannot be an additional source of noise for the video signal at the output of the television camera.
БФА 1-13 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-13 может быть выполнен в составе блока 1-3 «кольцевой» развертки телевизионной камеры.BFA 1-13 in practice can be implemented using the classic set of hardware (logic elements) of digital electronics. It is obvious that the BFA 1-13 can be performed as part of the block 1-3 "ring" scan television camera.
Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом.The device of a computer system for panoramic television surveillance (see Fig. 1) works as follows.
Предположим, что телевизионная камера 1 должна располагаться на некоторой высоте относительно Земли. Пусть для этого конструкторское решение сенсорного блока 1-2 в составе телевизионной камеры 1 реализовано так, что ось визирования первого панорамного объектива 1-1, а, следовательно, и оптическая ось «кольцевой мишени первого фотоприемника направлена по горизонтали вперед. Тогда, по отношению к этому направлению, ось визирования второго панорамного объектива 1-6 будет ориентирована влево по горизонтали, а ось визирования третьего панорамного объектива 1-7 - по горизонтали вправо. Это означает, что точно так же будут ориентированы и оптические оси первой и второй «кольцевых» мишеней второго фотоприемника.Suppose that the
Экспонирование «кольцевой» мишени первого фотоприемника производится непрерывно. Поэтому на выходе первого сигнального процессора 1-4 формируется аналоговый видеосигнал «кольцевого» кадра, который ничем не отличается от видеосигнала прототипа [1].Exposure of the “ring” target of the first photodetector is continuous. Therefore, at the output of the first signal processor 1-4, an analog video signal of the “ring” frame is formed, which is no different from the video signal of the prototype [1].
Экспонирование же «кольцевых» мишеней второго фотоприемника осуществляется в импульсном режиме при помощи оптических затворов 1-9 и 1-10. Эти оптические затворы обеспечивают поочередное кадровое накопление информационных зарядов на первой и второй «кольцевых» мишенях второго фотоприемника. Т.е., в интервале кадра, когда пропорционально освещенности панорамного сюжета идет процесс сбора зарядовых пакетов на первой его мишени, на второй его мишени он отсутствует, и наоборот (см. соответственно фиг. 8а и 8б).Exposure of the "ring" targets of the second photodetector is carried out in a pulsed mode using optical shutters 1-9 and 1-10. These optical shutters provide sequential personnel accumulation of information charges on the first and second "ring" targets of the second photodetector. That is, in the frame interval, when the process of collecting charge packets on its first target is proportional to the illumination of the panoramic plot, it is absent on its second target, and vice versa (see, respectively, Figs. 8a and 8b).
В таком же режиме кадровой поочередности второй фотоприемник сенсорного блока 1-2 реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени 1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов каждой строки в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2 и с формированием на выходе БПЗН 1-2-3 напряжения мультиплексного видеосигнала. Это означает, что на выходе второго сигнального процессора 1-8 будет вырабатываться аналоговый видеосигнал чередующихся «кольцевых» кадров.In the same frame-by-frame mode, the second photodetector of the sensor block 1-2 implements a “ring” scan of the charge image on the target 1-2-1 with subsequent element-by-element reading of the charge packets of each row in the “ring” shift register 1-2-2 and with the formation of output BPZN 1-2-3 voltage multiplex video signal. This means that at the output of the second signal processor 1-8, an analog video signal of alternating “ring” frames will be generated.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-13 управляет работой обоих «кольцевых» фотоприемников по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-3 (см. фиг. 4). В результате этого управления для всех строк каждого из фотоприемников обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры, что гарантирует одинаковую чувствительность сенсора по пространству мишени.The aperture forming unit (BFA) 1-13 controls the operation of both “ring” photodetectors at the “Reset pulses” input for the BPZN 1-2-3 (see Fig. 4). As a result of this control, the reading aperture area is the same across the field for all lines of each of the photodetectors, which guarantees the same sensor sensitivity over the target space.
Напряжение аналогового видеосигнала «кольцевого» фотоприемника формируется на выходе БПЗН 1-2-3 (см. клемму «Точка съема видеосигнала», показанную на фиг. 4). Очевидно, что таким образом для него обеспечено выравнивание разрешающей способности по всей мишени «кольцевого» изображения, реализуя практически одинаковую четкость изображения в пределах всего «кольцевого» кадра.The voltage of the analog video signal of the "ring" photodetector is formed at the output of the BPZN 1-2-3 (see the terminal "Video signal pick-up point" shown in Fig. 4). Obviously, this way the resolution is equalized over the entire target of the "ring" image, realizing almost the same image sharpness within the entire "ring" frame.
Далее выходные видеосигналы обоих процессоров при помощи мультиплексора 1-12 объединяются на одну линию, чередуясь с периодом 2Тк. Именно с таким периодом действует сигнал синхронизации для мультиплексора 1-12.Next, the output video signals of both processors using a multiplexer 1-12 are combined on one line, alternating with a period of 2T to . It is with this period that the synchronization signal for multiplexer 1-12 acts.
Затем в АЦП 1-5 аналоговый мультиплексный видеосигнал преобразуется в мультиплексный цифровой телевизионный сигнал (мультиплексный ЦТС) «кольцевого» кадра и поступает на выход телевизионной камеры.Then, in the 1-5 analog-to-digital converter, the analog multiplex video signal is converted into a multiplex digital television signal (multiplex DTC) of the “ring” frame and is output to the television camera.
Затем этот ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где (на плате видео) выполняется его демультиплексирование на три канала с последующей записью видеоинформации каждого канала соответственно в первый, второй и третий блоки оперативной памяти на кадр.Then this DTS is transmitted via an interface (for example, USB 2.0) to server 2, where (on the video board) it is demultiplexed into three channels, followed by recording video information of each channel in the first, second, and third blocks of RAM per frame.
Предположим, что, как и в прототипе, горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого оператору изображения составляет 60°. Тогда должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки, как первого, так второго и третьего «кольцевых» кадров, записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.Suppose that, as in the prototype, the horizontal field of view angle (γ g ) of the image presented to the operator is 60 °. Then it should be provided that one sixth of each “ring” line, of both the first, second and third “ring” frames, is recorded in server 2, respectively, in one of the six arrays of RAM per frame.
Затем в сервере 2 при помощи первого, второго и третьего БПКП, реализующих возложенные на них функции программным путем, параллельно осуществляется операция поэлементного считывания видеоинформации, т.е. вывода из памяти сигналов изображения, а в результате - конвертирование каждого «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть».Then, in server 2, with the help of the first, second, and third BPKPs that implement the functions assigned to them programmatically, the operation of step-by-step reading of video information is performed, i.e. outputting image signals from the memory, and as a result, converting each “ring” frame into ordinary “rectangular” frames and the possibility of providing this information at the output of the “network”.
Отметим, что операция считывания «прямоугольных» кадров включает и коррекцию геометрических искажений соответствующего участка панорамного изображения точно так же, как это имеет место в прототипе.Note that the operation of reading “rectangular” frames includes the correction of geometric distortions of the corresponding section of the panoramic image in the same way as in the prototype.
В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в n «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности операторам локальной вычислительной сети. В нашем примере эта последовательность содержит 6 различных изображений, в которых обеспечено выравнивание разрешающей способности, а, следовательно, и повышенная четкость изображения по полю, как для первого, так для второго и третьего «кольцевых» кадров.As a result, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into n "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence to the operators of the local computer network. In our example, this sequence contains 6 different images, in which equalization of resolution is ensured, and, consequently, increased image clarity across the field for both the first and second and third “ring” frames.
При реализации же в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения дополнительного технического эффекта путем выполнения структурной схемы устройства согласно чертежу на фиг. 7, будут получены еще 6 различных изображений повышенной четкости и для четвертого «кольцевого» кадра.When implementing in the inventive device a computer system of panoramic television surveillance of an additional technical effect by performing a structural diagram of the device according to the drawing in FIG. 7, another 6 different high definition images will be obtained for the fourth “ring” frame.
В настоящее время все элементы структурной схемы заявляемого устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of the claimed device of a computer system for panoramic television surveillance can be mastered by domestic industry.
Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the present invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2594169, МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения / В.М. Смелков // БИ - 2016. - №22.1. RF patent No. 2594169, IPC H04N 7/00. The device of a computer system for panoramic television surveillance / V.M. Smelkov // BI - 2016. - No. 22.
2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. - М.: Радио и связь, 1986.2. Khromov L.I., Lebedev N.V., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Solid state television. - M.: Radio and Communications, 1986.
3. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.3. Tsytsulin A.K. Television and space: Textbook / Publishing house SPbGETU "LETI", 2003.
4. Патент РФ №2185645, МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // БИ - 2002. - №20.4. RF patent No. 2185645, IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror-lens / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // BI - 2002. - No. 20.
5. Разработка светорегулирующих ячеек и технологического процесса их изготовления. Технический отчет по теме «Балтика». Новгород (Великий Новгород), 1979.5. Development of light control cells and the technological process of their manufacture. Technical report on the topic "Baltic". Novgorod (Veliky Novgorod), 1979.
6. Ленк Дж. Электронные схемы: практическое руководство. Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.6. Lenk J. Electronic circuits: a practical guide. Per. from English - M.: Mir, 1985.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137714A RU2631828C1 (en) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Computer system of panoramic television observation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137714A RU2631828C1 (en) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Computer system of panoramic television observation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2631828C1 true RU2631828C1 (en) | 2017-09-27 |
Family
ID=59931166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016137714A RU2631828C1 (en) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Computer system of panoramic television observation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2631828C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709459C1 (en) * | 2019-04-09 | 2019-12-18 | Вячеслав Михайлович Смелков | Panoramic television surveillance computer system device |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4811106A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-07 | The General Electric Company, P.L.C. | Frame transfer image sensor having two vertical clock standards |
| US5166511A (en) * | 1989-05-08 | 1992-11-24 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Radiaton-sensitive sensor having a plurality of radiation sensitive elements arranged substantially circular with radially decreasing density |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| US6611289B1 (en) * | 1999-01-15 | 2003-08-26 | Yanbin Yu | Digital cameras using multiple sensors with multiple lenses |
| US20040105005A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-03 | Hitachi, Ltd. | Networked camera system and a monitoring method thereof |
| WO2007019514A2 (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Polar Industries, Inc. | Network panoramic camera system |
| US20110234807A1 (en) * | 2007-11-16 | 2011-09-29 | Tenebraex Corporation | Digital security camera |
| WO2012061018A2 (en) * | 2010-11-03 | 2012-05-10 | Eastman Kodak Company | Digital camera providing high dynamic range images |
| US20120307114A1 (en) * | 2006-12-12 | 2012-12-06 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Electronic camera having multiple sensors for capturing high dynamic range images and related methods |
| RU2594169C1 (en) * | 2015-10-01 | 2016-08-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Device of computer system for panoramic television surveillance |
-
2016
- 2016-09-21 RU RU2016137714A patent/RU2631828C1/en active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4811106A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-07 | The General Electric Company, P.L.C. | Frame transfer image sensor having two vertical clock standards |
| US5166511A (en) * | 1989-05-08 | 1992-11-24 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Radiaton-sensitive sensor having a plurality of radiation sensitive elements arranged substantially circular with radially decreasing density |
| US6611289B1 (en) * | 1999-01-15 | 2003-08-26 | Yanbin Yu | Digital cameras using multiple sensors with multiple lenses |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| US20040105005A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-06-03 | Hitachi, Ltd. | Networked camera system and a monitoring method thereof |
| WO2007019514A2 (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Polar Industries, Inc. | Network panoramic camera system |
| US20120307114A1 (en) * | 2006-12-12 | 2012-12-06 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Electronic camera having multiple sensors for capturing high dynamic range images and related methods |
| US20110234807A1 (en) * | 2007-11-16 | 2011-09-29 | Tenebraex Corporation | Digital security camera |
| WO2012061018A2 (en) * | 2010-11-03 | 2012-05-10 | Eastman Kodak Company | Digital camera providing high dynamic range images |
| RU2594169C1 (en) * | 2015-10-01 | 2016-08-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Device of computer system for panoramic television surveillance |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709459C1 (en) * | 2019-04-09 | 2019-12-18 | Вячеслав Михайлович Смелков | Panoramic television surveillance computer system device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2625163C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2611421C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2706011C1 (en) | Panoramic television surveillance computer system device | |
| RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2631828C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2625164C1 (en) | Computer system device for panoramic television observation | |
| RU2631830C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2592855C1 (en) | Device for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2594169C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2723640C1 (en) | High-resolution panorama television surveillance computer system device | |
| RU2530879C1 (en) | Device for panoramic television surveillance "day-night" | |
| RU2600307C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2611424C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2600308C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2594170C1 (en) | Composition of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image | |
| RU2592831C1 (en) | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2523858C1 (en) | Device for panoramic television surveillance | |
| RU2611426C1 (en) | Videosignal sensor of primary colours for panoramic television surveillance of colour images | |
| RU2708630C1 (en) | Panoramic television surveillance computer system device | |
| RU2710777C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
| RU2611422C1 (en) | High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2710779C1 (en) | Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2615142C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance |