RU2530879C1

RU2530879C1 - Device for panoramic television surveillance "day-night"

Info

Publication number: RU2530879C1
Application number: RU2013153689/07A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-10-20

Abstract

FIELD: physics, video.

SUBSTANCE: invention relates to panoramic television surveillance. Surveillance is carried out by a television system through a television camera with all-round view in a region close to a hemisphere, i.e., in a spatial angle of 360 degrees on the azimuth and tens of degrees on the angle of elevation. Panoramic colour or black and white images with an enlarged area of the captured image are automatically transmitted to the server of a local area network depending on the time of the day, wherein monochromatic video signals are detected therein with a high signal-to-noise ratio.

EFFECT: providing an operator with a colour image during the day and a black and white image during evening or night in automatic switching mode and with a high signal-to-noise ratio for a monochromatic image while increasing the area of the circular image.

6 cl, 15 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. 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 television system using a television circular camera in an area close to the hemisphere, i.e. 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 панорамного телевизионного наблюдения «день-ночь» [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала (датчика ЦТС), а в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров m, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a panoramic television surveillance device “day-night” [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 a television camera consists of sequentially located and optically connected panoramic lens and a digital television signal sensor (DTS sensor), and into the expansion slot on the motherboard On the server board, a video card is installed, matched via input / output, control and power channels with the server bus, containing a block for converting a “ring” frame into “rectangular” frames (BPCP), the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output - to the output of the "network", and the number of "rectangular" frames m, corresponding to one current "ring" frame, satisfies the ratio:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем.where γ _g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this conversion itself is performed programmatically.

Недостаток прототипа - отсутствие автоматического выбора характера изображения (цветного или черно-белого) при оптимальной чувствительности в зависимости от времени суток, а также ограничение по площади кольцевого изображения, контролируемого оператором, из-за недостаточных показателей по разрешающей способности и скорости поэлементного считывания фотоприемника телевизионной камеры.The disadvantage of the prototype is the lack of automatic selection of the nature of the image (color or black and white) with optimal sensitivity depending on the time of day, as well as the restriction on the area of the ring image controlled by the operator, due to insufficient indicators for resolution and speed of element-wise reading of the photodetector of a television camera .

Задача изобретения - предоставление оператору цветного изображения днем и черно-белого изображения вечером или ночью в автоматическом режиме переключения и с повышенным отношением сигнал/шум для монохромного изображения при одновременном увеличении площади кольцевого изображения.The objective of the invention is to provide the operator with a color image during the day and a black-and-white image in the evening or at night in the automatic switching mode and with an increased signal to noise ratio for a monochrome image while increasing the area of the ring image.

Поставленная задача в заявляемом устройстве панорамного телевизионного наблюдения «день-ночь» решается тем, что в устройство прототипа [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера прототипа состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика ЦТС, а в разъем расширения на материнской плате сервера прототипа установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питанию с шиной сервера, содержащая первый БПКП, вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров m, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), а само это преобразование выполняется программным путем, в состав телевизионной камеры прототипа введены оптический блок, вход которого оптически связан с оптическим кадром панорамного объектива, первый выход оптического блока оптически связан с первой волоконно-оптической насадкой (ВОН), а второй выход оптического блока - со второй ВОН, второй датчик ЦТС, синхронизированный по частоте и фазе с первым датчиком ЦТС по сигналу синхронизации приемника (ССП), третий и четвертый датчики ЦТС, причем четвертый датчик ЦТС по ССП синхронизирован с третьим датчиком ЦТС, а также первый мультиплексор, первый информационный вход которого подключен к выходу цифрового телевизионного сигнала первого датчика ЦТС, второй информационный вход первого мультиплексора - к выходу цифрового телевизионного сигнала второго датчика ЦТС, вход синхронизации первого мультиплексора - к выходу синхросигнала первого датчика ЦТС, при этом мишень фотоприемника первого датчика ЦТС состыкована через волоконно-оптическое сочленение с периферийными световодными жгутами первой ВОН, а ее центральные световодные жгуты - с мишенью фотоприемника второго датчика ЦТС, а также второй мультиплексор, первый информационный вход которого подключен к выходу цифрового телевизионного сигнала третьего датчика ЦТС, второй информационный вход второго мультиплексора - к выходу цифрового телевизионного сигнала четвертого датчика ЦТС, вход синхронизации второго мультиплексора - к выходу синхросигнала третьего датчика ЦТС, при этом мишень фотоприемника третьего датчика ЦТС состыкована через волоконно-оптическое сочленение с периферийными световодными жгутами второй ВОН, а ее центральные световодные жгуты - с мишенью фотоприемника четвертого датчика ЦТС, причем выход первого мультиплексора подключен к первому информационному входу суточного коммутатора видеосигналов, второй информационный вход которого - к выходу второго мультиплексора, первый управляющий вход суточного коммутатора видеосигналов - к выходу аналогового телевизионного сигнала первого датчика ЦТС, второй управляющий вход суточного коммутатора видеосигналов - к выходу аналогового телевизионного сигнала второго датчика ЦТС, а выход суточного коммутатора видеосигналов является выходом «видео» телевизионной камеры, при этом первый и второй датчики ЦТС являются датчиками цветного сигнала изображения и выполнены на основе матриц ПЗС с организацией «строчный перенос», а третий и четвертый датчики ЦТС являются датчиками черно-белого сигнала изображения и выполнены на основе матриц ПЗС с организацией «строчно-кадровый перенос», в состав третьего и соответственно четвертого датчиков ЦТС дополнительно введен формирователь импульсов (ФИ) накопления, обеспечивающий в секции памяти матрицы ПЗС суммирование зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции, а плата видео сервера дополнительно содержит демультиплексор и второй БПКП, вход которого подключен к выходу второго блока оперативной памяти на кадр, а выход второго БПКП - к выходу «сеть» сервера, при этом число формируемых «прямоугольных» кадров удовлетворяет соотношению (1), а операции демультиплексирования входного видеосигнала и преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры выполняются в сервере программным путем, причем плата видео сервера обеспечивает ввод цифрового цветного видеосигнала в оперативную память и вывод из нее этого сигнала изображения с периодом Т_к, ввод цифрового монохромного видеосигнала - с периодом nТ_к, а вывод - с периодом Т_к, где Т_к - длительность кадра, n - число суммируемых кадров.The problem in the inventive device for panoramic television surveillance "day-night" is solved by the fact that in the prototype device [1], containing a series-connected television camera and a server, which is the node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television the prototype’s camera consists of sequentially located and optically connected panoramic lens and a DTC sensor, and a pla installed in the expansion slot on the motherboard of the prototype server and the video, matched via the I / O, control and power channels with the server bus, contains the first BPCB, the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the "network" output, and the number of "rectangular" frames m corresponding to one current "circular" frame, satisfies the relation (1), and this conversion is performed by software, an optical unit is introduced into the prototype television camera, the input of which is optically connected to the optical frame of the panoramic lens, the first output is optical of the first unit is optically connected to the first fiber optic nozzle (VON), and the second output of the optical unit is connected to the second VON, a second DSP sensor synchronized in frequency and phase with the first DTC sensor according to the receiver synchronization signal (SSP), the third and fourth DTC sensors moreover, the fourth PZT sensor is synchronized via SSP with the third PZT sensor, as well as the first multiplexer, the first information input of which is connected to the digital television signal output of the first PZT sensor, the second information input of the first multiplexer is connected to an ode to the digital television signal of the second PZT sensor, the synchronization input of the first multiplexer is to the sync signal output of the first PZT sensor, while the target of the first PZT sensor is coupled through a fiber optic joint with peripheral optical fibers of the first VON, and its central light guide bundles are connected to the target of the second photodetector a DTC sensor, as well as a second multiplexer, the first information input of which is connected to the output of the digital television signal of the third DTC sensor, the second information the second input of the second multiplexer is to the output of the digital television signal of the fourth PZT sensor, the synchronization input of the second multiplexer is to the clock signal of the third PZT sensor, while the photodetector target of the third PZT sensor is connected through the fiber optic joint with the peripheral optical fibers of the second VON, and its central light guide harnesses - with the target of the photodetector of the fourth DTC sensor, and the output of the first multiplexer is connected to the first information input of the daily switch of video signals, the second information input of which is to the output of the second multiplexer, the first control input of the daily switch of video signals to the output of the analog television signal of the first PST sensor, the second control input of the daily switch of video signals to the output of the analog television signal of the second sensor of PTS, and the output of the daily switch of video signals is the output video ”of a television camera, while the first and second DTC sensors are sensors of a color image signal and are based on CCD matrices with organization “horizontal transfer”, and the third and fourth sensors of the DTC are sensors of a black-and-white image signal and are made on the basis of CCD matrices with the organization of “horizontal-frame transfer”, the pulse generator (FI) is additionally introduced into the composition of the third and fourth fourth sensors of the DTC providing in the memory section of the CCD matrix the summation of the charge packets formed in the photodetector section, and the video server board additionally contains a demultiplexer and a second BPKP, the input of which is connected to the W output of the second RAM block per frame, and the output of the second BPKP to the server “network” output, while the number of generated “rectangular” frames satisfies relation (1), and the operations of demultiplexing the input video signal and converting the “ring” frame to “rectangular” frames are performed in the server programmatically, the video server board provides the input of a digital color video signal into RAM and the output of this image signal with a period T _k , the input of a digital monochrome video signal with a period nT _k , and output - with a period of T _to , where T _to - the duration of the frame, n - the number of summed frames.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых конструктивных элементов в составе телевизионной камеры, к числу которых относятся: оптический блок, первая и вторая ВОН, второй, третий и четвертый датчики ЦТС, первый и второй мультиплексоры, суточный коммутатор видеосигналов, а также два ФИ накопления в составе третьего и четвертого датчиков ЦТС. Особенностью заявляемого устройства является и выполнение новых (дополнительных) функций сервером путем перепрограммирования платы видео.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized by the presence of new structural elements in the television camera, which include: the optical unit, the first and second VON, the second, third and fourth DTC sensors, the first and second multiplexers, the daily switch of video signals, and also two accumulation FIs as part of the third and fourth DTC sensors. A feature of the claimed device is the implementation of new (additional) functions by the server by reprogramming the video card.

Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features of the claimed device is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.

В заявляемом решении в сервер локальной вычислительной сети вводятся в автоматическом режиме в зависимости от времени суток панорамные изображения цветного или черно-белые изображения с увеличенной площадью захватываемого изображения, причем монохромные видеосигналы регистрируются в нем с повышенным отношением сигнал/шум.In the claimed solution, panoramic color or black-and-white images with an enlarged area of the captured image are automatically entered depending on the time of the day into the server of the local area network, and monochrome video signals are recorded in it with an increased signal to noise ratio.

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.

На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого устройства; на фиг.2 - структурная схема суточного коммутатора видеосигналов; на фиг.3 - структурная схема третьего и четвертого датчиков ЦТС; на фиг.4 по данным [2] представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг.5 в качестве примера показана плоскость входного изображения первой и второй ВОН, содержащих 81 световодных ответвлений; на фиг.6 - световодная «мозаика» кольцевого изображения, воспринимаемого первым и третьим датчиками ЦТС телевизионной камеры; на фиг.7 схематически представлено панорамное изображение этой кольцевой области, предлагаемое оператору персонального компьютера, в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг.8 и 9 - световодная «мозаика» кольцевого изображения, воспринимаемого вторым и четвертым датчиками ЦТС телевизионной камеры и соответственно предлагаемое оператору компьютера панорамное изображение для этой кольцевой области, содержащее аналогичную последовательность из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг.10 приведена функциональная схема технологической организации фотоприемника для третьего и четвертого датчиков ЦТС; на фиг.11 - структурная схема ФИ накопления в составе третьего и четвертого датчиков ЦТС; на фиг.12…14 - временные диаграммы, поясняющие работу заявляемого устройства; на фиг.15 - конструкция оптического блока и ход оптических лучей в нем.Figure 1 shows the structural diagram of the inventive device; figure 2 is a structural diagram of the daily switch video signals; figure 3 is a structural diagram of the third and fourth sensors of the DSP; figure 4 according to [2] presents a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens; figure 5 as an example shows the plane of the input image of the first and second VON containing 81 light guide branches; figure 6 - light guide "mosaic" of the annular image, perceived by the first and third sensors of the DTS of the television camera; 7 schematically shows a panoramic image of this annular region, proposed to the operator of a personal computer, in the form of a sequence of 6 "rectangular" frames; on Fig and 9 - light guide "mosaic" of the ring image, perceived by the second and fourth sensors of the DTS of the television camera and, accordingly, the panoramic image offered to the computer operator for this ring region, containing a similar sequence of 6 "rectangular" frames; figure 10 shows a functional diagram of the technological organization of the photodetector for the third and fourth sensors of the DSP; figure 11 is a structural diagram of the FI accumulation in the composition of the third and fourth sensors of the DTC; 12 ... 14 are timing diagrams explaining the operation of the inventive device; on Fig - the design of the optical unit and the course of the optical rays in it.

Заявляемое устройство панорамного телевизионного наблюдения «день-ночь», см. фиг.1, 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 телевизионная камера 1 содержит в своем составе последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1 и оптический блок 1-2, первый выход которого оптически связан с первой ВОН 1-3, а второй выход оптического блока 1-2 - со второй ВОН 1-4; первый датчик ЦТС 1-5, второй датчик ЦТС 1-6, синхронизированный по частоте и фазе от первого датчика, третий датчик ЦТС 1-7 и четвертый датчик ЦТС 1-8, причем четвертый датчик синхронизирован от третьего датчика, а также первый мультиплексор 1-9, второй мультиплексор 1-10 и суточный коммутатор видеосигналов 1-11; при этом мишень фотоприемника первого датчика 1-5 состыкована через волоконно-оптическое сочленение с периферийными световодными жгутами ВОН 1-3, а ее центральные световодные жгуты - с мишенью фотоприемника второго датчика 1-6, мишень фотоприемника третьего датчика 1-7 - с периферийными световодными жгутами ВОН 1-4, а ее центральные световодные жгуты - с мишенью фотоприемника четвертого датчика 1-8; выход первого мультиплексора 1-9 подключен к первому информационному входу суточного коммутатора видеосигналов 1-11, второй информационный вход которого - к выходу второго мультиплексора 1-10, первый управляющий вход суточного коммутатора 1-11 - к выходу аналогового телевизионного сигнала первого датчика 1-5, второй управляющий вход суточного коммутатора 1-11 - к выходу аналогового телевизионного сигнала второго датчика 1-6, а выход суточного коммутатора 1-11 является выходом «видео» телевизионной камеры.The inventive device for panoramic television surveillance "day-night", see figure 1, contains a series-connected television camera 1 and server 2, which is the node of the local area network, to which two or more personal computers are connected in position 3, while the television camera 1 comprises a sequentially located and optically coupled panoramic lens 1-1 and an optical unit 1-2, the first output of which is optically coupled to the first BOH 1-3, and the second output of the optical block 1-2 to the second BOH 1-4; the first DTC sensor 1-5, the second DTC sensor 1-6, synchronized in frequency and phase from the first sensor, the third DTC sensor 1-7 and the fourth DTC sensor 1-8, the fourth sensor synchronized from the third sensor, as well as the first multiplexer 1 -9, the second multiplexer 1-10 and the daily switch of video signals 1-11; the target of the photodetector of the first sensor 1-5 is connected via a fiber optic joint with the peripheral optical fibers BOH 1-3, and its central fiber optic bundles are with the target of the second sensor 1-6, the target of the third sensor 1-7 with peripheral optical fibers BON 1-4 bundles, and its central light guide bundles - with the photodetector target of the fourth sensor 1-8; the output of the first multiplexer 1-9 is connected to the first information input of the daily switch of video signals 1-11, the second information input of which is to the output of the second multiplexer 1-10, the first control input of the daily switch 1-11 is to the output of the analog television signal of the first sensor 1-5 , the second control input of the daily switch 1-11 - to the output of the analog television signal of the second sensor 1-6, and the output of the daily switch 1-11 is the output of the "video" of the television camera.

Суточный коммутатор видеосигналов 1-11 предназначен для формирования на выходе телевизионной камеры 1 в зависимости от уровня освещенности в течение суток на контролируемом пространстве цветного или монохромного изображения в виде мультиплексного цифрового телевизионного сигнала для каждого из них.The daily switch of video signals 1-11 is designed to form the output of the television camera 1 depending on the level of illumination during the day on the controlled space of a color or monochrome image in the form of a multiplex digital television signal for each of them.

Суточный коммутатор видеосигналов 1-11 может быть выполнен по структурной схеме (см. фиг.2), которая содержит в своем составе последовательно соединенные селектор 1-11-1 синхроимпульсов и формирователь импульсов (ФИ) 1-11-2 записи и сброса, а также последовательно соединенные детектор 1-11-3 видеосигналов, блок 1-11-4 выборки-хранения и компаратор 1-11-5, установочный вход которого подключен к пороговому напряжению U_n, а выход - к управляющему входу коммутатора 1-11-6, при этом управляющий вход блока 1-11-4 выборки-хранения подключен к первому выходу ФИ 1-11-2, второй выход которого подключен к управляющему входу детектора 1-11-3 видеосигналов, причем вход селектора 1-11-1 синхроимпульсов объединен с первым информационным входом детектора 1-11-3 и является первым управляющим входом суточного коммутатора, второй информационный вход детектора 1-11-3 видеосигналов - вторым управляющим входом суточного коммутатора, первый информационный вход коммутатора 1-11-6 - первым информационным входом суточного коммутатора, второй информационный вход коммутатора 1-11-6 - вторым информационным входом суточного коммутатора, а выход коммутатора 1-11-6 - выходом суточного коммутатора.The daily switch of video signals 1-11 can be performed according to a block diagram (see figure 2), which contains a sequentially connected clock selector 1-11-1 and a pulse shaper (FI) 1-11-2 recording and reset, and also a series-connected detector 1-11-3 video signals, a block 1-11-4 sample-storage and a comparator 1-11-5, the installation input of which is connected to a threshold voltage U _n , and the output to the control input of the switch 1-11-6 while the control input of the block 1-11-4 sample-storage is connected to the first output of the FI 1-11-2, W a swarm output of which is connected to the control input of the detector 1-11-3 video signals, and the input of the selector 1-11-1 clock is combined with the first information input of the detector 1-11-3 and is the first control input of the daily switch, the second information input of the detector 1-11 -3 video signals - the second control input of the daily switch, the first information input of the switch 1-11-6 - the first information input of the daily switch, the second information input of the switch 1-11-6 - the second information input of the daily switch , and the output of the switch 1-11-6 - the output of the daily switch.

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора (кольцевого изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1, совпадающим 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 [2].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype, is designed to form an optical image of a circular view (ring image). As a technical solution for the panoramic lens 1-1, which coincides with the 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 [2].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг.4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать 75-80 градусов по углу места. Отметим, что центральная область этого кольцевого изображения является пассивной, т.к. не несет никакой информации о наблюдаемом пространстве.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 4. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach 75-80 degrees in elevation. Note that the central region of this ring image is passive, because It does not carry any information about the observed space.

Оптический блок 1-2 предназначен для того, чтобы распараллелить оптическое изображения с выхода панорамного объектива 1-1 на мишени каждого из двух датчиков ЦТС в необходимом спектральном диапазоне.The optical unit 1-2 is designed to parallelize the optical image from the output of the panoramic lens 1-1 on the target of each of the two DTC sensors in the required spectral range.

Оптический блок 1-2 (см. фиг.15) содержит светоделитель 1-2-1 и корректирующий светофильтр 1-2-2, при этом светоделитель 1-2-1 выполнен в виде призмы с двумя светоделительными гранями, расположенными под углом 30°, причем первая светоделительная грань призмы является входом светоделителя, вторая светоделительная грань - первым выходом светоделителя, третья грань призмы, расположенная под углом 60° по отношению к первой ее грани, - вторым выходом светоделителя, а корректирующий светофильтр 1-2-2 выполнен в виде призмы с одной спектроделительной гранью, которая является входом корректирующего светофильтра и расположена под углом 30° по отношению к ее второй грани, которая является выходом корректирующего светофильтра, при этом первый выход светоделителя 1-2-1 оптически связан с входом корректирующего светофильтра 1-2-2, причем вторая светоделительная грань призмы светоделителя 1-2-1 установлена вплотную к спектроделительной грани призмы корректирующего светофильтра 1-2-2, при этом выход корректирующего светофильтра 1-2-2 является первым выходом оптического блока, а второй выход светоделителя 1-2-1 - вторым выходом оптического блока.The optical unit 1-2 (see Fig. 15) contains a beam splitter 1-2-1 and a corrective filter 1-2-2, while the beam splitter 1-2-1 is made in the form of a prism with two beam splitting faces located at an angle of 30 ° moreover, the first beam splitting face of the prism is the input of the beam splitter, the second beam splitting face is the first output of the beam splitter, the third face of the prism located at an angle of 60 ° with respect to its first face is the second output of the beam splitter, and the correcting filter 1-2-2 is made in the form prisms with one spectrodividing face, which is the input of the corrective filter and is located at an angle of 30 ° with respect to its second face, which is the output of the corrective filter, while the first output of the beam splitter 1-2-1 is optically connected to the input of the corrective filter 1-2-2, and the second beam splitter the prism of the beam splitter 1-2-1 is installed close to the spectrum splitting face of the prism of the correcting filter 1-2-2, while the output of the correction filter 1-2-2 is the first output of the optical unit, and the second output of the beam splitter 1-2-1 - the second output of the optical unit.

Первая волоконно-оптическая насадка (ВОН) 1-3 и вторая ВОН 1-4 предназначены для передачи световой энергии на расстояние с малым рассеянием, а выполнены по технологии гибких многожильных световодов (см., например, [3, с.74]). При этом ВОН 1-3 обеспечивает выбор областей захвата оптических изображений видимого спектра, а ВОН 1-4 - выбор таких же областей во всем спектральном диапазоне (видимом и инфракрасном).The first fiber-optic nozzle (BOH) 1-3 and the second BOH 1-4 are designed to transmit light energy over a distance with low scattering, and are made using flexible multicore optical fibers (see, for example, [3, p. 74]). At the same time, VON 1-3 provides a choice of the capture regions of optical images of the visible spectrum, and VON 1-4 provides a choice of the same regions in the entire spectral range (visible and infrared).

ВОН 1-3 и ВОН 1-4 имеют световодные ответвления (жгуты), Допустим, что число таких жгутов составляет 81, как показано на фиг.5.BOH 1-3 and BOH 1-4 have light guide branches (bundles). Suppose that the number of such bundles is 81, as shown in FIG. 5.

Жгуты этих насадок, в том числе: 1…20, 26…29, 35…38, 44…47, 53…56, 62…81, состыкованы с периферийными участками мишени фотоприемника для датчиков ЦТС 1-5 и 1-7 (см. фиг.6), а остальные жгуты: 21…25, 30…34, 39…43, 48…52, 57…61 - с центральными участками мишени фотоприемника для датчиков ЦТС 1-6 и 1-8 соответственно (см. фиг.8).The harnesses of these nozzles, including: 1 ... 20, 26 ... 29, 35 ... 38, 44 ... 47, 53 ... 56, 62 ... 81, are docked with the peripheral sections of the target of the photodetector for TsTS sensors 1-5 and 1-7 (see Fig. 6), and the rest of the harnesses: 21 ... 25, 30 ... 34, 39 ... 43, 48 ... 52, 57 ... 61 - with the central sections of the target of the photodetector for PZT sensors 1-6 and 1-8, respectively (see Fig. .8).

В перспективе может быть разработан и специализированный оптический прибор, в котором панорамный объектив, светоделитель, корректирующий светофильтр, первая и вторая ВОН выполнены в составе одного товарного изделия.In the future, a specialized optical device can also be developed in which a panoramic lens, a beam splitter, a corrective filter, the first and second VON are made as part of one commercial product.

В заявляемом решении центральная область на мишени фотоприемника первого датчика ЦТС 1-5 и центральная область на мишени фотоприемника третьего датчика ЦТС 1-7 являются, по сути, пассивными, т.к. им не предлагается информация о наблюдаемом пространстве. Поэтому элементы изображения (пикселы) этой области для применяемых матриц ПЗС могут обладать определенными технологическими дефектами, недопустимыми в других областях мишени данных фотоприемников. Такими дефектами матриц ПЗС могут быть точечные неоднородности темпового тока - одна из форм проявления геометрического шума [4, с.19-23]. Амплитуда же сигнала точечной неоднородности отдельных пикселов значительно превышает средний уровень темнового тока фотоприемника, что является причиной появления на данном участке растра искажений изображения типа «белых пятен».In the claimed solution, the central region on the target of the photodetector of the first sensor of PZT 1-5 and the central region on the target of the photodetector of the third sensor of PZT 1-7 are essentially passive, because they are not offered information about the observed space. Therefore, the image elements (pixels) of this region for the applied CCD matrices may have certain technological defects that are unacceptable in other target areas of these photodetectors. Such defects in CCD matrices can be point inhomogeneities of the tempo current - one of the forms of manifestation of geometric noise [4, pp. 19-23]. The amplitude of the signal of the point inhomogeneity of individual pixels significantly exceeds the average level of the dark current of the photodetector, which is the reason for the appearance of “white spots” image distortions in this section of the raster.

В предлагаемом решении матрицы ПЗС, используемые в качестве фотоприемников для датчиков ЦТС 1-5 и 1-7, могут обладать в центральной области мишени технологическими дефектами, вызывающими искажения типа «белых пятен», но они никак не проявляются из-за организации самого устройства панорамного телевизионного наблюдения.In the proposed solution, the CCD arrays used as photodetectors for TsTS sensors 1-5 and 1-7 may have technological defects in the central region of the target that cause distortions such as “white spots”, but they do not appear in any way due to the organization of the panoramic device itself television surveillance.

Отметим, что подобными дефектами, но на меньшей площади центральной области мишени фотоприемника могут обладать и матрицы ПЗС для датчиков ЦТС 1-6 и 1-8.Note that similar defects, but on a smaller area of the central region of the target of the photodetector, CCD arrays for PZT sensors 1–6 and 1–8 may also have.

Мишень фотоприемника первого датчика ЦТС 1-5 и мишень фотоприемника третьего датчика ЦТС 1-7 должны быть вписаны в вертикальный размер оптического кадра панорамного объектива 1-1. Разрешающая способность этого матричного фотоприемника напрямую зависит от горизонтального угла поля зрения наблюдаемого оператором персонального компьютера изображения (γ_г). Чем меньше величина γ_г, тем выше требуемое число элементов матрицы по горизонтали и вертикали. Учитывая, что геометрические размеры оптического кадра сегодняшнего панорамного объектива совпадают с размерами кадра стандартной фотопленки, необходимо признать эти требования чрезвычайно высокими.The target of the photodetector of the first PZT sensor 1-5 and the target of the photodetector of the third sensor PZT 1-7 should be inscribed in the vertical size of the optical frame of the panoramic lens 1-1. The resolution of this matrix photodetector directly depends on the horizontal angle of the field of view of the image observed by the operator of the personal computer (γ _g ). The smaller the value of γ _g , the higher the required number of matrix elements horizontally and vertically. Considering that the geometric dimensions of the optical frame of today's panoramic lens coincide with the frame sizes of a standard film, it is necessary to recognize these requirements as extremely high.

Современные мегапиксельные матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС) имеют явное ограничение по скорости тактирования фазных электродов выходного регистра: максимальная частота опроса элемента (пиксела) не превышает 40 МГц. Отсюда частота смены кадров наблюдаемого оператором персонального компьютера панорамного изображения должна быть принята значительно ниже 50 Гц, что не всегда допустимо по причине внесения дополнительных искажений видеосигнала при регистрации динамичных сюжетов.Modern megapixel arrays of charge-coupled devices (CCD matrices) have an explicit limitation on the clock speed of the phase electrodes of the output register: the maximum polling frequency of an element (pixel) does not exceed 40 MHz. Hence, the frame rate of the panoramic image observed by the operator of the personal computer should be taken much lower than 50 Hz, which is not always permissible due to the introduction of additional distortions of the video signal during registration of dynamic scenes.

Поэтому актуальным становится режим переменной скорости считывания в матрице ПЗС, предложенный в работе [5, с.103], который позволяет перераспределением частот считывания в пределах одного кадра улучшить качество считывания некоторого фрагмента изображения ценой ухудшения качества считывания остального массива элементов или его участка. Например, этот заведомо необходимый фрагмент изображения считывается с оптимальной скоростью, т.е. активно, а поэтому для него формируется полезный видеосигнал. С другой стороны, заведомо бесполезный участок изображения считывается с максимальной скоростью или пассивно, т.к. это приводит к физическому устранению самого процесса формирования видеосигнала. Такое решение обеспечивает сжатие формируемого видеосигнала путем сокращения полосы передаваемых частот и компромиссное распределение коэффициента сжатия между телевизионной камерой и сервером.Therefore, the variable read speed mode in the CCD matrix proposed in [5, p. 103] becomes relevant, which allows the redistribution of the read frequencies within one frame to improve the read quality of some image fragment at the cost of deterioration in the read quality of the rest of the array of elements or its section. For example, this obviously necessary fragment of the image is read with optimal speed, i.e. actively, and therefore a useful video signal is generated for it. On the other hand, the obviously useless portion of the image is read at maximum speed or passively, because this leads to the physical elimination of the process of generating a video signal. This solution provides compression of the generated video signal by reducing the bandwidth of transmitted frequencies and a compromise distribution of the compression ratio between the television camera and server.

Следует признать и другое условие, а именно: дальнейший рост разрешающей способности матриц ПЗС ограничен производственными возможностями их технологии, которая по многим показателям приближается к физическим пределам.It is necessary to recognize another condition, namely: a further increase in the resolution of CCD matrices is limited by the production capabilities of their technology, which in many respects approaches physical limits.

В заявляемом устройстве мишень фотоприемника второго датчика ЦТС 1-6 и мишень фотоприемника четвертого датчика ЦТС 1-8 должны захватывать кольцевое оптическое изображение, которое не используется при формировании видеосигнала фотоприемником первого датчика ЦТС 1-5 и соответственно фотоприемником третьего датчика ЦТС 1-7.In the claimed device, the target of the photodetector of the second sensor of the DTF 1-6 and the target of the photodetector of the fourth sensor of the DTT 1-8 should capture an optical ring image that is not used when generating the video signal by the photodetector of the first sensor of DTTs 1-5 and accordingly the photodetector of the third sensor of DTTs 1-7.

Поэтому очевидно, что формат мишени матрицы ПЗС (по числу пикселов на ее площади) для датчика 1-6 будет меньше формата мишени для датчика 1-5, а для датчика 1-8 - соответственно меньше, чем для датчика 1-7.Therefore, it is obvious that the target format of the CCD matrix (in terms of the number of pixels on its area) for sensor 1-6 will be smaller than the target format for sensor 1-5, and for sensor 1-8, respectively, smaller than for sensor 1-7.

Отметим, что в датчике ЦТС 1-5 и в датчике ЦТС 1-6 в качестве сенсора используется цветная матрица ПЗС, имеющая организацию «строчный перенос», а в датчике ЦТС 1-7 и в датчике ЦТС 1-8 - черно-белая матрица ПЗС, организованная по типу «строчно-кадровый перенос».It should be noted that in the TsTS 1-5 sensor and in the TsTS 1-6 sensor, the CCD color matrix having the organization of “line wrap” is used as the sensor, and the black and white matrix in the TsTS 1-7 sensor and the TsTS 1-8 sensor CCD organized by the line-personnel transfer type.

Реализация строчно-кадрового переноса в сенсоре означает, что на кристалл матрицы ПЗС прототипа, имеющей организацию «строчный перенос», добавлена секция памяти 1-7(8)-1-2, которая располагается между фотоприемной секцией 1-7(8)-1-1 и выходным регистром 1-7(8)-1-3 (см. фиг.10).The implementation of the line-frame transfer in the sensor means that a memory section 1-7 (8) -1-2, which is located between the photodetector section 1-7 (8) -1, is added to the crystal of the CCD of the prototype having the organization "line transfer" -1 and the output register 1-7 (8) -1-3 (see figure 10).

Фотоприемная секция 1-7(8)-1-1 новой матрицы ПЗС имеет типовую конструкцию для матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Она обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в столбцы. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр, отделенный от фотодиодов фотозатвором. Во время накопления зарядовых пакетов в фотодиодах на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах.The photodetector section 1-7 (8) -1-1 of the new CCD matrix has a typical design for CCD matrices with the organization of “line wrap”. It provides the accumulation of charge packets in photosensitive elements, which are used as photodiodes organized in columns. In the immediate vicinity of each column of photodiodes there is a light-sensitive vertical CCD register, separated from the photodiodes by a photocell. During the accumulation of charge packets in the photodiodes, a low voltage level is applied to the photocell, which provides a potential barrier between the photodiodes and the vertical CCD register. At the end of the accumulation, a high voltage level is briefly applied to the photocell, allowing the transfer of charge packets from the photodiodes to potential wells formed in vertical CCD registers.

Фотоприемная секция 1-7(8)-1-1 снабжена электронным затвором, выполняющим электронную регулировку чувствительности путем управления временем накопления зарядовых носителей в течение кадрового периода.The photodetector section 1-7 (8) -1-1 is equipped with an electronic shutter that electronically adjusts the sensitivity by controlling the accumulation time of charge carriers during the frame period.

Зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 1-7(8)-1-1 в промежутке интервала обратного хода кадровой развертки переносятся в секцию 1-7(8)-1-2, а оттуда в последующем интервале прямого хода по кадру построчно переносятся в выходной регистр 1-7(8)-1-3. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через блок преобразования «заряд-напряжение» (БПЗН) 1-7(8)-1-4, образуя на выходе «видео» фотоприемника электрический видеосигнал.Charge packets from the vertical CCD registers of the section 1-7 (8) -1-1 in the interval of the interval of the reverse motion of the frame scan are transferred to the section 1-7 (8) -1-2, and from there in the subsequent interval of the forward stroke in the frame, they are transferred line by line to the output register 1-7 (8) -1-3. Each charge line of the image is then read out element by element through the charge-voltage conversion unit (BPS) 1-7 (8) -1-4, forming an electrical video signal at the output of the photodetector.

По сравнению с прототипом изменяется и структурная схема третьего 1-7 и соответственно четвертого 1-8 датчиков ЦТС (см. фиг.3). Вводимый в состав генератора 1-7(8)-2 управляющих импульсов дополнительно формирователь импульсов (ФИ) 1-7(8)-2-5 накопления предназначен для осуществления логического управления работой секции памяти 1-7(8)-1-2 с целью суммирования в ней с периодом кадров зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции 1-7(8)-1-1. Величина накопленного таким образом заряда в секции 1-7(8)-1-2 должна быть пропорциональна освещенности фотомишени 1-7(8)-1-1, а достигается эта зависимость за счет выбора интервала nТ_к по цепи обратной связи: цифровой выход с детектора видеосигнала в сигнальном процессоре 1-7(8)-3 - управляющий вход ФИ 1-7(8)-2-5 накопления. Число суммируемых кадров накопления n ограничено, с одной стороны, динамикой событий на объекте, которые необходимо видеть оператору, а с другой стороны, ростом темновой составляющей в видеосигнале матрицы ПЗС. Типовое значение параметра n по второй причине составляет 50…60 при нормальной температуре фотоприемника.Compared with the prototype, the structural diagram of the third 1-7 and, accordingly, the fourth 1-8 TsTS sensors also changes (see Fig. 3). The pulse generator (FI) 1-7 (8) -2-5 of the accumulator introduced into the generator 1-7 (8) -2 control pulses is additionally designed to carry out logical control of the memory section 1-7 (8) -1-2 s the purpose of summing in it with the frame period of the charge packets formed in the photodetector section 1-7 (8) -1-1. The value of the charge accumulated in this way in section 1-7 (8) -1-2 should be proportional to the illumination of the photo target 1-7 (8) -1-1, and this dependence is achieved by choosing the interval nt _to the feedback loop: digital output from the video signal detector in the signal processor 1-7 (8) -3 - control input FI 1-7 (8) -2-5 accumulation. The number of accumulated accumulation frames n is limited, on the one hand, by the dynamics of events at the object that the operator needs to see, and on the other hand, by the growth of the dark component in the video signal of the CCD. The typical value of the parameter n for the second reason is 50 ... 60 at normal temperature of the photodetector.

Применительно к трехфазной системе управления фотоприемником структурная схема ФИ 1-7(8)-2-5 накопления может быть выполнена согласно решению, предлагаемому на фиг.11. Она содержит следующие цифровые блоки: счетчик интервала nТ_к, первый и второй элементы «И», элемент «ИЛИ», а также первый и второй элементы «НЕ».With reference to the three-phase photodetector control system, the structural diagram of the accumulation FI 1-7 (8) -2-5 can be performed according to the solution proposed in FIG. 11. It contains the following digital blocks: the interval counter nТ _к , the first and second elements “AND”, the element “OR”, as well as the first and second elements “NOT”.

Очевидно, что устройство ФИ 1-7(8)-2-5 накопления может быть выполнено и в составе большой интегральной микросхемы (БИС) временного контроллера 1-7(8)-2-1.It is obvious that the device FI 1-7 (8) -2-5 accumulation can be performed as part of a large integrated circuit (LSI) of the temporary controller 1-7 (8) -2-1.

Очевидно и другое. При помощи данного метода, но с принципиально меньшим результатом (в отношении параметра сигнал/шум) можно достичь повышения чувствительности монохромного канала устройства и при использовании в качестве фотоприемника для датчиков ЦТС 1-7 и 1-8 матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», если суммирование зарядовых пакетов производить в экранированных от света вертикальных ПЗС-регистрах сенсорной мишени.Another thing is obvious. Using this method, but with a fundamentally lower result (with respect to the signal-to-noise parameter), it is possible to increase the sensitivity of the monochrome channel of the device even when using a CCD matrix with the “line wrap” organization as a photodetector for TsTS sensors 1–7 and 1–8, if summation of the charge packets is carried out in vertical CCD registers of the sensor target shielded from light.

На тактовый вход ФИ 1-7(8)-2-5 накопления подаются с временного контроллера 1-7(8)-2-1 кадровые синхроимпульсы - КСИ (см. фиг.13а), которые далее поступают на счетный вход счетчика интервала nТ_к. Емкость счетчика составляет n кадров, т.е. nТ_к, а вырабатываемый сигнал следует с периодом (n+1)Т_к (см. фиг.13б). На выходе счетчика этот сигнал дополнительно задерживается на величину длительности КСИ (см. фиг.13в).To the clock input FI 1-7 (8) -2-5 accumulations are fed from the time controller 1-7 (8) -2-1 frame sync pulses - CSI (see figa), which then go to the counting input of the counter interval NT _to . The capacity of the counter is n frames, i.e. nT _to , and the generated signal follows with a period of (n + 1) T _to (see fig.13b). At the output of the counter, this signal is additionally delayed by the value of the duration of the CSI (see Fig.13c).

Выходной сигнал счетчика в другом масштабе представлен на фиг.14а. Если на фазный вход ФИ 1-7(8)-2-5 с временного контроллера 1-7(8)-2-1 подаются трехфазные импульсные последовательности (см. фиг.14б…г), то с выхода ФИ 1-7(8)-2-5 будут сниматься преобразованные последовательности, как показано соответственно на фиг.14д…ж.The output of the counter on a different scale is shown in figa. If three-phase pulse sequences are fed to the phase input FI 1-7 (8) -2-5 from the temporary controller 1-7 (8) -2-1 (see Fig. 14b ... d), then the output of FI 1-7 ( 8) -2-5, the converted sequences will be removed, as shown respectively in Fig.14d ... g.

В результате в фотоприемнике ЦТС 1-7 и в фотоприемнике ЦТС 1-8 зарядовые пакеты, накопленные в секции 1-7(8)-1-1, складываются в секции памяти 1-7(8)-1-2. Поэтому в композитном видеосигнале на выходе ЦТС 1-7 и на выходе ЦТС 1-8 отношение сигнал /шум увеличивается в n раз, а сам сигнал изображения будет следовать с периодом (n+1)Т_к, т.е. с пропуском на величину временного интервала nТ_к, как представлено на фиг.14з.As a result, in the DTC 1-7 photodetector and in the DTC 1-8 photodetector, the charge packets accumulated in sections 1-7 (8) -1-1 are added to the memory section 1-7 (8) -1-2. Therefore, in the composite video signal at the output of the DTT 1-7 and at the output of the DTT 1-8, the signal-to-noise ratio increases n times, and the image signal itself will follow with a period of (n + 1) T _k , i.e. with a pass on the value of the time interval nT _to , as shown in figs.

Каждый из мультиплексоров 1-9 и 1-10 предназначен для объединения двух видеосигналов на единственную магистраль. Электрическая схема каждого из мультиплексоров 5 может быть выполнена на операционных усилителях с внешним переменным смещением типа СА3078Т фирмы RCA (США) согласно техническому решению, которое приведено в [6, с.295].Each of multiplexers 1-9 and 1-10 is designed to combine two video signals onto a single trunk. The electrical circuit of each of the multiplexers 5 can be performed on operational amplifiers with external variable bias type CA3078T from RCA (USA) according to the technical solution, which is given in [6, p.295].

Рассмотрим назначение отдельных блоков суточного коммутатора видеосигналов 1-11.Consider the purpose of the individual blocks of the daily switch of video signals 1-11.

Селектор 1-11-1 синхроимпульсов предназначен для выделения из аналогового композитного видеосигнала первого датчика ЦТС 1-5 строчных и кадровых синхроимпульсов.The selector 1-11-1 of the clock pulses is designed to select 1-5 lowercase and frame clock pulses from the analog composite video signal of the first DTC sensor.

ФИ 1-11-2 записи и сброса служит для выполнения импульсного управления (с периодом кадров Т_к) детектором 1-11-3 видеосигнала и блоком 1-11-4 выборки-хранения. Электрическая схема ФИ 1-11-2 является, по сути, схемой цифровой задержки, опубликованной в [7, с.138].FI 1-11-2 recording and reset is used to perform pulse control (with a period of frames T _to ) the detector 1-11-3 video signal and block 1-11-4 sample-storage. The electrical circuit of FI 1-11-2 is, in fact, a digital delay circuit published in [7, p.138].

На фиг.12б показаны кадровые синхроимпульсы с выхода селектора 1-11-1. Импульс управления блоком 1-11-2 - импульс записи (см. фиг.12в) формируется по спаду кадрового синхроимпульса. Импульс управления блоком 1-11-4 - импульс сброса (см. 12г) вырабатывается по спаду импульса записи. Длительность выходных импульсов ФИ 1-11-2 составляет период строки Т_с.On figb shows the frame clock from the output of the selector 1-11-1. The control pulse of the block 1-11-2 - the write pulse (see figv) is formed by the decline of the frame clock. The control pulse of the block 1-11-4 - the reset pulse (see 12g) is generated by the decline of the write pulse. The duration of the output pulses of FI 1-11-2 is the period of the string T _with .

Детектор 1-11-3 видеосигнала (по пиковому значению параметра по двум входам), блок 1-11-4 выборки-хранения и компаратор 1-1-11-5 могут быть выполнены с использованием операционных усилителей по известным схемам (см., например, [8, с.231, с.247]).The detector 1-11-3 video signal (at the peak value of the parameter for two inputs), the block 1-11-4 sample-storage and the comparator 1-1-11-5 can be performed using operational amplifiers according to known schemes (see, for example , [8, p.231, p.247]).

Коммутатор 1-11-6 предназначен для вывода по команде с компаратора 1-11-5 на выход блока 1-1, а, следовательно, и телевизионной камеры либо мультиплексного цифрового телевизионного сигнала цветного изображения от датчиков 1-5 и 1-6, либо мультиплексного цифрового телевизионного сигнала черно-белого изображения от датчика 1-7 и 1-8.The switch 1-11-6 is designed for command output from the comparator 1-11-5 to the output of unit 1-1, and, consequently, of a television camera or a multiplex digital television signal of a color image from sensors 1-5 and 1-6, or multiplex digital television signal in black and white from the sensor 1-7 and 1-8.

Функция демультиплексирования (разделения) сигналов реализуется на плате видео сервера. Там же выполняется и преобразование «кольцевых» кадров изображения, формируемых датчиками 1-5, 1-6, 1-7 и 1-8 в «прямоугольные» кадры. Отметим, что операция считывания этих «прямоугольных» кадров включает и коррекцию программным путем геометрических искажений соответствующего участка панорамного изображения.The function of demultiplexing (separation) of signals is implemented on the video server board. There, the conversion of “circular” image frames formed by sensors 1-5, 1-6, 1-7, and 1-8 into “rectangular” frames is also performed. It should be noted that the operation of reading these “rectangular” frames also includes the correction by software of geometric distortions of the corresponding section of the panoramic image.

Кроме этого, плата видео, установленная в свободный слот на материнской плате сервера 2, выполняет следующие функции:In addition, the video card installed in a free slot on the server 2 motherboard performs the following functions:

- ввод «кольцевого» цифрового цветного или соответственно монохромного видеосигнала в первый и второй блоки оперативной памяти;- input "ring" digital color or, respectively, monochrome video signal into the first and second blocks of RAM;

- преобразование выходного «кольцевого» кадра черно-белого изображения или «кольцевого» кадра цветного изображения в соответствующие «прямоугольные» кадры путем считывания видеосигнала из этих блоков оперативной памяти.- conversion of the output “ring” frame of a black-and-white image or “ring” frame of a color image into the corresponding “rectangular” frames by reading the video signal from these blocks of RAM.

Отметим, что ввод цифрового цветного видеосигнала в оперативную память и вывод из нее этого сигнала изображения производится с периодом Т_к, ввод цифрового монохромного видеосигнала - с периодом nТ_к, а вывод из нее - с периодом Т_к, где Т_к - длительность кадра, n - число суммируемых кадров.Note that the digital color video signal is entered into RAM and this image signal is output from it with a period of T _k , the digital monochrome video signal is input with a period of nT _k , and the output from it with a period of T _k , where T _k is the frame duration, n is the number of summed frames.

Устройство панорамного телевизионного наблюдения «день - ночь» (см. фиг.1) работает следующим образом. Телевизионная камера 1 устанавливается в фиксированное положение, например, при помощи фотоштатива (на фиг.1 он не показан).Device panoramic television surveillance "day - night" (see figure 1) works as follows. The television camera 1 is installed in a fixed position, for example, using a photographic tripod (in figure 1 it is not shown).

«Кольцевое» изображение наблюдаемой сцены, формируемое панорамным объективом 1-1, по оптическому пути: первая светоделительная грань призмы светоделителя 1-2-1, вторая светоделительная грань призмы светоделителя 1-2-1, спектроделительная грань призмы корректирующего светофильтра 1-2-2, вторая грань призмы корректирующего светофильтра 1-2-2 проецируется в видимом спектральном диапазоне на входное окно первой ВОН 1-3. Одновременно оптический кадр панорамного объектива 1-1 по другому оптическому пути: первая светоделительная грань призмы светоделителя 1-2-1, вторая светоделительная грань призмы светоделителя 1-2-1, третья грань призмы светоделителя 1-2-1 во всем спектральном диапазоне (видимом и инфракрасном) проецируется на входное окно второй ВОН 1-4. Отметим, что инфракрасная область спектра последнего изображения дополнительно усиливается за счет светового потока, отраженного спектроделительной гранью призмы корректирующего светофильтра 1-2-2 в направлении третьей грани призмы светоделителя 1-2-1 (см. ход оптических лучей на фиг.15).The "circular" image of the observed scene, formed by the panoramic lens 1-1, along the optical path: the first beam-splitting face of the prism splitter 1-2-1, the second beam-splitting face of the prism splitter 1-2-1, the spectral splitting prism of the correcting filter 1-2-2 , the second face of the prism of the correction filter 1-2-2 is projected in the visible spectral range onto the input window of the first VOH 1-3. At the same time, the optical frame of the panoramic lens 1-1 along a different optical path: the first beam-splitting face of the prism beamsplitter 1-2-1, the second beam-splitting face of the prism beamsplitter 1-2-1, the third face of the prism beamsplitter 1-2-1 in the entire spectral range (visible and infrared) is projected onto the input window of the second VON 1-4. Note that the infrared region of the spectrum of the last image is further enhanced due to the light flux reflected by the spectro-dividing face of the prism of the correcting filter 1-2-2 in the direction of the third face of the prism of the beam splitter 1-2-1 (see the optical path in FIG. 15).

Будем полагать для упрощения, что мишени фотоприемников датчиков 1-5, 1-6, 1-7 и 1-8 имеют формат 1:1.For simplicity, we will assume that the targets of the photodetectors of sensors 1-5, 1-6, 1-7, and 1-8 have a 1: 1 format.

При помощи жгутов ВОН 1-5 периферийная часть кольцевого оптического изображения с первого выхода светоделителя 1-2 проецируется на мишень фотоприемника первого датчика 1-5, а центральная часть этого кольцевого изображения - на мишень фотоприемника второго датчика 1-6.Using BON 1-5 harnesses, the peripheral part of the annular optical image from the first output of the beam splitter 1-2 is projected onto the target of the photodetector of the first sensor 1-5, and the central part of this ring image is projected onto the target of the photodetector of the second sensor 1-6.

Одновременно и совершенно аналогично при помощи жгутов ВОН 1-4 периферийная часть кольцевого оптического изображения со второго выхода светоделителя 1-2 проецируется на мишень фотоприемника третьего датчика 1-7, а центральная часть этого кольцевого изображения - на мишень фотоприемника четвертого датчика 1-8.At the same time and in exactly the same way, using the VON 1-4 harnesses, the peripheral part of the annular optical image from the second output of the beam splitter 1-2 is projected onto the target of the photodetector of the third sensor 1-7, and the central part of this ring image is projected onto the target of the photodetector of the fourth sensor 1-8.

Фотоприемник первого датчика 1-5 формирует аналоговый видеосигнал цветного изображения путем считывания пикселов на мишени, вписанной по высоте на диаметр кольцевого изображения, при этом исключается поэлементное считывание на площади участка мишени, расположенного внутри этой мишени. На фиг.6 пассивная область мишени отмечена компьютерной заливкой-штриховкой от центра.The photodetector of the first sensor 1-5 generates an analog video signal of a color image by reading pixels on a target inscribed in height by the diameter of the ring image, while element-by-element reading is excluded on the area of the target area located inside this target. 6, the passive region of the target is marked by computer shading from the center.

Мишень фотоприемника второго датчика 1-6 вписана по высоте в этот вертикальный размер пассивной области мишени фотоприемника датчика 1-5, как показано на фиг.8. Область, занимаемая на мишени световодным жгутом 41 (на фиг.8 она тоже помечена штриховкой-заливкой), будет являться пассивной. Матрица ПЗС второго датчика точно также считывает с оптимальной скоростью только те пикселы на мишени, которые не являются бесполезными для такого преобразования, т.е. исключается формирование видеосигнала цветного изображения для небольшой по площади, но априори пассивной области мишени.The target of the photodetector of the second sensor 1-6 is inscribed in height in this vertical dimension of the passive region of the target of the photodetector of the sensor 1-5, as shown in Fig. 8. The region occupied on the target by the light guide bundle 41 (in Fig. 8, it is also marked with hatching-filling), will be passive. The CCD matrix of the second sensor likewise reads at the optimum speed only those pixels on the target that are not useless for such a conversion, i.e. the formation of a video signal of a color image for a small in area but a priori passive region of the target is excluded.

Аналогичная ситуация происходит и для датчиков 1-7, 1-8 в параллельном канале монохромного изображения.A similar situation occurs for sensors 1-7, 1-8 in a parallel channel of a monochrome image.

В результате фотоэлектрических и последующих аналого-цифровых преобразований видеосигнала на выходе датчика ЦТС 1-5 и выходе датчика 1-6 формируется цифровой телевизионный сигнал цветного изображения наблюдаемой сцены, а на выходе датчика 1-7 и соответственно датчика 1-8 - цифровой телевизионный сигнал черно-белого изображения для той же сцены.As a result of photoelectric and subsequent analog-to-digital transformations of the video signal, a digital television signal of a color image of the observed scene is generated at the output of the PZT sensor 1-5 and the sensor output 1-6, and a digital television signal is black at the output of the sensor 1-7 and, respectively, sensor 1-8 and white image for the same scene.

Затем оба этих цветных видеосигнала и соответственно оба этих монохромных видеосигнала при помощи мультиплексоров 1-9, 1-10 по единственным линиям связи поступают на информационные входы суточного коммутатора видеосигналов 1-11.Then, both of these color video signals and, respectively, both of these monochrome video signals, with the help of multiplexers 1–9, 1–10, are fed through single communication lines to the information inputs of the diurnal video signal switch 1–11.

Селектор 1-11-1 выделяет из аналогового композитного цветного видеосигнала датчика ЦТС 1-5 (см. фиг.12а) строчные и кадровые синхроимпульсы (см. фиг.12б), а ФИ 1-11-2 вырабатывает в пределах каждого кадрового гасящего импульса следующие с периодом Т_к импульсы записи и сброса (см. соответственно фиг.12в и фиг.12г).The selector 1-11-1 extracts lowercase and frame sync pulses (see fig.12b) from the analog composite color video signal of the PZT 1-5 sensor (see Fig. 12a), and FI 1-11-2 generates within each frame blanking pulse the next with a period T _{to the} write and reset pulses (see respectively figv and figg).

Детектор 1-11-3 с периодом Т_к измеряет наибольшее значение (пиковый уровень) видеосигнала от двух датчиков 1-5 и 1-6 (см. фиг.12д), блок 1-11-4 выборки-хранения запоминает его на время Т_к (см. фиг.12е), а компаратор 1-11-5 оценивает выходное напряжение, сравнивая его с пороговым напряжением U_n (см. фиг.12ж).The detector 1-11-3 with a period T _k measures the highest value (peak level) of the video signal from two sensors 1-5 and 1-6 (see Fig. 12e), the sampling-storage unit 1-11-4 stores it for a time T _k (see fig.12e), and the comparator 1-11-5 estimates the output voltage by comparing it with a threshold voltage U _n (see fig.12zh).

Предположим, что устройство панорамного телевизионного наблюдения работает в дневное время суток, т.е. в режиме «день». Тогда компаратор 1-11-5 не изменяет своего состояния по выходу, поддерживая состояние логической «1» (см. диаграмму на фиг.12ж), а, следовательно, на выход телевизионной камеры передается мультиплексный цифровой телевизионный сигнал с выхода первого мультиплексора 1-9. Затем этот «кольцевой» видеосигнал цветного изображения по линии связи между телевизионной камерой 1 и сервером 2 поступает на плату видео, где подвергается операции демультиплексирования, т.е. разделяется на два канала. Далее цветной видеосигнал каждого из двух кольцевых изображений вводится (записывается) в блоки оперативной памяти.Assume that a panoramic television surveillance device operates in the daytime, i.e. in day mode. Then, the comparator 1-11-5 does not change its output state, maintaining a logical “1” state (see the diagram in Fig. 12g), and, therefore, a multiplex digital television signal from the output of the first multiplexer 1-9 is transmitted to the output of the television camera . Then this “ring” video signal of a color image is transmitted through a communication line between a television camera 1 and a server 2 to a video card, where it undergoes a demultiplexing operation, i.e. divided into two channels. Next, the color video signal of each of the two ring images is entered (recorded) into the blocks of RAM.

Предположим, что текущий угол поля зрения (γ_г) предъявляемого панорамного изображения составляет 60 градусов по горизонтали, тогда «кольцевой» кадр записи для первого из этих изображений включает 6 (шесть) условных областей (см. фиг.7), а «кольцевой» кадр записи для второго изображения тоже включает 6 условных областей (см. фиг.9). Очевидно, что последние области будут перекрываться, но с этим можно согласиться, т.к. крайне желательно обеспечить запись видеосигналов с поддержанием неизменного показателя по четкости изображения.Suppose that the current angle of view (γ _g ) of the presented panoramic image is 60 degrees horizontally, then the “ring” recording frame for the first of these images includes 6 (six) conditional areas (see Fig. 7), and the “ring” the recording frame for the second image also includes 6 conditional areas (see Fig. 9). Obviously, the last areas will overlap, but we can agree with this, because It is highly desirable to ensure the recording of video signals while maintaining a constant indicator of image clarity.

Цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в m «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг.7 или фиг.9 соответственно) операторам локальной вычислительной сети. В нашем примере две эти последовательности содержат 12 различных изображений.The digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into m "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence (see Fig. 7 or Fig. 9, respectively) to the operators of the local area network. In our example, these two sequences contain 12 different images.

Это означает, что площадь захватываемого оптического пространства для оператора по сравнению с прототипом увеличивается в два или почти в два раза, если принимать в расчет возможное взаимное перекрытие предлагаемых изображений.This means that the area of the captured optical space for the operator in comparison with the prototype is doubled or almost doubled, if we take into account the possible mutual overlap of the proposed images.

Будем считать, что в качестве персональных компьютеров 3, образующих эту сеть использованы ноутбуки, содержащие в своем составе материнскую плату с установленными на ней процессором и оперативной памятью, а также жесткий диск, дисплей, клавиатуру, тачпад или «мышь». Оператор каждого ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.We assume that the personal computers 3 that make up this network are laptops containing a motherboard with a processor and RAM installed on it, as well as a hard drive, display, keyboard, touchpad or mouse. The operator of each laptop 3 can select the image proposed by the server 2 image and its output to the display screen.

Предположим, что устройство панорамного телевизионного наблюдения работает в вечернее или ночное время. Тогда на выходе компаратора 1-11-5 устанавливается состояние логического «0» (см. фиг.12ж). В результате на выход телевизионной камеры передается мультиплексный цифровой телевизионный сигнал с выхода второго мультиплексора 1-10, а по линии связи на плату видео сервера 2 поступает «кольцевой» видеосигнал черно-белого изображения.Assume that a panoramic television surveillance device operates in the evening or at night. Then, at the output of the comparator 1-11-5, the state of the logical “0” is set (see FIG. 12g). As a result, a multiplex digital television signal from the output of the second multiplexer 1-10 is transmitted to the output of the television camera, and a “ring” video signal of black and white image is received through the communication line to the video server 2 card.

В зависимости от освещенности наблюдаемой сцены в секциях памяти 1-7-1-2 и 1-8-1-2 матриц ПЗС для датчиков 1-7 и 1-8 будет реализовано сложение такого числа зарядовых пакетов кадров, чтобы обеспечить оптимальное накопление фотоприемника и формирование на выходе датчика монохромного изображения с максимально возможным отношением сигнал/шум.Depending on the illumination of the observed scene in the memory sections 1-7-1-2 and 1-8-1-2 of the CCD matrices for sensors 1-7 and 1-8, addition of such a number of charge packets of frames will be implemented to ensure optimal photodetector accumulation and formation at the sensor output of a monochrome image with the highest possible signal to noise ratio.

В остальном же работа устройства панорамного наблюдения в это время суток не отличается от его работы в дневное время.The rest of the work of the panoramic monitoring device at this time of day does not differ from its work in the daytime.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что оператору ноутбука по сравнению с прототипом предлагается цветное изображение днем и черно-белое изображение вечером и ночью в автоматическом режиме переключения с увеличенной площадью захватываемого изображения и с повышенным отношением сигнал/шум для монохромного изображения.The technical result of the invention lies in the fact that the laptop operator, in comparison with the prototype, is offered a color image during the day and a black and white image in the evening and at night in the automatic switching mode with a larger area of the captured image and with an increased signal to noise ratio for a monochrome image.

По сравнению с прототипом число фотоприемников телевизионной камеры увеличивается с одного до четырех, но в качестве этих фотоприемников допустимо «безболезненное» использование матриц ПЗС, имеющих технологические дефекты в центральной области мишени.Compared with the prototype, the number of photodetectors of a television camera increases from one to four, but as these photodetectors, the "painless" use of CCD arrays having technological defects in the central region of the target is acceptable.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства панорамного телевизионного наблюдения «день-ночь» освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью. Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Currently, all the elements of the structural scheme of the panoramic day-night television monitoring device are mastered or can be mastered by the domestic industry. Therefore, the present invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2371880, МПК H04N 7/00. Способ панорамного телевизионного наблюдения и устройство для его осуществления. / В.М. Смелков // БИ. - 2009. - №30.1. RF patent No. 2371880, IPC H04N 7/00. The method of panoramic television surveillance and device for its implementation. / V.M. Smelkov // BI. - 2009. - No. 30.

2. Патент РФ №2185645, МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // БИ. - 2002. - №20.2. RF patent No. 2185645, IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror-lens / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // BI. - 2002. - No. 20.

3. Бабенко B.C. Оптика телевизионных устройств. М.: «Радио и связь», 1982.3. Babenko B.C. Optics of television devices. M .: "Radio and communications", 1982.

4. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение: Телевизионные системы с переменными параметрами на ПЗС и микропроцессорах. - М.: «Радио и связь», 1986.4. Khromov L.I., Lebedev N.V., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Solid State Television: Television systems with variable parameters on a CCD and microprocessors. - M.: “Radio and Communications”, 1986.

5. Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации. - М.: «Радио и связь», 1991.5. Khromov L.I., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Video informatics. Transfer and computer processing of video information. - M.: “Radio and Communications”, 1991.

6. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1985.6. Lenk J. Electronic circuits: a practical guide. Translation from English - M .: "World", 1985.

7. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, в трех томах. М.: «Мир», том 2, 1983.7. Horowitz P., Hill W. Art of circuitry, in three volumes. M .: "World", volume 2, 1983.

8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, в трех томах. М.: «Мир», том 1, 1983.8. Horowitz P., Hill W. The art of circuitry, in three volumes. M .: "World", volume 1, 1983.

Claims

1. A panoramic day-night panoramic television monitoring device comprising a television camera and a server connected in series to a local area network, to which two or more personal computers are connected, the prototype television camera consisting of sequentially located and optically connected panoramic lenses and a digital television signal sensor (DTS sensor), and a video card matched to the channel is installed in the expansion slot on the prototype server motherboard Am I / O, control and power from the server bus, containing a block for converting a "ring" frame into "rectangular" frames (BPKP), the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the output "network", and the number m "rectangular" frames corresponding to one current "circular" frame, satisfies the ratio:

m = \frac{360}{γ_{g}}, (one)

where γ _g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this conversion is carried out programmatically, characterized in that an optical unit is introduced into the television camera, the input of which is optically coupled to the optical frame of the panoramic lens, the first output of the optical unit is optically coupled with the first fiber-optic nozzle (VON), and the second output of the optical unit with the second VON, the second PZT sensor synchronized in frequency and phase with the first PZT sensor by the synchronization signal and a receiver (MSS), the third and fourth DTC sensors, the fourth MTC sensor on MSS synchronized with the third MTC sensor, as well as the first multiplexer, the first information input of which is connected to the digital television signal of the first MTC sensor, the second information input of the first multiplexer is the output of the digital television signal of the second PZT sensor, the synchronization input of the first multiplexer - to the output of the clock signal of the first PZT sensor, while the target of the photodetector of the first PZT sensor is connected via a wave an optical-optical joint with peripheral optical fibers of the first VOH, and its central optical fibers with the target of the photodetector of the second PZT sensor, as well as the second multiplexer, the first information input of which is connected to the digital television signal of the third PZT sensor, the second information input of the second multiplexer is to the output of the digital television signal of the fourth PZT sensor, the synchronization input of the second multiplexer - to the sync signal output of the third PZT sensor, while the target of the photodetector tr the third DTC sensor is connected via a fiber-optic joint with the peripheral optical fibers of the second VON, and its central optical fibers are connected to the target of the photodetector of the fourth DTC, the output of the first multiplexer connected to the first information input of the daily switch of video signals, the second information input of which is to the output of the second multiplexer, the first control input of the daily switch of video signals - to the output of the analog television signal of the first sensor of the DSP, the second control in One daily switch of video signals - to the output of the analogue television signal of the second PZT sensor, and the output of the daily switch of video signals is the “video” output of a television camera, while the first and second PZT sensors are color image signal sensors and are based on CCDs with the organization of “horizontal transfer” ”, And the third and fourth DTC sensors are sensors of a black-and-white image signal and are made on the basis of CCD matrices with the organization of“ line-frame transfer ”, part of the third and corresponding In addition to the fourth DTC sensors, an accumulator pulse generator (FI) was additionally introduced, which ensures the addition of charge packets formed in the photodetector section in the CCD sensor memory section, and the video server board additionally contains a demultiplexer and a second BPCP, the input of which is connected to the output of the second RAM block per frame and the output of the second BPKP - to the output of the "network" of the server, while the number of generated "rectangular" frames satisfies the relation (1), and the operation of demultiplexing the input video signal a and transformation "circular" frame "rectangular" frames are performed in the server programmatically, wherein the video server board provides input digital color video signal into memory and outputting therefrom the image signal with period T _c, and the input digital monochrome video signal - with the period nT _to , and the output - with a period of T _to , where T _to - the duration of the frame, n - the number of summed frames.

2. The panoramic television observation device according to claim 1, characterized in that the optical unit comprises a beam splitter and a corrective light filter, wherein the beam splitter is made in the form of a prism with two beam splitting faces located at an angle of 30 °, the first beam splitting face of the prism being the input of the beam splitter, the second beam splitter face — the first beam splitter output, the third prism face located at an angle of 60 ° with respect to its first face — the second beam splitter output, and the corrective filter it is made in the form of a prism with one spectral splitting face, which is the input of the correcting filter and is located at an angle of 30 ° with respect to its second face, which is the output of the correcting filter, while the first output of the beam splitter is optically connected to the input of the correcting filter, and the second beam splitting face of the prism the beam splitter is installed close to the spectrodividing face of the prism of the correcting filter, while the output of the correcting filter is the first output of the optical of the second block, and the second output of the beam splitter - the second output of the optical block.

3. The panoramic television surveillance device according to claim 1, characterized in that the panoramic lens, a beam splitter, a corrective filter, the first and second fiber optic nozzles (VON) are made in one optical device.

4. The panoramic observation device according to claim 1, characterized in that the photodetector of the third and fourth DTC sensors of the television camera is made on the basis of a CCD matrix with the organization of "line transfer", and the summation of the charge packets accumulated during the frame in the photosensitive elements of the target of the photodetector is performed in light-shielded vertical CCD registers of the target.

5. The panoramic television monitoring device according to claim 1, characterized in that the format of the target of the photodetector of the second PZT sensor is smaller than the format of the target of the photodetector of the first PZT, and the target format of the photodetector of the fourth PZT is smaller than the format of the target of the third PZT sensor with the same geometric dimensions of their matrix pixels ( image elements).

6. The panoramic observation device according to claim 1, characterized in that the diurnal video signal switch comprises serially connected clock selector and a pulse shaper (FI) of recording and reset, as well as serially connected video signal detector, a sampling-storage unit and a comparator, the installation input of which is connected to the threshold voltage, and the output to the control input of the switch, while the control input of the fetch-storage unit is connected to the first output of the write and reset FI, the second output of which is connected the control input of the video signal detector, and the input of the clock selector is combined with the first information input of the detector and is the first control input of the daily switch, the second information input of the video signal detector is the second control input of the daily switch, the first information input of the switch is the first information input of the daily switch, the second information input of the switch - the second information input of the daily switch, and the output of the switch - the output of the daily switch.