RU2592831C1 - Photodetector device for panoramic television-computer surveillance - Google Patents
Photodetector device for panoramic television-computer surveillance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2592831C1 RU2592831C1 RU2015126835/07A RU2015126835A RU2592831C1 RU 2592831 C1 RU2592831 C1 RU 2592831C1 RU 2015126835/07 A RU2015126835/07 A RU 2015126835/07A RU 2015126835 A RU2015126835 A RU 2015126835A RU 2592831 C1 RU2592831 C1 RU 2592831C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- circular
- ring
- target
- elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионно-компьютерной системой при помощи «кольцевого» фотоприемника, 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-computer system using a "ring" photodetector, 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 фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения [1], выполненное по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) на кристалле в виде кругового кольца, который содержит «кольцевую» фотоприемную область (мишень), «кольцевую» секцию памяти, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), при этом линейки светочувствительных элементов и линейки экранированных от света элементов мишени, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, причем на мишени линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, которые последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига.The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a photodetector device for panoramic television-computer observation [1], made by the technology of charge-coupled devices (CCD) on a crystal in the form of a circular ring that contains a “ring” photodetector region (target), A “ring” section of memory, a “ring” shift register, ending with a charge-voltage converter (BPS), with a line of photosensitive elements and a line of target elements shielded from light , as well as the lines of light-shielded elements of the memory section are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there, and on the target, the lines of photosensitive elements alternate with the lines of light-shielded elements that are connected in series by the charge communication with the rulers of the elements of the memory section, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section of the photodetector but the number of elements in its "annular" shift register.
Объект изобретения прототипа - устройство (организация) фотоприемника предназначено(а) для осуществления в другом объекте, а именно: в устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения.The object of the invention of the prototype - the device (organization) of the photodetector is intended (a) for implementation in another object, namely: in the device of a computer system for panoramic television surveillance.
Согласно патенту [1] это второе устройство содержит последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, а телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе последовательно расположенные и связанные фотоприемник и блок фотоприемника, обеспечивающий развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, а в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению 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, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:According to the patent [1], this second device contains a television camera and a server connected in series to a local area network, to which two or more personal computers are connected, and a television camera consists of a series-aligned and optically connected panoramic lens and a digital television signal sensor, which contains in its composition sequentially located and connected photodetector and photodetector unit, providing a scan of the analog video signal f the receiver and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, and a video card is installed in the expansion slot on the server motherboard, coordinated via the input / output channels, control and power supply 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 "network" output, and the number of "rectangular" frames corresponding to one current "ring" frame satisfies the ratio:
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, при этом фотоприемник телевизионной камеры выполнен в виде кругового кольца, реализуя «кольцевую» мишень сенсора и встроенную память на кадр, а блок фотоприемника телевизионной камеры формирует «кольцевой» растр изображения.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, while the photodetector of the television camera is made in the form of a circular ring, realizing the "ring" target of the sensor and the internal memory per frame, and the photodetector unit of the television camera forms a “ring” image raster.
Для фотоприемника прототипа предполагается, что число элементов (пикселов) в каждой «радиальной» линейке мишени соответствует числу пикселов в каждой «радиальной» линейке его секции памяти.For the prototype photodetector, it is assumed that the number of elements (pixels) in each “radial” line of the target corresponds to the number of pixels in each “radial” line of its memory section.
Таким образом, число «кольцевых» строк, сформированных на мишени фотоприемника, равно числу «кольцевых» строк, образованных на его экранированной от света секции памяти.Thus, the number of “circular” lines formed on the target of the photodetector is equal to the number of “circular” lines formed on its memory section shielded from light.
Чувствительность фотоприемника прототипа может быть увеличена (см. п. 4 формулы изобретения [1]) путем суммирования в секции памяти зарядовых пакетов, сформированных на мишени. Однако следует признать, что этот метод повышения чувствительности является компромиссным. Он не всегда приемлем, т.к. здесь рост чувствительности сопровождается обменом этого параметра на обязательное снижение динамики (скорости движения) контролируемых объектов.The sensitivity of the prototype photodetector can be increased (see paragraph 4 of the claims [1]) by summing in the memory section of the charge packets formed on the target. However, it should be recognized that this method of increasing sensitivity is a compromise. It is not always acceptable, because Here, an increase in sensitivity is accompanied by the exchange of this parameter for a mandatory decrease in the dynamics (speed of movement) of controlled objects.
Недостаток прототипа - невысокая чувствительность «кольцевого» фотоприемника в ночное время суток из-за ограниченных размеров светочувствительных элементов на мишени и ограниченной скорости движения контролируемых объектов.The disadvantage of the prototype is the low sensitivity of the "ring" photodetector at night due to the limited size of the photosensitive elements on the target and the limited speed of the controlled objects.
Задачей изобретения является повышение чувствительности «кольцевого» фотоприемника за счет повышения площади светочувствительных элементов на мишени при сохранении ее геометрических размеров и без обмена чувствительности на другой параметр.The objective of the invention is to increase the sensitivity of the "ring" photodetector by increasing the area of the photosensitive elements on the target while maintaining its geometric dimensions and without exchanging the sensitivity for another parameter.
Поставленная задача в заявляемом устройстве фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения решается тем, что в устройство фотоприемника прототипа [1], выполненное по технологии ПЗС на кристалле в виде кругового кольца, который содержит «кольцевую» мишень, «кольцевую» секцию памяти, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН, при этом линейки светочувствительных элементов мишени и линейки элементов экранированной от света секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, число «кольцевых» строк, сформированных на мишени фотоприемника, равно числу «кольцевых» строк, образованных на его секции памяти, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, введено следующее изменение, а именно: всю площадь мишени фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти.The problem in the inventive photodetector device for panoramic television-computer monitoring is solved by the fact that the prototype photodetector device [1], made by CCD technology on a chip in the form of a circular ring, which contains a “ring” target, “ring” memory section, “ring "A shift register ending in an FPRS, with the line of photosensitive elements of the target and the line of elements of the light-shielded section of memory located along the radial directions from the imaginary center ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there, the number of “ring” lines formed on the target of the photodetector is equal to the number of “ring” lines formed on its memory section, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section of the photodetector is equal to the number of elements in its “ring” shift register, the following change is introduced, namely: the entire area of the target of the photodetector is occupied by lines of photosensitive elements, which are directly and consistently associated charge-coupled elements with rulers memory section.
Чувствительность заявляемого фотоприемника может быть без обмена параметров дополнительно увеличена за счет организации экспонирования мишени со стороны подложки его кристалла.The sensitivity of the claimed photodetector can be further increased without exchanging parameters due to the organization of exposure of the target from the substrate of its crystal.
Целесообразно привести физическое обоснование достигаемого технического эффекта, что и будет сделано ниже.It is advisable to give a physical justification of the achieved technical effect, which will be done below.
Световая или энергетическая чувствительность фотоприемника определяется минимально допустимой, т.е. пороговой освещенностью на объекте, при которой обеспечивается заданное качество изображения.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.
Рассмотрим известное выражение для пороговой освещенности сцены в реальной ситуации обнаружение и опознавания фотоприемником малоконтрастных объектов [2, с. 94]:Consider 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 [2, p. 94]:
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;
ko - коэффициент отражения объекта;k o - 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;
f - фокусное расстояние объектива;f is the focal length of the lens;
τ - коэффициент пропускания объектива.τ is the transmittance of the lens.
При использовании для фотоприемников прототипа и заявляемого устройства технологии ПЗС, а для их работы (в составе телевизионной камеры, наблюдающей один и тот же объект) одного и того же панорамного объектива и блока «кольцевой» развертки будем иметь одинаковые показатели следующих параметров: Ν, ko, kф, Тн, Ψпор, D, f, τ.When using the prototype and the claimed device for CCD technology for photodetectors, and for their operation (as part of a television camera observing the same object) of the same panoramic lens and the “ring” scan unit, we will have the same parameters for the following parameters: Ν, k o , k f , T n , Ψ pore , D, f, τ.
Для фотоприемника прототипа, по сравнению с прототипом, при одном и том же формате мишени за счет исключения экранированных элементов может быть увеличен параметр площади светочувствительного пиксела (Δ2).For the photodetector of the prototype, in comparison with the prototype, with the same target format, by eliminating the shielded elements, the area parameter of the photosensitive pixel (Δ 2 ) can be increased.
Если же для заявляемого фотоприемника использовать возможность реализации освещения (экспозиции) со стороны подложки кристалла с выполнением необходимого уже с этой стороны экранирования секции памяти, то будет получен дополнительный выигрыш и в параметре квантового выхода (η).If, however, for the inventive photodetector, we use the possibility of realizing illumination (exposure) from the side of the crystal substrate with performing the shielding of the memory section already necessary on this side, then we will get an additional gain in the parameter of the quantum output (η).
Рост параметров Δ2 и η в соответствии с выражением (2) уменьшает пороговую освещенность Епор, обеспечивая повышение чувствительности заявляемого фотоприемника.The increase in the parameters Δ 2 and η in accordance with the expression (2) reduces the threshold illumination E then , providing increased sensitivity of the inventive photodetector.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство фотоприемника отличается наличием повышенных параметров, а именно: площади светочувствительного пиксела (Δ2) или ее в совокупности с новым показателем квантового выхода (η).Comparative analysis with the prototype [1] shows that the inventive device of the photodetector is characterized by the presence of increased parameters, namely: the area of the photosensitive pixel (Δ 2 ) or in combination with a new indicator of quantum yield (η).
Если экспонирование фотоприемника осуществляется со стороны электродов на его кристалле, то выигрыш в чувствительности достигается за счет роста параметра Δ2, т.к. экранированных пикселов на мишени больше нет.If the photodetector is exposed from the side of the electrodes on its crystal, then the gain in sensitivity is achieved due to the increase in the parameter Δ 2 , because there are no more shielded pixels on the target.
Когда же возможно экспонирование фотоприемника со стороны положки кристалла, то вследствие удаления на пути фотонов металлических электродов будет иметь место рост параметра η. На практике это особенно проявляется в ближней инфракрасной области спектра.When it is possible to expose the photodetector from the side of the crystal, then, due to the removal of metal electrodes in the path of the photons, the parameter η will increase. In practice, this is especially evident in the near infrared region of the spectrum.
Заявляемый фотоприемник, как и фотоприемник прототипа, реализует «кольцевой» растр телевизионного изображения, но реализуемая в нем развертка может быть охарактеризована как «кольцевая» развертка видеосигнала по методу «кольцевой кадровый перенос».The inventive photodetector, like the photodetector of the prototype, implements a “ring” raster of a television image, but the scan implemented in it can be described as a “ring” scan of a video signal using the “ring frame transfer” method.
Важно подчеркнуть, что для предлагаемого фотоприемника могут быть применены те же управляющие сигналы, которые используются для организации «прямоугольной» развертки в матрицах ПЗС кадрового переноса.It is important to emphasize that for the proposed photodetector, the same control signals can be applied that are used to organize a “rectangular” scan in the CCD matrices of frame transfer.
Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства фотоприемника не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features of the claimed device of the photodetector is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Заявляемый фотоприемник имеет форму кристалла в виде кругового кольца, а его экспонирование может осуществляться как со стороны электродов, так и со стороны подложки. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.The inventive photodetector has the shape of a crystal in the form of a circular ring, and its exposure can be carried out both from the side of the electrodes and from the side of the substrate. Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения согласно изобретению [1]; на фиг. 2, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 3 приведена схема организации заявляемого фотоприемника; на фиг. 3. на фиг. 4 - структурная схема телевизионной камеры с использованием заявляемого фотоприемника; на фиг. 5 - фрагмент мишени заявляемого фотоприемника, иллюстрирующий режим экспонирования со стороны электродов кристалла; на фиг. 6 - фрагмент мишени заявляемого фотоприемника в режиме экспонирования со стороны подложки кристалла.In FIG. 1 is a structural diagram of a device for a panoramic video surveillance computer system according to the invention [1]; in FIG. 2, according to [3], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 3 shows a diagram of the organization of the inventive photodetector; in FIG. 3. in FIG. 4 is a structural diagram of a television camera using the inventive photodetector; in FIG. 5 is a fragment of a target of the inventive photodetector, illustrating the exposure mode from the side of the crystal electrodes; in FIG. 6 is a fragment of the target of the inventive photodetector in the exposure mode from the side of the crystal substrate.
Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, в котором осуществляется заявляемое изобретение, 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 состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива 1-1, фотоприемника 1-2 и блока 1-3 «кольцевой» развертки фотоприемника и формирования цифрового телевизионного сигнала, при этом управляющие входы фотоприемника 1-2 подключены к выходам импульсных напряжений блока 1-3, реализующих «кольцевую» развертку, а выход цифрового телевизионного сигнала, формируемого в блоке 1-3, является выходом телевизионной камеры 1, при этом на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, выполняющая программным путем запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера и преобразование «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 in which the claimed invention is carried out, see FIG. 1 comprises a television camera 1 and a server 2 connected in series to a local area network, to which two or more personal computers are connected at position 3, the television camera 1 consisting of sequentially located and optically connected panoramic lens 1-1, a photodetector 1 -2 and block 1-3 of the "circular" scan of the photodetector and the formation of a digital television signal, while the control inputs of the photodetector 1-2 are connected to the pulse voltage outputs of unit 1-3, which realize "to frontal scan, and the output of the digital television signal generated in block 1-3 is the output of the television camera 1, while on the server motherboard 2 a video card is installed that programmatically records the “ring” video signal into the server’s RAM and converts the “ring” "Frames into" rectangular "frames, and the number of" rectangular "frames corresponding to one current" circular "frame satisfies relation (1).
Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры 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 [3].The panoramic lens 1-1 of the television camera 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 [3].
Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 2. 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. 2. 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.
Заявляемая организация фотоприемника 1-2, см. фиг. 3, с мишенью в виде кругового кольца может быть реализована по технологии ПЗС.The inventive organization of the photodetector 1-2, see Fig. 3, with a target in the form of a circular ring, it can be implemented using CCD technology.
Она содержит на общем кристалле мишень 1-2-1, на всей площади которой в радиальных направлениях (от воображаемого геометрического центра кольца к его внешней периферии) расположены линейки светочувствительных элементов; экранированную от света секцию памяти 1-2-2, заполненную в тех же радиальных направлениях линейками и с таким же числом элементов, что и на мишени, а также «кольцевой регистр сдвига 1-2-3, заканчивающийся БПЗН 1-2-4; при этом число элементов в каждой сформированной «кольцевой» строке мишени 1-2-1 и в каждой образованной «кольцевой» строке секции памяти 1-2-2 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3, а линейки светочувствительных элементов мишени 1-2-1 непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти 1-2-2.It contains a 1-2-1 target on a common crystal, over the entire area of which in radial directions (from the imaginary geometric center of the ring to its outer periphery) there are lines of photosensitive elements; shielded from light section of memory 1-2-2, filled in the same radial directions with rulers and with the same number of elements as on the target, as well as "ring shift register 1-2-3, ending BPZN 1-2-4; the number of elements in each formed “ring” line of the target 1-2-1 and in each formed “ring” line of the memory section 1-2-2 is equal to the number of elements in the “ring” shift register 1-2-3, and the line of photosensitive elements of the target 1-2-1 directly and sequentially connected by charge communication with the line of elements of the memory section 1-2-2.
Экспонирование фотоприемника 1-2 может осуществляться в типовом режиме со стороны электродов кристалла (см. фиг. 5) или в другом режиме - со стороны подложки кристалла, см. фиг. 6.Exposure of the photodetector 1-2 can be carried out in a typical mode from the side of the crystal electrodes (see Fig. 5) or in another mode from the side of the crystal substrate, see Fig. 6.
Для второго варианта режима экспонирования мишени для фотоприемника должно быть предусмотрено технологическое экранирование секции памяти не со стороны электродов кристалла, а со стороны подложки.For the second version of the target exposure mode for the photodetector, technological shielding of the memory section should be provided not from the side of the crystal electrodes, but from the side of the substrate.
Следует отметить, что для заявляемого «кольцевого» фотоприемника, как и для прототипа, электроды переноса на мишени, в секции памяти и в «кольцевом» регистре 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.It should be noted that for the inventive "ring" photodetector, as well as for the prototype, the transfer electrodes on the target, in the memory section and in the "ring" shift register 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.
Дополнительно целесообразно здесь рекомендовать следующее. Для работы заявляемого фотоприемника в условиях возможных световых перегрузок с целью расширения его динамического диапазона можно использовать все технические действия, предлагаемые отечественным способом формирования сигнала изображения по патенту РФ [4].Additionally, it is advisable here to recommend the following. For the operation of the inventive photodetector under conditions of possible light overload in order to expand its dynamic range, you can use all the technical steps proposed by the domestic method of generating an image signal according to the patent of the Russian Federation [4].
Блок 1-3 телевизионной камеры (см. фиг. 4), как и для прототипа [1], содержит временной контроллер 1-3-1, сигнальный процессор 1-3-2, первый преобразователь уровней (ПУ) 1-3-3, второй ПУ 1-3-4 и третий ПУ 1-3-5, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-3-6, выход которого является выходом телевизионной камеры.Block 1-3 of the television camera (see Fig. 4), as for the prototype [1], contains a time controller 1-3-1, a signal processor 1-3-2, the first level converter (PU) 1-3-3 , the second PU 1-3-4 and the third PU 1-3-5, as well as an analog-to-digital converter (ADC) 1-3-6, the output of which is the output of a television camera.
Пусть число «кольцевых» строк мишени 1-2-1 фотоприемника составляет V, a H - число пикселов в «кольцевом» регистре 1-2-3.Let the number of “circular” lines of the 1-2-1 target of the photodetector be V, and H the number of pixels in the “circular” register 1-2-3.
Тогда в качестве временного контроллера 1-3-1 для телевизионной камеры можно использовать готовую микросхему того же наименования, предназначенную для управления матрицей ПЗС кадрового переноса, имеющей размерность V×Η.Then, as a temporary controller 1-3-1 for a television camera, you can use a ready-made microcircuit of the same name, designed to control a CCD matrix of personnel transfer, having the dimension V × Η.
Примером такой микросхемы отечественного производства можно считать изделие К1124АП2, разработанное в советское время, специально для управления матрицей ПЗС с числом элементов 580×380 [5, с. 182-183].An example of such a domestic-made microcircuit is the product K1124AP2, developed in Soviet times, specifically for controlling a CCD with the number of elements 580 × 380 [5, p. 182-183].
Устройство фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения (см. фиг. 3) работает следующим образом.The device of the photodetector for panoramic television-computer monitoring (see Fig. 3) works as follows.
Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 1 с заявляемым фотоприемником установлена в фиксированное положение, например, при помощи фотоштатива (не показан).As in the prototype [1], it is assumed that the television camera 1 with the inventive photodetector is installed in a fixed position, for example, using a photographic tripod (not shown).
Пусть экспонирование мишени фотоприемника 1-2 телевизионной камеры осуществляется со стороны электродов кристалла, как показано на фиг. 5.Let the exposure of the target of the photodetector 1-2 of the television camera be carried out from the side of the crystal electrodes, as shown in FIG. 5.
Фотоприемник 1-2 реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени 1-2-1 с последующим переносом зарядовых пакетов всех строк кадра в секцию памяти 1-2-2 и заключительным поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3 с формированием на выходе БПЗН 1-2-4 напряжение видеосигнала в аналоговой форме.Photodetector 1-2 implements a “ring” scan of the charge image on the target 1-2-1, followed by transfer of the charge packets of all the lines of the frame to the memory section 1-2-2 and the final element-wise reading of the charge packets in the “ring” shift register 1-2- 3 with the formation of the output BPZN 1-2-4 voltage of the video signal in analog form.
В интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов в светочувствительных пикселах мишени 1-2-1 пропорционально освещенности панорамного сюжета.In the interval of the forward course of the frame, the process of accumulation of charge packets in the photosensitive pixels of the target 1-2-1 is proportional to the illumination of the panoramic plot.
В течение небольшого промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки выполняется перенос зарядов всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, в экранированные от света пикселы, расположенные в секции памяти 1-2-2.Over a short period of the subsequent interval of the reverse scan of the frame scan, the charges of all the “ring” lines involved in the accumulation are transferred to the light-shielded pixels located in the memory section 1-2-2.
Затем в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а предыдущая зарядовая «картина» выводится из кристалла фотоприемника. При этом в интервале обратного хода строчной развертки происходит загрузка новыми зарядами из секции 1-2-2 в «кольцевой» регистр 1-2-3, которые затем, в каждом последующем интервале прямого хода по строке, переносятся в направлении к БПЗН 1-2-4, где для сигнала изображения выполняется поэлементное конвертирование уровня заряда в уровень напряжения.Then, in the new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the previous charge “picture” is output from the photodetector crystal. At the same time, in the interval of the reverse stroke of horizontal scanning, new charges are loaded from section 1-2-2 into the “circular” register 1-2-3, which then, in each subsequent interval of the forward stroke along the line, are transferred towards BPZN 1-2 -4, where an image-by-element conversion of the charge level to the voltage level is performed for the image signal.
Аналоговый видеосигнал фотоприемника (см. фиг. 4), как и в прототипе, преобразуется далее при помощи сигнального процессора 1-3-2 и АЦП 1-3-6 в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра на выходе телевизионной камеры.The analog video signal of the photodetector (see Fig. 4), as in the prototype, is further converted using a signal processor 1-3-2 and ADC 1-3-6 into a digital television signal (DTS) of the "ring" frame at the output of the television camera.
Затем ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.Then, the DTS via the interface (for example, USB 2.0) is transmitted to server 2, where the video information is recorded in its main memory per frame.
Предположим, что горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого оператору изображения составляет 60°. Тогда должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.Suppose that 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 from the "ring" frame is recorded in server 2, respectively, in one of the six arrays of RAM per frame.
Как и в прототипе, в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.As in the prototype, in server 2, using the BKPP element that implements the functions assigned to it programmatically, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted to ordinary “rectangular” frames and the ability to provide this information at the “network” output "Server 2.
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.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.
По отношению к прототипу, выигрыш в чувствительности заявляемого решения определяется коэффициентом роста площади светочувствительного пиксела (Δ2) на мишени фотоприемника.In relation to the prototype, the gain in sensitivity of the proposed solution is determined by the growth factor of the area of the photosensitive pixel (Δ 2 ) on the target of the photodetector.
Если теперь экспонирование такой же мишени фотоприемника 1-2 телевизионной камеры будет осуществляться со стороны подложки кристалла, как показано на фиг. 6, то работа сенсора и телевизионно-компьютерной системы никак и ничем не отличается от описанной выше.If now the exposure of the same target of the photodetector 1-2 of the television camera will be from the side of the crystal substrate, as shown in FIG. 6, the operation of the sensor and the television-computer system does not differ in any way from that described above.
Но выигрыш в чувствительности будет дополнительно увеличен пропорционально коэффициенту роста квантового выхода (η).But the gain in sensitivity will be further increased in proportion to the growth coefficient of the quantum yield (η).
В настоящее время все элементы технологической организации для производства заявляемого «кольцевого» фотоприемника могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of a technological organization for the production of the inventive "ring" photodetector 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 №2552101, МПК H04N 7/00, Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприемника для его реализации. / В.М. Смелков // Б.И. - 2015. - №16.1. RF patent No. 2552101, IPC H04N 7/00, the device of a computer system for panoramic television surveillance and the organization of a photodetector for its implementation. / V.M. Smelkov // B.I. - 2015. - No. 16.
2. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.2. Tsytsulin A.K. Television and space: Textbook / Publishing house SPbGETU "LETI", 2003.
3. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08, Панорамный зеркально-линзовый объектив / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.3. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06, G02B 17/08, Panoramic Mirror-Lens Lens / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // B.I. - 2002. - No. 20.
4. Патент РФ №2399164, МПК H04N 5/335, H04N 5/217, Способ формирования сигнала изображения / В.М. Смелков // Б.И. - 2010. - №25.4. RF patent No. 2399164, IPC H04N 5/335, H04N 5/217, Method for generating an image signal / V.M. Smelkov // B.I. - 2010. - No. 25.
5. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. -М.: Радио и связь, 1991.5. Press F.P. Charge coupled photosensitive devices. -M .: Radio and communications, 1991.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015126835/07A RU2592831C1 (en) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015126835/07A RU2592831C1 (en) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2592831C1 true RU2592831C1 (en) | 2016-07-27 |
Family
ID=56557056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015126835/07A RU2592831C1 (en) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2592831C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657451C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for forming video signal in a “ring” photodetector for computer system of panoramic television surveillance |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554585A (en) * | 1983-08-12 | 1985-11-19 | Rca Corporation | Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems |
| EP0397272A1 (en) * | 1989-05-08 | 1990-11-14 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Radiation-sensitive means or sensor in retina-like configuration |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| WO2005001547A1 (en) * | 2003-05-13 | 2005-01-06 | Mcnc Research & Development Institute | Visual display with increased field of view |
| EP1930951A2 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-11 | E2V Technologies Limited | CCD imager with concentric transfer electrodes and its method of operation |
| US8735840B2 (en) * | 2010-05-05 | 2014-05-27 | Ziehm Imaging Gmbh | Solid-body X-ray image detector with circular detector surface area |
| RU2552101C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-06-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end |
| RU2564094C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-09-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector arrangement therefor |
-
2015
- 2015-07-03 RU RU2015126835/07A patent/RU2592831C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554585A (en) * | 1983-08-12 | 1985-11-19 | Rca Corporation | Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems |
| EP0397272A1 (en) * | 1989-05-08 | 1990-11-14 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Radiation-sensitive means or sensor in retina-like configuration |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| WO2005001547A1 (en) * | 2003-05-13 | 2005-01-06 | Mcnc Research & Development Institute | Visual display with increased field of view |
| EP1930951A2 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-11 | E2V Technologies Limited | CCD imager with concentric transfer electrodes and its method of operation |
| US8735840B2 (en) * | 2010-05-05 | 2014-05-27 | Ziehm Imaging Gmbh | Solid-body X-ray image detector with circular detector surface area |
| RU2552101C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-06-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end |
| RU2564094C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-09-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector arrangement therefor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657451C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for forming video signal in a “ring” photodetector for computer system of panoramic television surveillance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2545519C1 (en) | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor | |
| RU2552101C1 (en) | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end | |
| RU2371880C1 (en) | Panoramic video surveillance method and device for implementing thereof | |
| 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 | |
| JP2019220737A (en) | Imaging apparatus, imaging system, and method of controlling imaging apparatus | |
| RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2592831C1 (en) | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2579002C1 (en) | Computer system device for panoramic scanning of monochromatic image | |
| RU2631830C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2592855C1 (en) | Device for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2600308C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2611424C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2530879C1 (en) | Device for panoramic television surveillance "day-night" | |
| RU2625164C1 (en) | Computer system device for panoramic television observation | |
| RU2564094C1 (en) | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector arrangement therefor | |
| RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
| RU2578193C1 (en) | Device for computer system for all-round looking video surveillance of inner surface of pipes and pipelines of large diameter | |
| RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image | |
| RU2594169C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2631828C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2579003C1 (en) | Computer system device for panoramic colour image scanning | |
| RU2615142C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2657455C1 (en) | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects | |
| RU2657454C1 (en) | Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |