RU2615142C1

RU2615142C1 - Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance

Info

Publication number: RU2615142C1
Application number: RU2016123813A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-04-04

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method is carried out by proportional increasing the aperture area due to the fact that the period of control pulses (reset pulses) changes from row to row for the "charge-voltage" converter.

EFFECT: increasing the sensitivity of the ring photodetector on the field in a radial direction to its inner periphery.

6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной 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 computer 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 способ формирования видеосигнала, реализованный в компьютерной системе панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащей 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, который содержит в своем составе последовательно расположенные и связанные твердотельный фотоприемник и блок фотоприемника, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр изображения, а ее «кольцевой» фотоприемник выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и имеет кристалл мишени в виде кругового кольца, а блок фотоприемника обеспечивает развертку аналогового видеосигнала и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, при этом «кольцевой» фотоприемник содержит на общем кристалле фотоприемную область, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементов, расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, при этом 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 k, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a method of generating a video signal implemented in a computer system for panoramic television surveillance [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of a local area network, to which two or more personal computers are connected, while a television camera consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens and a digital television signal sensor a, which contains a sequentially located and connected solid-state photodetector and a photodetector unit, the television camera forming a “ring” image raster, and its “ring” photodetector made by the technology of charge-coupled devices (CCD) and has a target crystal in the form of a circular rings, and the photodetector block provides a scan of the analog video signal and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, while the “ring” photodetector contains a photodetector region, a "circular" shift register ending in a charge-voltage converter (BPS), and on the photodetector region, lines of photosensitive elements alternating with lines of elements shielded from light 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 the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is equal to the number of elements in the “ring” shift register, An expansion connector is installed on the server’s motherboard; a video card is installed that matches the I / O 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 output of the "network", and the number of "rectangular" frames k 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.

Для прототипа [1] предполагается, что блок фотоприемника содержит блок «кольцевой» развертки видеосигнала, а также соединенные последовательно сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, первый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП.For the prototype [1], it is assumed that the photodetector unit contains a “ring” scan video signal unit, as well as a signal processor and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series, while the information input of the signal processor is connected to the output of the OCR “ring” photodetector, the first output the block of the "circular" scan - to the control inputs of the photodetector area of the "ring" photodetector, the second output of the block of the "circular" scan - to the control inputs of the "ring" register shift "ring" photodetector ISRC, third output block "ring" scanner - to the control input BPZN "annular" photodetector fourth output "ring" scanner - to the input synchronizing signal processor, the fifth output block "ring" scanner - to the clock input of the ADC.

Для «кольцевого» фотоприемника прототипа однозначно понимается его внешняя периферия как область пространства, расположенная за внешней границей кольца, а также его внутренняя периферия - площадь внутреннего (малого) круга.For the “ring” photodetector of the prototype, its external periphery is clearly understood as a region of space located outside the outer border of the ring, as well as its inner periphery - the area of the inner (small) circle.

Для фотоприемника прототипа предполагается, что его БПЗН организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий сброс напряжения формируемого видеосигнала.For the prototype photodetector, it is assumed that its SPS is organized as a “floating diffusion region” [2], and therefore has a control input that provides a voltage drop of the generated video signal.

В фотоприемнике прототипа присутствуют следующие действия:The prototype photodetector contains the following actions:

- накапливают зарядовое изображение информационного кадра на светочувствительных элементах мишени;- accumulate a charge image of the information frame on the photosensitive elements of the target;

- осуществляют «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига и формированием на выходе БПЗН напряжения видеосигнала.- carry out a "circular" scan of the charge image on the target, followed by element-wise reading of the charge packets in the "ring" shift register and the formation of the voltage of the video signal at the output of the overvoltage detector.

Условием работы фотоприемника прототипа является то, что в каждой «кольцевой» строке период управляющих импульсов (импульсов сброса) T_r для БПЗН равен периоду считывания элемента Т_р в «кольцевом» регистре сдвига. Это означает, что сенсор работает в режиме с одноэлементной апертурой.The condition for the operation of the prototype photodetector is that in each “ring” line the period of control pulses (reset pulses) T _r for an overhead spike is equal to the reading period of the element T _p in the “ring” shift register. This means that the sensor operates in single-element aperture mode.

Недостаток способа формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике прототипа - отсутствие возможности управления его чувствительностью по полю в радиальном направлении.The disadvantage of the method of generating a video signal in the "ring" photodetector of the prototype is the lack of the ability to control its sensitivity over the field in the radial direction.

Задачей изобретения является создание режима повышения чувствительности «кольцевого» фотоприемника по полю в радиальном направлении к его внутренней периферии путем пропорционального увеличения площади апертуры.The objective of the invention is to create a mode of increasing the sensitivity of the "annular" photodetector along the field in the radial direction to its inner periphery by proportionally increasing the area of the aperture.

Поставленная задача в заявляемом способе формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в «кольцевом» фотоприемнике прототипа, выполненном по технологии ПЗС, который имеет кристалл в виде кругового кольца и содержит в его пределах фотоприемную область (мишень), «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН с организацией «плавающая диффузия», при этом на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементов, расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, причем площадь светочувствительных и экранированных элементов на фотоприемной области одинакова по величине в каждой «кольцевой» строке и от строки к строке по мере движения к внешней периферии фотоприемника или наоборот, т.е. в обратном направлении: от внешней периферии фотоприемника к его внутренней периферии, накапливают зарядовое изображение информационного кадра на светочувствительных элементах мишени, осуществляют «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига и формированием на выходе БПЗН напряжения видеосигнала, отличающимся тем, что в процессе получения сигнала изображения выполняют новое действие, а именно: управляют площадью считывающей апертуры за счет того, что от строки к строке меняется период T_r по соотношению:The problem in the claimed method of generating a video signal in the "ring" photodetector for a computer system for panoramic television surveillance is solved by the fact that in the "ring" photodetector of the prototype, made by CCD technology, which has a crystal in the form of a circular ring and contains a photodetector region (target ), An “annular” shift register ending with an EPR with the organization of “floating diffusion”, while on the photodetector area of the line of photosensitive elements, alternating with the rulers of light-emitted elements 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 the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is equal to the number of elements in the “ring” shift register, and the photosensitive and shielded elements on the photodetector region are the same in size in each “ring” line and from line to line as they move to the outer periphery of the photodetector or vice versa, i.e. in the opposite direction: from the outer periphery of the photodetector to its inner periphery, the charge image of the information frame is accumulated on the photosensitive elements of the target, a “ring” scan of the charge image is carried out on the target, followed by element-wise reading of the charge packets in the “ring” shift register and the formation of a voltage video signal, characterized in that in the process of obtaining the image signal perform a new action, namely: control the area of the reading aperture due to the fact that from row to row the period T _r changes according to the ratio:

где n_m - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» регистре сдвига равна отношению:where n _m is a coefficient, an integer, the value of which for the current read line in the "circular" shift register is equal to the ratio:

где

и

- величина зазора между светочувствительными элементами соответственно для текущей и первой строки считывания на мишени «кольцевого» фотоприемника.Where

and

- the gap between the photosensitive elements, respectively, for the current and first reading line on the target of the "ring" photodetector.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что новое действие по управлению площадью считывающей апертуры «кольцевого» фотоприемника обеспечивает управление его чувствительностью по полю в радиальном направлении и без внесения шумовых потерь для видеосигнала.A comparative analysis with the prototype [1] shows that a new action to control the reading aperture area of the “ring” photodetector provides control of its sensitivity over the field in the radial direction and without introducing noise loss for the video signal.

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

Управление чувствительностью выполняется в «кольцевом» растре изображения. Поэтому данное техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Sensitivity control is performed in the “ring” image raster. Therefore, this technical solution meets the criterion of the presence of an inventive step.

На фиг. 1 приведена структурная схема компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, в составе телевизионной камеры которой реализован заявляемый способ формирования видеосигнала; на фиг. 2 приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника, используемого в этой телевизионной камере и полностью совпадающего с устройством сенсора прототипа [1]; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 5 изображена эпюра логического сигнала, который выполняет управление апертурой «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 6, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.In FIG. 1 shows a structural diagram of a computer system for panoramic television surveillance, a television camera which implements the inventive method of generating a video signal; in FIG. 2 shows the circuit organization of the “ring” photodetector used in this television camera and fully coincides with the prototype sensor device [1]; in FIG. 3 shows a fragment of this photodetector, illustrating the details of its design; in FIG. 4, according to [2, p. 19], a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region" is presented; in FIG. 5 shows a plot of a logical signal that controls the aperture of the “ring” photodetector; in FIG. 6, according to [3], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented.

Телевизионная камера 1 (см. фиг. 1) содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1 и «кольцевой» фотоприемник 1-2; блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, соединенные последовательно сигнальный процессор 1-4 и АЦП 1-5, а также блок формирования апертуры (БФА) 1-6, причем «кольцевой» фотоприемник 1-2 имеет форму кругового кольца из кремния (см. фиг. 2…3), у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-2-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига 1-2-2, оканчивающемуся БПЗН 1-2-3, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2, причем площадь светочувствительных элементов и площадь экранированных элементов фотоприемной области 1-2-1 одинакова по величине в каждой «кольцевой» строке и от строки к строке по мере движения к внешней или наоборот - к внутренней периферии фотоприемника, при этом информационный вход сигнального процессора 1-4 подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-2, первый выход блока 1-3 - к управляющим входам фотоприемной области 1-2-1 «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига 1-2-2 «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока 1-3 - к управляющему входу БПЗН 1-2-3 «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, пятый выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, шестой выход блока 1-3 - к информационному входу БФА 1-6, седьмой выход блока 1-3 - к синхронизирующему входу БФА 1-6, выход которого подключен к управляющему входу блока 1-3, при этом период управляющих импульсов T_r, формируемых на выходе БФА 1-6, определяется соотношением (2).The television camera 1 (see Fig. 1) contains sequentially located and optically connected panoramic lens 1-1 and a "ring" photodetector 1-2; block 1-3 of the "circular" scan of the video signal, connected in series with the signal processor 1-4 and ADC 1-5, as well as the block for the formation of aperture (BFA) 1-6, and the "ring" photodetector 1-2 has the form of a circular ring of silicon ( see Fig. 2 ... 3), in which the lines of photosensitive and light-shielded elements of the photodetector region 1-2-1 are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “circular” shift register 1-2 located there -2, ending BPSN 1-2-3, and the number of e elements in each "annular" line of the photodetector region 1-2-1 is equal to the number of elements in the "annular" shift register 1-2-2, and the area of the photosensitive elements and the area of the shielded elements of the photodetector region 1-2-1 are the same in size in each " ring "line and from line to line as it moves to the outer or vice versa - to the inner periphery of the photodetector, while the information input of the signal processor 1-4 is connected to the output of the SPS of the" ring "photodetector 1-2, the first output of unit 1-3 is connected to photodetector control inputs areas 1-2-1 of the "ring" photodetector, the second output of the block 1-3 - to the control inputs of the "ring" shift register 1-2-2 of the "ring" photodetector, the third output of the block 1-3 - to the control input BPZN 1-2 -3 of the “ring” photodetector, the fourth output of block 1-3 is to the synchronization input of the signal processor 1-4, the fifth output of block 1-3 is to the clock input of the ADC 1-5, the sixth output of block 1-3 is to the information input of BFA 1 -6, the seventh output of the unit 1-3 - to the synchronizing input of the BFA 1-6, the output of which is connected to the control input of the unit 1-3, while the period of the control imp the pulses T _r formed at the output of BFA 1-6, is determined by the relation (2).

Телевизионная камера 1 используется в составе компьютерной системы панорамного наблюдения, например в составе компьютерной системы прототипа [1], которая 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 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 k, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).The television camera 1 is used as part of a computer system for panoramic observation, for example, as part of a computer system of the prototype [1], which see Fig. 1, contains a television camera 1 and server 2 connected in series to a local area network, to which two or more personal computers are connected at position 3, and a video card is installed on the motherboard of server 2, which programmatically records a “ring” video signal in server RAM and conversion of “ring” frames into “rectangular” frames, and the number of “rectangular” frames k corresponding to one current “ring” frame satisfies relation (1).

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, совпадающего с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами [3].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 a panoramic lens 1-1, which coincides with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by Russian specialists [3].

Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.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, см. фиг. 6, подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1-2 в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens, see FIG. 6, confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector 1-2 in favor of a circular ring.

Блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-4 и АЦП 1-5 выполнены с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции и ничем не отличаются от соответствующих блоков прототипа [1].Block 1-3 "ring" scan of the video signal, the signal processor 1-4 and the ADC 1-5 are made using a set of specialized microcircuits with a high level of integration and are no different from the corresponding blocks of the prototype [1].

На фиг. 4 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала. На этом чертеже приняты следующие обозначения: U_ф1, U_ф2, U_ф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-2; U_выхз - напряжение на выходном затворе; Д_вых, Д_сбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.In FIG. Figure 4 shows a possible block diagram of the CCD “ring” photodetector with the organization “floating diffusion region”, which completely coincides with the scheme currently used in CCD arrays for the implementation of rectangular scanning of a video signal. In this drawing, the following notation: U _f1 , U _f2 , U _f3 - voltage on the tires for three-phase control of the "ring" shift register 1-2-2; U _out - voltage at the output gate; D _o , D _sbr - output and reset diodes, respectively.

Перед считыванием информационного заряда очередного элемента (пиксела) в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Д_сбр.Before reading the next information charge element (pixel) in the process of converting into voltage charge video information of the previous element must be cleared in an erasing diode D _RRF.

Эта процедура осуществляется при помощи управляющих импульсов T_r, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-2-3.This procedure is carried out with the help of control pulses T _r , often referred to in the literature as reset pulses, which are supplied to the corresponding control bus BPS 1-2-3.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 предназначен для управления считывающей апертурой в «кольцевом» фотоприемнике 1-2 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-2-3. В результате площадь считывающей апертуры по полю изображения от строки к строке увеличивается по направлению к внешней периферии сенсора.The aperture forming unit (BFA) 1-6 is designed to control the reading aperture in the "ring" photodetector 1-2 when the element-by-element video signal voltage is removed in the BPZN 1-2-3. As a result, the area of the reading aperture in the image field from line to line increases towards the outer periphery of the sensor.

Эпюра выходного сигнала T_r, вырабатываемая на выходе БФА 1-6, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1-2 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как T_c1, а последняя строка - как T_cn.The plot of the output signal T _r generated at the output of BFA 1-6 is shown in FIG. 5. It is assumed that the photodetector 1-2 contains n "ring" lines. In this diagram, the first row is denoted by T _c1 , and the last row is denoted by T _cn .

Управляющие импульсы имеют положительную полярность, малую (короткую) длительность и различный период следования в пределах каждой из «кольцевых» строк.The control pulses have a positive polarity, short (short) duration and a different repetition period within each of the "ring" lines.

Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен T_r1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - T_r _n. Период считывания T_r1. является самым малым и равен периоду считывания элемента Т_р, а период считывания T_r _n - самым большим, который равен -

.The period of the control pulses for the first “ring” line is indicated by T _r1 , and the period of the control pulses for the last “ring” line is indicated by T _r _n . Reading period T _r1 . is the smallest and equal to the reading period of the element T _p , and the reading period T _r _n - the largest, which is equal to -

.

В физическом плане управление апертурой осуществляется за счет суммирования зарядовых пакетов в соседних элементах каждой текущей «кольцевой» строки сенсора до выполнения процедуры преобразования «заряд - напряжение». Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.In physical terms, the aperture is controlled by summing the charge packets in the neighboring elements of each current “ring” line of the sensor before performing the charge-voltage conversion procedure. Therefore, this charge addition cannot be an additional source of noise for the video signal at the output of the television camera.

Рассмотрим реализацию заявляемого способа формирования видеосигнала в телевизионной камере, выполненной на базе фотоприемника прототипа [1] (см. фиг. 1…3).Consider the implementation of the proposed method of generating a video signal in a television camera made on the basis of the prototype photodetector [1] (see Fig. 1 ... 3).

Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например, при помощи фотоштатива (на фиг. 1 он не показан).As in the prototype [1], it is assumed that the television camera 1 is installed in a fixed position, for example, using a photographic tripod (in Fig. 1 it is not shown).

Фотоприемник 1-2 телевизионной камеры (см. фиг. 2…3) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2 и формированием на выходе БПЗН 1-2-3 напряжения видеосигнала в аналоговой форме.The photodetector 1-2 of a television camera (see Fig. 2 ... 3) implements a "ring" scan of the charge image on the photodetector region 1-2-1, followed by element-by-element reading of the charge packets in the "ring" shift register 1-2-2 and forming on output BPZN 1-2-3 voltage of the video signal in analog form.

При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-2-1.At the same time, in the interval of the forward course of the frame, the process of accumulation of charge packets occurs in proportion to the illumination of the panoramic plot in the photosensitive pixels of the photodetector region 1-2-1.

В течение кратковременного промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки открывается фотозатвор, и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы, расположенные на той же области 1-2-1.During a short period of the subsequent interval of the reverse rotation of the frame scan, a photo shutter opens, and the charges of all the "ring" lines involved in the accumulation are transferred (in one rotation step) to the screened from light pixels located in the same region 1-2-1.

Затем фотозатвор закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода строчной развертки новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-2-2.Then the photo shutter closes and, in a new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred in radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading the “ring” register 1-2 in the reverse scan interval -2.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 управляет работой «кольцевого» фотоприемника по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-3 (см. фиг. 4). В результате этого управления обеспечивается наименьшая площадь считывающей апертуры для первой «кольцевой» строки и наибольшая площадь апертуры для последней «кольцевой» строки, что гарантирует рост чувствительности фотоприемника в направлении к внутренней периферии фотоприемника.The aperture forming unit (BFA) 1-6 controls the operation of the "ring" photodetector at the input "Reset pulses" for the BPZN 1-2-3 (see Fig. 4). As a result of this control, the smallest reading aperture area for the first “circular” line and the largest aperture area for the last “circular” line are ensured, which guarantees an increase in the sensitivity of the photodetector towards the inner periphery of the photodetector.

Напряжение аналогового видеосигнала «кольцевого» фотоприемника формируется на выходе БПЗН 1-2-3 (см. клемму «Точка съема видеосигнала», показанную на фиг. 4). Затем, как и в прототипе, сформированный аналоговый видеосигнал преобразуется при помощи сигнального процессора 1-4 и АЦП 1-5 в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра на выходе телевизионной камеры.The voltage of the analog video signal of the "ring" photodetector is formed at the output of the BPZN 1-2-3 (see the terminal "Video signal pick-up point" shown in Fig. 4). Then, as in the prototype, the generated analog video signal is converted using the signal processor 1-4 and ADC 1-5 into a digital television signal (DTS) of the "ring" frame at the output of the television camera.

Далее ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2 компьютерной системы, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.Further, the DSP via the interface (for example, USB 2.0) is transmitted to the server 2 of the computer system, where the video information is recorded in its main memory per frame.

Предположим, что, как и в прототипе [1], горизонтальный угол поля зрения (γ_г) предъявляемого оператору изображения должен составлять 60°. Тогда 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, as in the prototype [1], the horizontal angle of the field of view (γ _g ) presented to the operator of the image should be 60 °. Then 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.

В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в k «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности операторам персональных компьютеров 3 локальной вычислительной сети. В примере эта последовательность содержит 6 различных изображений, а оператор каждого персонального ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.As a result, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into k "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence to the operators of personal computers 3 of the local computer network. In the example, this sequence contains 6 different images, and the operator of each personal laptop 3 can select the image proposed by the server 2 and display it on the display screen.

Очевидно, что в предлагаемых операторам «прямоугольных» кадрах будет поддержано программным путем реализованное в «кольцевых» кадрах телевизионной камеры повышение чувствительности по полю изображения в направлении к внутренней периферии фотоприемника.It is obvious that in the “rectangular” frames offered to the operators, an increase in the sensitivity along the image field towards the inner periphery of the photodetector realized in the “circular” frames of the television camera will be supported.

Следует отметить, что технический результат, достигаемый в результате реализации заявляемого способа формирования видеосигнала, может быть использован как автономно, так и в дополнительном режиме работы компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, изображенной на фиг. 1. Последнее предполагает выполнение ручного или дистанционного переключения БФА 1-6 в предлагаемый режим управления апертурой фотоприемника из его основного режима работы с одноэлементной апертурой.It should be noted that the technical result achieved as a result of the implementation of the inventive method for generating a video signal can be used both autonomously and in an additional mode of operation of the computer system for panoramic television monitoring shown in FIG. 1. The latter involves the manual or remote switching of BFA 1-6 in the proposed control mode of the aperture of the photodetector from its main mode of operation with a single-element aperture.

В настоящее время все элементы структурной схемы телевизионной камеры для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of a television camera for a computer system for panoramic television surveillance mastered or can be mastered by domestic industry.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение на способ формирования видеосигнала соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, it should be considered the alleged invention for a method of generating a video signal corresponding to the requirement of industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2545519, МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприемника для его реализации / В.М. Смелков // Б.И. - 2015. - №10.1. RF patent No. 2545519, 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. 10.

2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. - «Радио и связь», 1986.2. Khromov L.I., Lebedev N.V., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Solid state television. - "Radio and Communications", 1986.

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 / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // B.I. - 2002. - No. 20.

Claims

A method of generating a video signal in a "ring" photodetector for a computer system for panoramic television monitoring, which consists in the fact that in the "ring" photodetector made by the technology of charge-coupled devices (CCD), which has a crystal in the form of a circular ring and contains a photodetector within it region (target), “ring” shift register, ending with a charge-voltage converter (BPS) with the organization of “floating diffusion”, while on the photodetector area of the line of photosensitive elements s, alternating with rulers of light-shielded elements, are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “circular” shift register located there, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is equal to the number of elements in the “ring” shift register, and the area of photosensitive and shielded elements on the photodetector area is the same in size in each “ring” line and from line to line as it moves to the outer or vice versa t - to the inner periphery of the photodetector, accumulate a charge image of the information frame on the photosensitive elements of the target, carry out a “ring” scan of the charge image on the target, followed by element-wise reading of the charge packets in the “ring” shift register and the formation of a video signal voltage at the output of the SPS, characterized in that in the process of obtaining the image signal, the area of the reading aperture is controlled due to the fact that the period T _{r of} control pulses changes from line to line (impulse Loss of discharge) for BPS for the ratio:

where T _p is the reading period of the element in the "ring"photodetector;

n _m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the "circular" shift register is equal to the ratio:

where l _m and l ₁ - the gap between the photosensitive elements, respectively, for the current and first reading line on the target of the "ring" photodetector.