RU2625164C1 - Computer system device for panoramic television observation - Google Patents
Computer system device for panoramic television observation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625164C1 RU2625164C1 RU2016129332A RU2016129332A RU2625164C1 RU 2625164 C1 RU2625164 C1 RU 2625164C1 RU 2016129332 A RU2016129332 A RU 2016129332A RU 2016129332 A RU2016129332 A RU 2016129332A RU 2625164 C1 RU2625164 C1 RU 2625164C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- photodetector
- output
- panoramic
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N7/00—Television systems
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи сенсора, состоящего из двух «кольцевых» фотоприемников, в различных шаровых слоях окружающей сферической области. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The present invention relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a sensor consisting of two "ring" photodetectors in various spherical layers of the surrounding spherical region. Moreover, for each of these spherical layers, real-time television control of the situation is carried out in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютера, 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, 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:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered the device of a computer system for panoramic television surveillance [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television camera consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens and digital television signal sensor, which contains after well-positioned and connected solid-state photodetector and photodetector block, which provides a scan of the analog video signal of the photodetector 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 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 od - to the output of the "network", 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 по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область, секцию памяти и выходной регистр сдвига, заканчивающийся блоком преобразования «заряд-напряжение» (БПЗН), при этом линейки светочувствительных и чередующиеся с ними линейки экранированных от света элементов фотоприемной области, 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 выходному регистру сдвига, который является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, а блок фотоприемника телевизионной камеры, формирующий «кольцевой» растр изображения, является блоком «кольцевой» развертки фотоприемника и формирования цифрового телевизионного сигнала.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 using charge-coupled device (CCD) technology and contains a photodetector region on a common silicon crystal, a memory section and an output shift register, ending with a charge-voltage conversion unit (BPS), while the lines are light-sensitive and the lines of light-shielded elements alternating with them the photodetector region, as well as the line 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 output shift register located there, which is “ring”, the number of elements in each “ring” line of the photodetector region in each “ring” line of the memory section it is equal to the number of elements in its “ring” shift register, and the photodetector block of the television camera forming the “ring” image raster is unit of the "ring" scan of the photodetector and the formation of a digital television signal.
Для прототипа предполагается, что кристалл «кольцевого» фотоприемника выполнен из кремния, БПЗН «кольцевого» фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала. Блок фотоприемника содержит блок «кольцевой» развертки фотоприемника, а также соединенные последовательно сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, а выход АЦП является выходом телевизионной камеры.For the prototype, it is assumed that the crystal of the “ring” photodetector is made of silicon, the SPS of the “ring” photodetector is organized as a “floating diffusion region” [2], and therefore has a control input that provides an elementwise voltage drop of the generated video signal. The photodetector unit contains a “ring” scan unit of the photodetector, 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 an OCR “ring” photodetector, and the ADC output is the output of a television camera.
Недостаток прототипа - ограниченная область сферического пространства, наблюдаемая телевизионной камерой компьютерной системы, а также переменная величина разрешающей способности изображения, формируемого «кольцевым» фотоприемником в пределах кадра, которая изменяется в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии сенсора из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами (пикселами), имеющими одинаковый показатель по геометрической площади,The disadvantage of the prototype is the limited area of spherical space observed by the television camera of a computer system, as well as a variable resolution of the image formed by the "ring" photodetector within the frame, which changes in the direction of decreasing towards the outer periphery of the sensor due to the increasing size of the gap between it photosensitive elements (pixels) having the same geometric area,
Задачей изобретения является увеличение площади пространственной сферической области, контролируемой телевизионной камерой, при одновременном выравнивании разрешающей способности ее изображения.The objective of the invention is to increase the area of the spatial spherical region controlled by a television camera, while aligning the resolution of its image.
Поставленная задача в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в устройство компьютерной системы прототипа [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютера, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных первого панорамного объектива и первого фотоприемника, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам блока «кольцевой» развертки фотоприемника, а выход первого фотоприемника подключен к информационному входу первого сигнального процессора, вход служебных импульсов которого подключен к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, а выход управляющего сигнала - к первому управляющему входу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, выход синхроимпульсов которого подключен к АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры; при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая первый БПКП, вход которого подключен к выходу первого блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть» сервера, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), при этом первый фотоприемник телевизионной камеры, выполненный в виде кругового кольца по технологии ПЗС, реализуя со стороны электродов первую «кольцевую» мишень сенсора, содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область, секцию памяти и выходной регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН, при этом линейки светочувствительных и чередующиеся с ними линейки экранированных от света элементов (пикселов) фотоприемной области, а также линейки экранированных от света пикселов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там выходному регистру сдвига, который является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области и в каждой «кольцевой» строке секции памяти первого фотоприемника равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, при этом в телевизионную камеру прототипа введены первый оптический затвор, расположенный между первым панорамным объективом и первой «кольцевой» мишенью сенсора, оптически связанные между собой второй панорамный объектив, второй оптический затвор и вторая «кольцевая» мишень сенсора, реализованная со стороны подложки первого фотоприемника при выполнении на ней аналогичного экранирования от света для отдельных пикселов фотоприемной области и всех пикселов секции памяти, третий панорамный объектив, второй фотоприемник, имеющий технологическую организацию, как и у первого фотоприемника, и объединенные с ним управляющие входы, а также четвертый панорамный объектив и четвертый оптический затвор, причем третий оптический затвор расположен между третьим панорамным объективом и первой «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, а четвертый оптический затвор - между четвертым панорамным объективом и второй «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, выход которого подключен к информационному входу второго сигнального процессора, вход служебных импульсов которого объединен с соответствующим входом первого сигнального процессора, а выход управляющего сигнала второго сигнального процессора подключен ко второму управляющему входу блока «кольцевой» развертки фотоприемника; блок управления затворами, управляющий вход которого подключен к выходу кадровых синхроимпульсов блока «кольцевой» развертки фотоприемника, первый выход блока управления затворами подключен к управляющему входу первого оптического затвора, а второй выход блока управления затворами - к управляющему входу второго оптического затвора; а также мультиплексор, первый информационный вход которого подключен к выходу видеосигнала первого сигнального процессора, второй информационный вход мультиплексора - к выходу видеосигнала второго сигнального процессора, вход синхронизации мультиплексора - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, а выход мультиплексора - информационному входу АЦП, причем в кристаллах обоих фотоприемников имеется разрез (сквозной шлиц), выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между БПЗН и первым элементом «кольцевого» регистра сдвига, при этом первый и второй фотоприемники при консольном соединении в шлиц под углом 90° образуют сенсорный блок телевизионной камеры, причем экспонирование первой и второй «кольцевых» мишеней как для первого, так и второго фотоприемника осуществляется поочередно в течение интервала активной части кадра, при этом площадь светочувствительных элементов на «кольцевых» мишенях от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела секции памяти; дополнительно в телевизионную камеру прототипа введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к выходу импульсов сброса блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - к третьему управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:The problem in the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance is solved by the fact that in the device of a computer system of the prototype [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television camera consists of sequentially located and optically coupled first panoramic lens and the first photodetector, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the “ring” scan unit of the photodetector, and the output of the first photodetector is connected to the information input of the first signal processor, the input of service pulses of which is connected to the corresponding output of the “ring” scan unit of the photodetector, and the output of the control signal to the first control input of the “ring” block scanning a photodetector, the clock output of which is connected to the ADC, the output of which is the output of a television camera; at the same time, a video card is installed in the expansion slot on the server’s motherboard, coordinated through the I / O channels, control and power supply with the server bus, containing the first BPKP, the input of which is connected to the output of the first RAM block per frame, and the output to the network output "Server, and the number of" rectangular "frames corresponding to one current" ring "frame satisfies the relation (1), while the first photodetector of a television camera, made in the form of a circular ring using CCD technology, realizing from the side of the electric of the rods, the first “ring” target of the sensor contains a photodetector region, a memory section and an output shift register on a common silicon crystal, ending with OVL, while the lines of photosensitive and alternating lines of light-shielded elements (pixels) of the photodetector region, as well as the lines of shielded from the light of the pixels of the memory section are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the output shift register located there, which is litsovoy ”, and the number of elements in each“ annular ”line of the photodetector region and in each“ annular ”line of the memory section of the first photodetector is equal to the number of elements in its“ annular ”shift register, while the first optical shutter located between the first a panoramic lens and a first “ring” sensor target, a second panoramic lens, a second optical shutter and a second “ring” sensor target optically coupled to each other, realized on the substrate side of the first photo the receiver, when performing similar screening from light for individual pixels of the photodetector region and all pixels of the memory section, a third panoramic lens, a second photodetector having a technological organization, like that of the first photodetector, and control inputs combined with it, as well as a fourth panoramic lens and a fourth optical shutter, the third optical shutter being located between the third panoramic lens and the first “ring” target of the second photodetector, and the fourth optical shutter is between h the fourth panoramic lens and the second “ring” target of the second photodetector, the output of which is connected to the information input of the second signal processor, the service pulse input of which is combined with the corresponding input of the first signal processor, and the control signal output of the second signal processor is connected to the second control input of the “ring” block sweep photodetector; a gate control unit, the control input of which is connected to the output of the frame sync pulses of the “circular” scan detector unit, the first output of the gate control unit is connected to the control input of the first optical shutter, and the second output of the gate control unit is connected to the control input of the second optical shutter; as well as a multiplexer, the first information input of which is connected to the video signal output of the first signal processor, the second information input of the multiplexer - to the video signal output of the second signal processor, the multiplexer synchronization input - to the corresponding output of the “ring” scan unit of the photodetector, and the multiplexer output - to the information input of the ADC, moreover, in the crystals of both photodetectors there is a cut (through slot) made in the radial direction from the imaginary center of the ring to its outer perimeter of the fery, to the location between the FET and the first element of the “circular” shift register, while the first and second photodetectors, when cantileverly connected to the slot at an angle of 90 °, form the sensor block of the television camera, the exposure of the first and second “ring” targets for both the first and and the second photodetector is carried out alternately during the interval of the active part of the frame, while the area of the photosensitive elements on the “ring” targets from row to row is different, increasing as it moves to the outer periphery to poppy imalnoy amount not exceeding the area of the pixel memory section; in addition, an aperture forming unit (BFA) was introduced into the television camera of the prototype, the information input of which is connected to the output of the reset pulses of the “ring” scan unit, the synchronizing input of the BFA - to the corresponding output of the “ring” scan unit, and the BFA output - to the third control input of the “ ring "sweep, while the period of the control pulses T r generated at the output of the BPA is determined by the ratio:
где Tp - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;where T p is the reading period of the element in the "ring"photodetector;
nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике, равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the "ring" photodetector is equal to the ratio:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the "ring"photodetector;
Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;Δ m is the area of the photosensitive element for the current read line in the "ring"photodetector;
а в плату видео прототипа, расположенную на материнской плате сервера, дополнительно введены четырехканальный демультиплексор, второй БПКП, вход которого подключен к выходу второго блока оперативной памяти на кадр, третий БПКП, вход которого подключен к выходу третьего блока оперативной памяти на кадр, четвертый БПКП, вход которого подключен к выходу четвертого блока оперативной памяти на кадр, а выходы второго, третьего и четвертого БПКП - к выходу «сеть» сервера, причем для второго, третьего и четвертого БПКП число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).and a four-channel demultiplexer, a second BPKP, the input of which is connected to the output of the second block of RAM per frame, a third BPKP, the input of which is connected to the output of the third block of RAM per frame, and the fourth BPKP, are additionally introduced into the video prototype board located on the server motherboard; the input of which is connected to the output of the fourth block of random access memory per frame, and the outputs of the second, third, and fourth BPKPs to the output of the “network” server, and for the second, third, and fourth BPKPs the number of “rectangular” frames a corresponding one current "ring" frame satisfies the relation (1).
В заявляемом решении оба фотоприемника сенсорного блока реализуют «кольцевой» растр телевизионного изображения по методу «кольцевой строчно-кадровый перенос».In the claimed solution, both photodetectors of the sensor unit implement a “ring” raster of a television image using the “ring line-frame transfer” method.
Важно подчеркнуть, что для этих фотоприемников могут быть применены те же управляющие сигналы, которые используются для организации «прямоугольной» развертки в матрицах ПЗС строчно-кадрового переноса.It is important to emphasize that for these photodetectors the same control signals can be used that are used to organize a “rectangular” scan in CCD matrices of horizontal frame transfer.
Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства компьютерной системы не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features of the claimed device of a computer system is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Телевизионная камера заявляемого устройства компьютерной системы панорамного наблюдения формирует на выходе мультиплексный цифровой телевизионный сигнал «кольцевого» изображения.A television camera of the claimed device of a computer system for panoramic observation generates at the output a multiplex digital television signal of the "ring" image.
Первая составляющая этого мультиплексного сигнала включает в себя два телевизионных кадра, полученных в сенсорном блоке в результате поочередного экспонирования первой мишени первого фотоприемника (со стороны электродов) и второй его мишени (со стороны подложки кристалла). Аналогично, вторая составляющая мультиплексного сигнала - два телевизионных кадра, полученных в результате поочередного экспонирования в сенсорном блоке первой и второй мишеней второго фотоприемника.The first component of this multiplex signal includes two television frames obtained in the sensor unit by alternately exposing the first target of the first photodetector (from the side of the electrodes) and its second target (from the side of the crystal substrate). Similarly, the second component of the multiplex signal is two television frames obtained by alternately exposing the first and second targets of the second photodetector in the sensor unit.
Последующее в сервере четырехканальное демультиплексирование входного телевизионного сигнала позволяет в итоге принципиально увеличить площадь пространственной сферической области, контролируемой телевизионной камерой, в реальном времени дополнительно к одному шаровому слою (как у прототипа), еще и в трех других шаровых слоях.The subsequent four-channel demultiplexing of the input television signal in the server allows us to fundamentally increase the area of the spatial spherical region controlled by the television camera in real time in addition to one spherical layer (as in the prototype), and also in three other spherical layers.
Выравнивание разрешающей способности изображения в телевизионной камере осуществляется путем реализации в обоих «кольцевых» фотоприемниках различных по площади светочувствительных элементов и управления зарядовым считыванием в видеосигнале сенсора с одинаковой величиной площади апертуры.The resolution of the image in the television camera is equalized by implementing photosensitive elements of different sizes in both “ring” photodetectors and controlling charge reading in the sensor video signal with the same aperture area.
Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
Реализация сенсорного блока путем выполнения консольного соединения первого и второго его фотоприемников в шлиц под углом 90° приводит к необходимости нетривиального конструкторского решения по организации интерфейса для этого блока. Очевидно, что для этого потребуется максимально «разгрузить» внешнюю периферию «кольцевых» фотоприемников, а переведя большую часть управляющих выводов на внутреннюю периферию прибора, эффективно использовать имеющуюся свободную круговую площадь.The implementation of the sensor unit by performing a cantilever connection of the first and second photodetectors into the slot at an angle of 90 ° leads to the need for a non-trivial design solution for organizing the interface for this unit. Obviously, this will require maximum “unloading” of the outer periphery of the “ring” photodetectors, and by transferring most of the control outputs to the inner periphery of the device, it is effective to use the available free circular area.
Представляет интерес оценка чувствительности сенсорного блока. Световая или энергетическая чувствительность фотоприемника определяется минимально допустимой, т.е. пороговой освещенностью на объекте, при которой обеспечивается заданное качество изображения.It is of interest to evaluate the sensitivity of the sensor unit. The light or energy sensitivity of the photodetector is determined by the minimum acceptable, i.e. threshold illumination at the object, at which the specified image quality is ensured.
Воспользуемся известным выражением для пороговой освещенности сцены в реальной ситуации обнаружения и опознавания фотоприемником малоконтрастных объектов [3, с. 94], которое в нашем случае выглядит так:We use the well-known expression for the threshold illumination of a scene in a real situation of detection and recognition by a photodetector of low-contrast objects [3, p. 94], which in our case looks like this:
где N=2⋅1012 - потенциально доступное ПЗС количество фотонов на площади в 1 см2 за время в 1 с при равномерном спектре и освещенности в видимом диапазоне в 1 лк;where N = 2⋅10 12 is the potentially available CCD number of photons in an area of 1 cm 2 for a time of 1 s with a uniform spectrum and illumination in the visible range of 1 lux;
kо - коэффициент отражения объекта;k about - reflection coefficient of the object;
kф - коэффициент отражения фона;k f - reflection coefficient of the background;
Δ2 - площадь пиксела;Δ 2 is the area of the pixel;
Tн - время накопления;T n - accumulation time;
η - квантовый выход;η is the quantum yield;
Ψпор - пороговое отношение сигнал/шум;Ψ pore - threshold signal-to-noise ratio;
D - диаметр входного зрачка объектива;D is the diameter of the entrance pupil of the lens;
ƒ - фокусное расстояние объектива;ƒ is the focal length of the lens;
τ1 - коэффициент пропускания объектива;τ 1 - transmittance of the lens;
τ2 - коэффициент пропускания электронного затвора, который необходимо учитывать применительно к заявляемому устройству.τ 2 - transmittance of the electronic shutter, which must be taken into account in relation to the claimed device.
Для первой мишени (со стороны электродов) обоих фотоприемников сенсорного блока, как и для прототипа, имеем одинаковые показатели параметров: N, kо, kф, Tн, Ψпор, D, ƒ, τ1, Δ2. При этом следует признать, что будут и незначительные потери в чувствительности за счет коэффициента пропускания электронного затвора τ2, который априори меньше единицы.For the first target (from the electrodes) of both photodetectors of the sensor unit, as well as for the prototype, we have the same parameters: N, k о , k f , T n , н pore , D, ƒ, τ 1 , Δ 2 . It should be recognized that there will be minor losses in sensitivity due to the transmittance of the electronic shutter τ 2 , which is a priori less than unity.
Если при использовании заявляемой системы панорамного телевизионного наблюдения чувствительность телевизионной камеры оказывается предпочтительнее ее динамического диапазона, то указанные потери могут быть компенсированы за счет увеличения площади светочувствительного пиксела (Δ2) каждого фотоприемника путем исключения из состава мишени экранированных элементов. Тогда всю площадь первой «кольцевой» мишени фотоприемника будут занимать линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти. Но при этом в блоке «кольцевой» развертки фотоприемника телевизионной камеры должна быть предусмотрена соответствующая «перестройка» циклограммы управляющих импульсов для сенсорного блока.If when using the inventive panoramic television monitoring system, the sensitivity of the television camera is preferable to its dynamic range, then these losses can be compensated by increasing the area of the photosensitive pixel (Δ 2 ) of each photodetector by eliminating shielded elements from the target composition. Then the entire area of the first “ring” target of the photodetector will be occupied by lines of photosensitive elements, which are directly and sequentially connected by charge communication with the lines of elements of the memory section. But at the same time, in the “ring” scan block of the photodetector of the television camera, a corresponding “restructuring” of the control pulse pattern for the sensor block must be provided.
Возвращаясь к исходному фотоприемнику, отметим, что для его второй «кольцевой» мишени (со стороны подложки) всегда будет иметь место существенный выигрыш в чувствительности из-за роста параметра квантового выхода (η) по причине удаления на пути фотонов металлических электродов.Returning to the original photodetector, we note that for its second “ring” target (from the substrate side) there will always be a significant gain in sensitivity due to an increase in the quantum yield parameter (η) due to the removal of metal electrodes in the path of the photons.
С другой стороны, при использовании заявляемого устройства компьютерной системы панорамного наблюдения в охранных целях разумно кристалл каждого фотоприемника сенсорного блока телевизионной камеры выполнить не основе кремния, а на основе полупроводника из арсенида галлия. Тогда физически реально достигнуть без охлаждения красной границы спектральной характеристики 1,7 мкм и даже 2,2 мкм. [3, с. 113], а в результате получить заведомый рост в чувствительности по обоим каналам.On the other hand, when using the inventive device of a computer system for panoramic observation for security purposes, it is reasonable to make the crystal of each photodetector of the sensor unit of the television camera based not on silicon, but on the basis of a gallium arsenide semiconductor. Then it is physically feasible to achieve 1.7 microns and even 2.2 microns without cooling the red border of the spectral characteristic. [3, p. 113], and as a result get a deliberate increase in sensitivity through both channels.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 2 приведена схема организации первого и второго фотоприемников; на фиг. 3а - фрагмент первой мишени фотоприемников, иллюстрирующий режим экспонирования со стороны электродов кристалла; на фиг. 3б - фрагмент второй мишени фотоприемников в режиме экспонирования со стороны подложки кристалла; на фиг. 4, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 5 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой «кольцевого» сенсора; на фиг. 6, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 7-8 представлены соответственно конструкция электрохромной ячейки и ее светорегулирующая характеристика при использовании этой ячейки в качестве оптических затворов; на фиг. 9а и 9б изображены эпюры напряжений, обеспечивающих управление оптическими затворами, которые выполнены по технологии электрохромной ячейки; на фиг 10а - фрагмент организации фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, иллюстрирующий подробности ее конструкции, а на фиг. 10б - то же самое при исключении из ее состава экранированных элементов с одновременным увеличением площади светочувствительных элементов (пикселов).In FIG. 1 shows a structural diagram of the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance; in FIG. 2 shows a diagram of the organization of the first and second photodetectors; in FIG. 3a is a fragment of the first target of photodetectors, illustrating the exposure mode from the side of the crystal electrodes; in FIG. 3b is a fragment of the second target of photodetectors in the exposure mode from the side of the crystal substrate; in FIG. 4, according to [2, p. 19], a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region" is presented; in FIG. 5 shows a plot of the output signal of the BFA that controls the aperture of the “ring” sensor; in FIG. 6, according to [4], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 7-8, respectively, the design of the electrochromic cell and its light control characteristic when using this cell as optical shutters; in FIG. 9a and 9b depict voltage plots for controlling optical shutters that are made using electrochromic cell technology; on figa - a fragment of the organization of the photodetector region of the "ring" photodetector, illustrating the details of its design, and in fig. 10b - the same with the exclusion of shielded elements from its composition with a simultaneous increase in the area of photosensitive elements (pixels).
Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1 и фиг. 2, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютера в позиции 3, при этом в состав телевизионной камеры 1 входит первый панорамный объектив 1-1, сенсорный блок 1-2, содержащий первый и второй фотоприемники, блок 1-3 «кольцевой» развертки фотоприемника, первый сигнальный процессор 1-4, АЦП 1-5, выход которого является выходом телевизионной камеры, а также второй панорамный объектив 1-6, третий панорамный объектив 1-7, четвертый панорамный объектив 1-8, второй сигнальный процессор 1-9, первый оптический затвор 1-10, второй оптический затвор 1-11, третий оптический затвор 1-12, четвертый оптический затвор 1-13, блок управления затворами 1-14, мультиплексор 1-15 и БФА 1-16, причем управляющие входы первого и второго фотоприемника сенсорного блока 1-2 подключены к выходам импульсных напряжений блока 1-3, выход первого фотоприемника - к первому информационному входу сигнального процессора 1-4, а выход второго фотоприемника - к первому информационному входу сигнального процессора 1-9, вход служебных импульсов которого объединен с входом служебных импульсов сигнального процессора 1-4 и подключен к соответствующему выходу блока 1-3, первый управляющий вход которого подключен к выходу управления первого сигнального процессора 1-4, второй управляющий вход блока 1-3 - к выходу управления второго сигнального процессора 1-9, а третий управляющий вход блока 1-3 - к выходу БФА 1-16, информационный вход которого подключен к выходу импульсов сброса блока 1-3, а синхронизирующий вход БФА 1-16 - к соответствующему выходу блока 1-3, выход кадровых синхроимпульсов которого подключен к управляющему входу блока 1-14 управления затворами, первый выход которого подключен к управляющему входу оптического затвора 1-10 и соответственно к управляющему входу оптического затвора 1-12, а второй выход блока 1-14 - к управляющему входу оптического затвора 1-11 и соответственно к управляющему входу оптического затвора 1-13, причем первый и второй фотоприемники сенсорного блока 1-2 выполнены по технологии ПЗС в виде кругового кольца, а каждый из них содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область 1-2-1, являющуюся со стороны электродов первой «кольцевой» мишенью, а со стороны подложки кристалла - второй «кольцевой» мишенью, а также секцию памяти 1-2-2 и выходной регистр сдвига 1-2-3, заканчивающийся БПЗН 1-2-4, при этом на кристалле как первого, так и второго фотоприемника выполнен радиальный разрез (сквозной шлиц), необходимый для конструктивного объединения по методу консольного соединения в шлиц под углом 90° в составе сенсорного блока 1-2 (на фиг. 2 этому разрезу присвоена позиция 1-2-5); первый оптический затвор 1-10 расположен между первым панорамным объективом 1-1 и первой «кольцевой» мишенью первого фотоприемника, второй оптический затвор 1-11 - между вторым панорамным объективом 1-6 и второй «кольцевой» мишенью первого фотоприемника, третий оптический затвор 1-12 - между третьим панорамным объективом 1-7 и первой «кольцевой» мишенью второго фотоприемника, а четвертый оптический затвор 1-13 - между четвертым панорамным объективом 1-8 и второй «кольцевой» мишенью второго фотоприемника; выход первого сигнального процессора 1-4 подключен к первому информационному входу мультиплексора 1-15, выход второго сигнального процессора 1-9 - ко второму информационному входу мультиплексора 1-15, вход синхронизации которого - к соответствующему выходу блока 1-3, а выход мультиплексора 1-15 - к информационному входу АЦП 1-5; при этом на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на четыре канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую (одну из четырех) оперативную память сервера и преобразование первого, второго, третьего и четвертого «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).The device of a computer system for panoramic television surveillance, see FIG. 1 and FIG. 2, comprises a
Фрагмент устройства типовой «кольцевой» мишени сенсорного блока 1-2 показан на фиг. 10а. Он совпадает с аналогичным устройством для прототипа [1]. Фрагмент устройства предлагаемой «кольцевой» мишени для прибора с повышенной чувствительностью (организация «кольцевой кадровый перенос») представлен на фиг. 10б.A fragment of the device of a typical “ring” target of the sensor unit 1-2 is shown in FIG. 10a. It coincides with a similar device for the prototype [1]. A fragment of the device of the proposed “ring” target for a device with increased sensitivity (organization of “ring personnel transfer”) is shown in FIG. 10b.
Первый панорамный объектив 1-1, второй панорамный объектив 1-6, третий панорамный объектив 1-7 и четвертый панорамный объектив 1-8 телевизионной камеры предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора для четырех различных шаровых слоев контролируемого пространства, например для телевизионного оператора, это может быть соответствующее пространство спереди и сзади, справа и слева от него.The first panoramic lens 1-1, the second panoramic lens 1-6, the third panoramic lens 1-7 and the fourth panoramic lens 1-8 of a television camera are designed to form optical images of circular view for four different spherical layers of the controlled space, for example, for a television operator, this there may be a corresponding space in front and behind, to the right and to the left of it.
В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1, 1-6, 1-7 и 1-8, совпадающих с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [4].As a technical solution for panoramic lenses 1-1, 1-6, 1-7 and 1-8, which coincide with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by Russian specialists from Moscow State University geodesy and cartography [4].
Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 6. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 6. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.
Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector in favor of a circular ring.
Для «кольцевых» фотоприемников заявляемого устройства, как и для фотоприемника прототипа, электроды переноса на «кольцевых мишенях, в секциях памяти и в «кольцевых» регистрах сдвига могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца. Несомненно, что это предоставит и определенные преимущества при изготовлении «кольцевого» фотоприемника по технологии ПЗС.For the "ring" photodetectors of the claimed device, as well as for the photodetector of the prototype, the transfer electrodes on the "ring targets, in the memory sections and in the" ring "shift registers can be made with a geometric shape not in the form of a rectangle, but in the form of a part of a circular ring. Undoubtedly, this will provide certain advantages in the manufacture of the “ring” photodetector using CCD technology.
Первый оптический затвор 1-10 и второй оптический затвор 1-11 предназначены для поочередного импульсного экспонирования первой и второй «кольцевых» мишеней первого фотоприемника, а третий оптический затвор 1-12 и четвертый оптический затвор 1-13 - соответственно первой и второй «кольцевых» мишеней второго фотоприемника сенсорного блока 1-2.The first optical shutter 1-10 and the second optical shutter 1-11 are designed for alternately pulse exposure of the first and second “ring” targets of the first photodetector, and the third optical shutter 1-12 and the fourth optical shutter 1-13 are, respectively, of the first and second “ring” targets of the second photodetector of the sensor unit 1-2.
Оптические затворы 1-10, 1-11, 1-12 и 1-13 могут быть реализованы в виде светорегулирующих ячеек, которые обеспечивают управляемое скачкообразное изменение облученности мишеней второго фотоприемника и могут быть выполнены по технологии электрохромной ячейки [5].Optical shutters 1-10, 1-11, 1-12, and 1-13 can be implemented in the form of light-regulating cells, which provide a controlled abrupt change in the irradiation of the targets of the second photodetector and can be performed using electrochromic cell technology [5].
Такая ячейка (см. фиг. 7) представляет собой два плоскопараллельных стекла толщиной 2,5 мм, соединенные между собой в кювету так, что между внутренними поверхностями стекол образован зазор порядка 0,1-0,2 мм, заполненный электрохромным материалом ЭХМ-11. Внутренние поверхности стекол покрыты токопроводящим покрытием и образуют электроды, выводы которых расположены снаружи ячейки.Such a cell (see Fig. 7) consists of two plane-parallel glasses 2.5 mm thick, interconnected in a cuvette so that between the inner surfaces of the glasses a gap of the order of 0.1-0.2 mm is formed, filled with electrochromic material EHM-11 . The inner surfaces of the glasses are coated with a conductive coating and form electrodes, the terminals of which are located outside the cell.
Световая характеристика ячейки (см. фиг. 8) определяется свойствами электрохромной жидкости. Изменение коэффициента пропускания от τmax (70%) до τmin (1÷1,5%) составляет для большинства разработанных в советское время ячеек величину τmax/τmin=70÷150 при подаче на выводы постоянного напряжения U, величина которого составляет около 1,2 В.The light characteristic of the cell (see Fig. 8) is determined by the properties of the electrochromic liquid. The change in the transmittance from τ max (70%) to τ min (1 ÷ 1.5%) for most cells developed during the Soviet era is τ max / τ min = 70 ÷ 150 when a constant voltage U is applied to the terminals, the value of which is about 1.2 V.
Важно отметить, что физическое быстродействие изменения коэффициента пропускания такой ячейки позволяет обеспечить управление параметром с частотой 50 Гц.It is important to note that the physical speed of the change in the transmittance of such a cell makes it possible to control the parameter with a frequency of 50 Hz.
Для заявляемого устройства панорамные объективы 1-1, 1-6, 1-7 и 1-8 должны иметь одинаковые технические параметры. Эта особенность распространяется и на оптические затворы 1-10, 1-11, 1-12 и 1-13. Поэтому целесообразно первый панорамный объектив 1-1 и первый оптический затвор 1-10, второй панорамный 1-6 и второй оптический затвор 1-11, третий панорамный объектив 1-7 и третий оптический затвор 1-12, а также четвертый панорамный объектив 1-8 и четвертый оптический затвор 1-13 выполнить в составе одного оптического прибора соответственно.For the inventive device, panoramic lenses 1-1, 1-6, 1-7 and 1-8 must have the same technical parameters. This feature extends to optical shutters 1-10, 1-11, 1-12 and 1-13. Therefore, it is advisable that the first panoramic lens 1-1 and the first optical shutter 1-10, the second panoramic 1-6 and the second optical shutter 1-11, the third panoramic lens 1-7 and the third optical shutter 1-12, as well as the fourth panoramic lens 1- 8 and the fourth optical shutter 1-13 to execute as part of one optical device, respectively.
Блок 1-14 управления затворами задает необходимую импульсную коммутацию ячеек с периодом кадров Tк. Эпюры выходных сигналов представлены на фиг. 9а и 9б соответственно. Целесообразно блок 1-14 управления затворами интегрировать в состав блока 1-3.Block 1-14 gate control sets the necessary pulse switching cells with a frame period T to . The output waveforms are shown in FIG. 9a and 9b, respectively. It is advisable to integrate the gate control unit 1-14 into the composition of the unit 1-3.
Мультиплексор 1-15 предназначен для объединения двух входных сигналов на единственную магистраль с помощью разделения их по времени. Электрическая схема мультиплексора 1-15 может быть выполнена согласно техническому решению, которое опубликовано в работе [6, с. 295-296].Multiplexer 1-15 is designed to combine two input signals onto a single trunk by dividing them by time. The electrical circuit of the multiplexer 1-15 can be performed according to the technical solution, which was published in [6, p. 295-296].
Первый 1-4 и второй 1-9 сигнальные процессоры ничем не отличаются сигнального процессора прототипа [1]. Очевидно, что блоки 1-4 и 1-9 целесообразно выполнить в виде двухканального процессора.The first 1-4 and second 1-9 signal processors are no different from the signal processor of the prototype [1]. Obviously, blocks 1-4 and 1-9 are expediently implemented as a two-channel processor.
На фиг. 4 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала. На этом чертеже приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2, Uф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-3; Uвыхз - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.In FIG. Figure 4 shows a possible block diagram of the CCD “ring” photodetector with the organization “floating diffusion region”, which completely coincides with the scheme currently used in CCD arrays for the implementation of rectangular scanning of a video signal. In this drawing, the following notation: U f1 , U f2 , U f3 - voltage on the tires for three-phase control of the "ring" shift register 1-2-3; U out - voltage at the output gate; D o , D sbr - output and reset diodes, respectively.
Перед считыванием информационного заряда очередного элемента (пиксела) в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Дсбр.Before reading the next information charge element (pixel) in the process of converting into voltage charge video information of the previous element must be cleared in an erasing diode D RRF.
Эта процедура осуществляется при помощи управляющих импульсов Tr, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-2-4.This procedure is carried out using control pulses T r , often referred to in the literature as reset pulses, which are fed to the corresponding control bus BPS 1-2-4.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-16 предназначен для управления считывающей апертурой в сенсорном блоке 1-2 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-2-4 обоих «кольцевых» фотоприемников. В результате для всех строк этих фотоприемников обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсоров.The aperture forming unit (BFA) 1-16 is designed to control the reading aperture in the sensor unit 1-2 when the voltage of the video signal is element-by-element in BPZN 1-2-4 of both “ring” photodetectors. As a result, for all the lines of these photodetectors, the area of the reading aperture is the same across the field with the area of the electrodes of the photosensitive elements of the sensors different from row to row.
Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-16, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1-2 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тc1, а последняя строка - как Tcn.The plot of the output signal T r generated at the output of BFA 1-16 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 Тr1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - Тr n.. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Tp, а период считывания Tr n. - самым большим, который равен nTr. Коэффициент n в последнем выражении определяется соотношением:The period of control pulses for the first "ring" line is indicated by T r1 , and the period of control pulses for the last "ring" line is indicated by T r n. . The period T r1 is the smallest and is equal to the reading period of the element T p , and the reading period T r n. - the largest, which is equal to nT r . The coefficient n in the last expression is determined by the ratio:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the "ring"photodetector;
Δn - площадь светочувствительного элемента для последней строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.Δ n is the area of the photosensitive element for the last read line in the "ring" photodetector.
В физическом плане управление площадью апертуры осуществляется за счет суммирования зарядовых пакетов в соседних элементах каждой текущей «кольцевой» строки сенсора до выполнения процедуры преобразования «заряд-напряжение».In physical terms, the aperture area is controlled by summing the charge packets in the neighboring elements of each current “ring” line of the sensor before performing the charge-voltage conversion procedure.
Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.Therefore, this charge addition cannot be an additional source of noise for the video signal at the output of the television camera.
БФА 1-16 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-16 может быть выполнен в составе блока 1-3 «кольцевой» развертки телевизионной камеры.BFA 1-16 in practice can be implemented using the classic set of hardware (logic elements) of digital electronics. It is obvious that the BFA 1-16 can be performed as part of the block 1-3 "ring" scan television camera.
Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом.The device of a computer system for panoramic television surveillance (see Fig. 1) works as follows.
Предположим, что телевизионная камера 1 должна располагаться на некоторой высоте относительно Земли. Пусть для этого конструкторское решение сенсорного блока 1-2 в составе телевизионной камеры 1 реализовано так, что ось визирования первого панорамного объектива 1-1, а следовательно, и оптическая ось первой «кольцевой» мишени первого фотоприемника направлена по горизонтали вперед.Suppose that the
Тогда, по отношению к этому направлению, ось визирования второго панорамного объектива 1-6 будет ориентирована по горизонтали назад, ось визирования третьего панорамного объектива 1-7 - по горизонтали влево, а ось визирования четвертого панорамного объектива 1-8 - по горизонтали вправо. Это означает, что оптическая ось второй «кольцевой» мишени первого фотоприемника будет направлена по горизонтали назад, оптическая ось первой «кольцевой» мишени второго фотоприемника - по горизонтали влево, а оптическая ось второй «кольцевой» мишени второго фотоприемника - по горизонтали вправо.Then, with respect to this direction, the axis of sight of the second panoramic lens 1-6 will be oriented horizontally backward, the axis of sight of the third panoramic lens 1-7 will be horizontally left, and the axis of sight of the fourth panoramic lens 1-8 will be horizontally right. This means that the optical axis of the second “ring” target of the first photodetector will be directed horizontally backward, the optical axis of the first “ring” target of the second photodetector will be horizontally left, and the optical axis of the second “ring” target of the second photodetector will be horizontally right.
Экспонирование каждой из двух «кольцевых» мишеней обоих фотоприемников сенсорного блока 1-2 осуществляется в импульсном режиме при помощи оптических затворов 1-10, 1-11, 1-12 и 1-13. При этом оптические затворы 1-10 и 1-12 обеспечивают поочередное кадровое накопление зарядовых пакетов на первых «кольцевых» мишенях для первого и второго фотоприемников, а оптические затворы 1-11 и 1-13 - на вторых «кольцевых» мишенях для этих фотоприемников соответственно.The exposure of each of the two “ring” targets of both photodetectors of the sensor unit 1-2 is carried out in a pulsed mode using optical shutters 1-10, 1-11, 1-12 and 1-13. In this case, the optical shutters 1-10 and 1-12 provide sequential frame accumulation of charge packets on the first "ring" targets for the first and second photodetectors, and the optical shutters 1-11 and 1-13 on the second "ring" targets for these photodetectors, respectively .
Т.е., в интервале кадра, когда пропорционально освещенности панорамного сюжета идет процесс сбора зарядов на первой мишени каждого из двух фотоприемников, на второй их мишени он отсутствует, и наоборот (см. соответственно фиг. 3а и 3б).That is, in the frame interval, when, in proportion to the illumination of the panoramic plot, the process of collecting charges is on the first target of each of the two photodetectors, it is absent on the second target, and vice versa (see, respectively, Figs. 3a and 3b).
В этом режиме кадровой поочередности первый и второй фотоприемники сенсорного блока 1-2 реализуют накопление зарядового изображения на мишени 1-2-1, последующий кадровый перенос накопленных зарядовых пакетов в секцию памяти 1-2-2, последующий построчный перенос каждой зарядовой строки из секции памяти 1-2-2 в «кольцевой» регистр сдвига 1-2-3 и заключительное поэлементное считывание зарядов каждой строки в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3 с формированием на выходе БПЗН 1-2-4, где для сигнала изображения выполняется поэлементное конвертирование уровня заряда в уровень напряжения.In this frame-by-frame mode, the first and second photodetectors of the sensor unit 1-2 realize the accumulation of the charge image on the targets 1-2-1, the subsequent frame transfer of the accumulated charge packets to the memory section 1-2-2, the subsequent line-by-line transfer of each charge line from the memory section 1-2-2 in the “ring” shift register 1-2-3 and the final element-by-element reading of the charges of each line in the “ring” shift register 1-2-3 with the formation of output 1-23-4, where for the image signal is performed ur bitwise conversion vnya charge voltage level.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-16 управляет работой обоих «кольцевых» фотоприемников по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-4 (см. фиг. 4). В результате этого управления для всех строк каждого из фотоприемников обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры, что гарантирует одинаковую чувствительность сенсора по пространству мишени.The aperture forming unit (BFA) 1-16 controls the operation of both “ring” photodetectors at the “Reset pulses” input for the BPZN 1-2-4 (see Fig. 4). As a result of this control, the reading aperture area is the same across the field for all lines of each of the photodetectors, which guarantees the same sensor sensitivity over the target space.
Напряжение аналогового видеосигнала «кольцевого» фотоприемника формируется на выходе БПЗН 1-2-4 (см. клемму «Точка съема видеосигнала», показанную на фиг. 4). Очевидно, что таким образом для него обеспечено выравнивание разрешающей способности по всей мишени «кольцевого» изображения, реализуя практически одинаковую четкость изображения в пределах всего «кольцевого» кадра.The voltage of the analog video signal of the "ring" photodetector is formed at the output of the BPZN 1-2-4 (see the terminal "Video signal pick-up point" shown in Fig. 4). Obviously, this way the resolution is equalized over the entire target of the "ring" image, realizing almost the same image sharpness within the entire "ring" frame.
На выходе как первого 1-4, так и второго 1-9 сигнальных процессоров будет вырабатываться аналоговый видеосигнал чередующихся «кольцевых» кадров.At the output of both the first 1-4 and second 1-9 signal processors, an analog video signal of alternating “ring” frames will be generated.
Далее выходные видеосигналы обоих процессоров при помощи мультиплексора 1-14 объединяются на одну линию, чередуясь с периодом 2Tк. Именно с таким периодом действует сигнал синхронизации для мультиплексора 1-14.Next, the output video signals of both processors using a multiplexer 1-14 are combined on one line, alternating with a period of 2T to . It is with such a period that the synchronization signal for multiplexer 1-14 acts.
Затем в АЦП 1-5 аналоговый мультиплексный видеосигнал преобразуется в мультиплексный цифровой телевизионный сигнал (мультиплексный ЦТС) «кольцевого» кадра и поступает на выход телевизионной камеры.Then, in the 1-5 analog-to-digital converter, the analog multiplex video signal is converted into a multiplex digital television signal (multiplex DTC) of the “ring” frame and is output to the television camera.
Затем этот ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где (на плате видео) выполняется его демультиплексирование на четыре канала с последующей записью видеоинформации каждого канала соответственно в первый, второй, третий и четвертый блоки оперативной памяти на кадр.Then, this DSP is transmitted via an interface (for example, USB 2.0) to server 2, where (on the video board) it is demultiplexed into four channels, followed by recording video information of each channel in the first, second, third, and fourth blocks of RAM per frame .
Предположим, что, как и в прототипе, горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого оператору изображения составляет 60°. Тогда должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки как первого, так второго, третьего и четвертого «кольцевых» кадров записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.Suppose that, as in the prototype, the horizontal field of view angle (γ g ) of the image presented to the operator is 60 °. Then it should be provided that one sixth of each “ring” line of both the first, second, third and fourth “ring” frames is recorded in server 2, respectively, in one of the six arrays of RAM per frame.
Затем в сервере 2 при помощи первого, второго, третьего и четвертого БПКП, реализующих возложенные на них функции программным путем, параллельно осуществляется операция поэлементного считывания видеоинформации, т.е. вывода из памяти сигналов изображения, а в результате - конвертирование каждого «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть».Then, in server 2, using the first, second, third, and fourth BPKPs that implement the functions assigned to them programmatically, the operation of step-by-step reading of video information is performed, i.e. outputting image signals from the memory, and as a result, converting each “ring” frame into ordinary “rectangular” frames and the possibility of providing this information at the output of the “network”.
Отметим, что операция считывания «прямоугольных» кадров включает и коррекцию геометрических искажений соответствующего участка панорамного изображения точно так же, как это имеет место в прототипе.Note that the operation of reading “rectangular” frames includes the correction of geometric distortions of the corresponding section of the panoramic image in the same way as in the prototype.
Сделаем важное замечание. Для исключения поворота по горизонтали («зеркальности») изображений, формируемых второй «кольцевой мишенью каждого из двух фотоприемников, должно быть предусмотрено программным путем противоположное (реверсивное) направление поэлементного считывания видеосигнала из второго блока оперативной памяти по отношению к направлению вывода видеосигнала из первого блока оперативной памяти и соответственно - из четвертого блока памяти по отношению к третьему блоку памяти.We make an important point. To exclude horizontal rotation (“mirroring”) of images generated by the second “ring target of each of the two photodetectors, the opposite (reverse) direction of reading the video signal from the second block of random access memory in relation to the direction of the video signal output from the first operative block must be provided by software memory and, accordingly, from the fourth memory block in relation to the third memory block.
В результате выполнения данной операции считывания 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 как для первого, так для второго, третьего и четвертого «кольцевых» кадров.As a result of this read operation, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into n "rectangular" frames, which can be offered as a selected sequence to the operators of the local computer network. In our example, this sequence contains 6 different images for both the first, second, third and fourth “ring” frames.
Это означает, что к шести изображениям контролируемой в реальном времени сферической области применительно к шаровому слою, который расположен спереди, добавляются еще восемнадцать изображений, имеющих отношение к невидимым прототипом шаровым слоям сзади, справа и слева.This means that to the six images of the real-time controlled spherical region with respect to the spherical layer, which is located in front, eighteen more images are added related to the invisible prototype spherical layers in the back, on the right and on the left.
Общая предлагаемая площадь наблюдения увеличивается почти в четыре раза. Принципиальное ограничение, которое не позволяет довести технический результат изобретения до 400%, объясняется исключением из процесса фотоприема тех областей для мишеней первого и второго фотоприемников, которые заняты не по назначению в результате сборки элементов сенсорного блока 1-2 по методу консольного соединения в шлиц под углом 90°.The total proposed observation area is almost quadrupled. The fundamental limitation, which does not allow to bring the technical result of the invention to 400%, is explained by the exclusion from the photo-reception process of those areas for the targets of the first and second photodetectors that are not used as intended as a result of assembling the elements of the sensor unit 1-2 according to the cantilever joint method 90 °.
В настоящее время все элементы структурной схемы заявляемого устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of the claimed device of a computer system for panoramic television surveillance can be mastered by domestic industry.
Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the present invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2552101, МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприемника для его реализации / В.М. Смелков // БИ - 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 // BI - 2015. - No. 16.
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. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.3. Tsytsulin A.K. Television and space: Textbook / Publishing house SPbGETU "LETI", 2003.
4. Патент РФ №2185645, МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // БИ - 2002. - №20.4. RF patent No. 2185645, IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror-lens / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // BI - 2002. - No. 20.
5. Разработка светорегулирующих ячеек и технологического процесса их изготовления. Технический отчет по теме «Балтика». Новгород (Великий Новгород), 1979.5. Development of light control cells and the technological process of their manufacture. Technical report on the topic "Baltic". Novgorod (Veliky Novgorod), 1979.
6. Ленк Дж. Электронные схемы: практическое руководство / Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.6. Lenk J. Electronic circuits: a practical guide / Transl. from English - M.: Mir, 1985.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129332A RU2625164C1 (en) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Computer system device for panoramic television observation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129332A RU2625164C1 (en) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Computer system device for panoramic television observation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2625164C1 true RU2625164C1 (en) | 2017-07-12 |
Family
ID=59495191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016129332A RU2625164C1 (en) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Computer system device for panoramic television observation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625164C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019027369A1 (en) * | 2017-08-01 | 2019-02-07 | National University Of Singapore | Light deflection prism for mounting to a surface of a device, device, and method for altering a field of view of a camera |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010056579A1 (en) * | 1998-09-04 | 2001-12-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Network surveillance video camera system |
| US20070103543A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-05-10 | Polar Industries, Inc. | Network panoramic camera system |
| US20070182819A1 (en) * | 2000-06-14 | 2007-08-09 | E-Watch Inc. | Digital Security Multimedia Sensor |
| US20120105673A1 (en) * | 2010-11-03 | 2012-05-03 | Morales Efrain O | Digital camera providing high dynamic range images |
| US20120207354A1 (en) * | 2009-02-03 | 2012-08-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing apparatus and method for controlling the same |
| 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 |
-
2016
- 2016-07-18 RU RU2016129332A patent/RU2625164C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010056579A1 (en) * | 1998-09-04 | 2001-12-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Network surveillance video camera system |
| US20070182819A1 (en) * | 2000-06-14 | 2007-08-09 | E-Watch Inc. | Digital Security Multimedia Sensor |
| US20070103543A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-05-10 | Polar Industries, Inc. | Network panoramic camera system |
| US20120207354A1 (en) * | 2009-02-03 | 2012-08-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing apparatus and method for controlling the same |
| US20120105673A1 (en) * | 2010-11-03 | 2012-05-03 | Morales Efrain O | Digital camera providing high dynamic range images |
| 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 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019027369A1 (en) * | 2017-08-01 | 2019-02-07 | National University Of Singapore | Light deflection prism for mounting to a surface of a device, device, and method for altering a field of view of a camera |
| US11256085B2 (en) | 2017-08-01 | 2022-02-22 | National University Of Singapore | Light deflection prism for mounting to a surface of a device, device, and method for altering a field of view of a camera |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2625163C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| 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 | |
| RU2611421C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2625164C1 (en) | Computer system device for panoramic television observation | |
| RU2640755C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2592855C1 (en) | Device for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2631828C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2631830C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2594169C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2600307C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| 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" | |
| RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image | |
| RU2579002C1 (en) | Computer system device for panoramic scanning of monochromatic image | |
| RU2592831C1 (en) | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2708630C1 (en) | Panoramic television surveillance computer system device | |
| RU2594170C1 (en) | Composition of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
| RU2710779C1 (en) | Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2675244C1 (en) | Ring photo-receiver of color image for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2523858C1 (en) | Device for panoramic television surveillance | |
| RU2641284C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer observation |