RU2633758C1 - Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system - Google Patents

Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system Download PDF

Info

Publication number
RU2633758C1
RU2633758C1 RU2017103237A RU2017103237A RU2633758C1 RU 2633758 C1 RU2633758 C1 RU 2633758C1 RU 2017103237 A RU2017103237 A RU 2017103237A RU 2017103237 A RU2017103237 A RU 2017103237A RU 2633758 C1 RU2633758 C1 RU 2633758C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring
photodetector
output
circular
television camera
Prior art date
Application number
RU2017103237A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Смелков
Original Assignee
Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Михайлович Смелков filed Critical Вячеслав Михайлович Смелков
Priority to RU2017103237A priority Critical patent/RU2633758C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2633758C1 publication Critical patent/RU2633758C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: surveillance is carried out by a monochrome or colour television system of all-round view in a region close to a hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in the angle of elevation. An aperture forming unit (AFU) is introduced, and the number of elements identical in each "ring" line of the photodetector is at least two times the value of the given optimal camera resolution, estimated in the television lines, which fit into the length of this "ring" line.
EFFECT: aligning the sensitivity of the television camera throughout the whole image field at a given value of its optimal longitudinal resolution.
4 cl, 10 dwg

Description

Предлагаемое изобретение является техническим решением по категории «устройство» и имеет отношение к панорамному компьютерному наблюдению, которое выполняется при помощи монохромной или цветной телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном углу 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The present invention is a technical solution in the category of “device” and relates to panoramic computer observation, which is performed using a monochrome or color television circular camera in a region 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 первому заявляемому изобретению следует считать устройство монохромной или цветной телевизионной камеры для панорамного компьютерного наблюдения [1], содержащее в монохромной камере последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник, а в цветной камере - последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) и фотоприемник, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник, выполненный на основе технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области (мишени) расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру, оканчивающемуся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем число элементов (пикселов) в каждой «кольцевой» строке мишени равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела мишени увеличивается по мере движения к внешней периферии, при этом фотоприемник цветной телевизионной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его мишень цветного мозаичного фильтра, являющимся «кольцевым» по форме, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входит также блок «кольцевой» развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока «кольцевой» развертки видеосигнала подключен соответственно к управляющим входам мишени фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход управления экспозицией сигнального процессора - к управляющему входу блока «кольцевой» развертки.The closest in technical essence to the first claimed invention should be considered a device of a monochrome or color television camera for panoramic computer surveillance [1], containing in a monochrome camera sequentially located and optically connected panoramic lens and photodetector, and in a color camera - sequentially located and optically connected panoramic a lens, an infrared cut-off filter (IR filter) and a photodetector, and the television camera forms a “ring” monochrome raster whether there is a color image, while the photodetector made on the basis of charge-coupled device (CCD) technology has the shape of a circular ring in which the lines of photosensitive and the lines of light-shielded elements of the photo-receiving region (target) are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the "ring" register located there, ending with the charge-voltage conversion block (BPS), and the number of elements (pixels) in each "ring" row is m of the target is equal to the number of elements in its “ring” register, and the area of each pixel of the target increases as it moves to the outer periphery, while the photodetector of a color television camera consists of a monochrome sensor and a color mosaic filter that covers it, which is “ring” in shape, which separates the luminous flux incident on the photosensitive elements, respectively, on its cyan, yellow, magenta and green components; the television camera also includes a “ring” scan unit of the video signal and a signal processor and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series, the output of which is the output of the television camera, the first output of the “ring” scan unit of the video signal being connected respectively to the control inputs of the target photodetector, the second output of the "circular" scan unit - to the control inputs of the "circular" register of the photodetector, the third output of the "circular" scan unit - to the synchronization input and a signal processor, and the fourth output of the “ring” scan block is connected to the ADC clock input, while the information input of the signal processor is connected to the output of the SPS of the photodetector, and the output of the exposure control of the signal processor is connected to the control input of the “ring” scan block.

Телевизионная камера прототипа за счет увеличенной площади светочувствительных элементов на периферии «кольцевой» мишени имеет увеличенную чувствительность изображения на этой области.Due to the increased area of photosensitive elements on the periphery of the “ring” target, the television camera of the prototype has an increased image sensitivity in this area.

Для прототипа предполагается наличие следующих признаков:For the prototype, the following features are expected:

- площадь экранированных от света элементов мишени фотоприемника, как и площадь их светочувствительных пикселов, от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сенсора;- the area of the photodetector target elements shielded from light, as well as the area of their photosensitive pixels, varies from row to row, increasing in the direction along the “circular” line as it moves to the outer periphery to a maximum value not exceeding the pixel area of the “circular” register of the sensor;

- для цветного мозаичного фильтра геометрическая площадь «окон» совпадает с размерами светочувствительных пикселов мишени;- for the color mosaic filter, the geometric area of the “windows” coincides with the sizes of the photosensitive pixels of the target;

- БПЗН фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.- The SPS of the photodetector is organized as a "floating diffusion region" [2], and therefore has a control input that provides an elementwise voltage drop of the generated video signal.

Недостаток прототипа - переменная величина (от строки к строке) чувствительности изображения, формируемого «кольцевым» фотоприемником, которая изменяется в сторону уменьшения по направлению к внутренней периферии сенсора пропорционально изменению геометрической площади его светочувствительных элементов.The disadvantage of the prototype is a variable value (from line to line) of the sensitivity of the image formed by the "ring" photodetector, which changes in the direction of decreasing towards the inner periphery of the sensor in proportion to the change in the geometric area of its photosensitive elements.

Задачей изобретения является выравнивание (по максимальному показателю) по всему полю изображения чувствительности телевизионной камеры при заданной величине ее оптимального продольного разрешения.The objective of the invention is the alignment (by maximum value) throughout the image field of the sensitivity of the television camera at a given value of its optimal longitudinal resolution.

Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере решается тем, что в устройство телевизионной камеры прототипа [1], содержащее в монохромной камере последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник, а в цветной камере - последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, ИК-фильтр и фотоприемник, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник, выполненный на основе технологии ПЗС, имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов мишени расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру, оканчивающемуся БПЗН, причем число пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а площадь светочувствительных пикселов мишени, как и площадь экранированных от света элементов мишени, от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сенсора, при этом фотоприемник цветной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его мишень цветного мозаичного фильтра, являющимся «кольцевым» по форме и имеющего геометрию «окон», совпадающую с размерами светочувствительных элементов сенсора, причем цветной мозаичный фильтр разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом в состав телевизионной камеры входит также блок «кольцевой» развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока «кольцевой» развертки видеосигнала подключен соответственно к управляющим входам мишени фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход управления экспозицией сигнального процессора - к первому управляющему входу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, 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 - ко второму управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:The problem in the inventive television camera is solved by the fact that in the prototype television camera device [1], containing in a monochrome camera sequentially located and optically connected panoramic lens and photodetector, and in a color camera - sequentially located and optically connected panoramic lens, IR filter and a photodetector, and the television camera forms a “ring” raster of a monochrome or color image, while the photodetector based on CCD technology has a circular shape a ring in which the lines of photosensitive and lines of light-shielded target elements are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” register located there, ending in the CTZN, and the number of pixels in each “ring” line of the target is equal to the number of elements in its “ring” register, and the area of the photosensitive pixels of the target, as well as the area of the elements of the screen shielded from light, is different from row to row, increasing in the direction the portion of the “circular” line as it moves toward the outer periphery to a maximum value not exceeding the pixel area of the “circular” register of the sensor, while the color camera photodetector consists of a monochrome sensor and a color mosaic filter covering it with a target that is “circular” in shape and having the geometry of the "windows", which coincides with the size of the photosensitive elements of the sensor, and the color mosaic filter divides the light flux incident on the photosensitive elements, respectively, on its blue, yellow , magenta, and green components, while the television camera also includes a “ring” scan unit of the video signal and a signal processor and ADC connected in series with each other, the output of which is the output of the television camera, the first output of the “ring” scan unit of the video signal being connected respectively to the control the inputs of the target of the photodetector, the second output of the “circular” scan unit to the control inputs of the “circular” register of the photodetector, the third output of the “circular” scan unit to the sync input downstream of the signal processor, and the fourth output of the “ring” scan block to the ADC clock input, while the information input of the signal processor is connected to the output of the SPS of the photodetector, and the output of the exposure processor of the signal processor is connected to the first control input of the “ring” scan detector block, the block is introduced the formation of the aperture (BFA), 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 output of the BPA to the second control input of the “ring” sweep block, while the period of the control pulses T r generated at the output of the BPA is determined by the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Tp - период считывания элемента в фотоприемнике;where T p is the reading period of the element in the photodetector;

nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в фотоприемнике равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the photodetector is equal to the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the photodetector;

Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике,Δ m is the area of the photosensitive element for the current read line in the photodetector,

при этом в соответствии с теоремой Найквиста - Котельникова для гарантированного исключения появления на изображении камеры узора муара (по причине явления редукции пространственной частоты) одинаковое в каждой «кольцевой» строке фотоприемника число элементов не менее чем в два раза превышает величину заданного оптимального разрешения камеры, оцениваемого в телевизионных линиях, укладывающихся на длину этой «кольцевой» строки.Moreover, in accordance with the Nyquist – Kotelnikov theorem, to ensure the elimination of the appearance of a moiré pattern in the camera image (due to the reduction of the spatial frequency), the number of elements in each “ring” line of the photodetector is at least twice the value of the specified optimal camera resolution, estimated in television lines that fit the length of this "ring" line.

По отношению к прототипу [1] заявляемая телевизионная камера отличается введением нового блока - БФА, а также возможностью выбора необходимого числа элементов «кольцевой» строки фотоприемника, которое удовлетворяет величине заданного продольного разрешения.In relation to the prototype [1], the claimed television camera is distinguished by the introduction of a new unit - BFA, as well as the ability to select the required number of elements of the "annular" line of the photodetector, which satisfies the value of the specified longitudinal resolution.

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

Заявляемая телевизионная камера, как и в прототипе [1], формирует на выходе цветной цифровой телевизионный сигнал «кольцевого» изображения.The inventive television camera, as in the prototype [1], generates a color digital television signal of the "ring" image at the output.

Выполнение поставленной задачи, а именно: выравнивания по всему полю изображения чувствительности телевизионной камеры при заданной величине ее оптимального разрешения, - осуществляется путем выбора априори необходимого числа элементов в «кольцевой» строке фотоприемника и организации управления зарядовым считыванием в сенсоре с одинаковой величиной площади апертуры для различных по площади светочувствительных элементов.The fulfillment of the task, namely, alignment of the sensitivity of the television camera over the entire field of the image for a given value of its optimal resolution, is carried out by a priori selection of the required number of elements in the "ring" line of the photodetector and organization of charge reading control in the sensor with the same aperture area for different by the area of photosensitive elements.

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

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - телевизионной камеры в составе компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 приведена конструкция «кольцевого» регистра фотоприемника, у которого электроды переноса выполнены в виде части кругового кольца; на фиг. 6 - предлагаемое оператору панорамное изображение текущего «кольцевого» кадра в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 7, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 8 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 9 - зависимость апертурной частотно-контрастной характеристики (ЧКХ а) фотоприемника от пространственной частоты тест-таблицы; на фиг. 10 - возможная структурная схема для выполнения сетевого компьютерного решения с использованием заявляемого устройства;In FIG. 1 shows a structural diagram of the claimed invention - a television camera as part of a computer system for panoramic television surveillance; in FIG. 2 shows the circuit organization of the photodetector of a television camera; in FIG. 3 shows a fragment of this photodetector, illustrating the details of its design; in FIG. 4, according to [3], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 5 shows the design of the “annular” register of the photodetector, in which the transfer electrodes are made as part of a circular ring; in FIG. 6 - a panoramic image of the current “ring” frame proposed to the operator in the form of a sequence of 6 “rectangular” frames; in FIG. 7, according to [2, p. 19], a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region" is presented; in FIG. 8 shows a plot of the output signal of the BFA, which controls the aperture of the "ring"photodetector; in FIG. 9 - dependence of the aperture frequency-contrast characteristic (PFC a ) of the photodetector on the spatial frequency of the test table; in FIG. 10 is a possible structural diagram for performing a network computer solution using the inventive device;

Заявляемая телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, ИК-фильтр 1-2 (только для цветной камеры) и фотоприемник 1-3, который имеет форму кругового кольца, см. фиг. 2, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов мишени 1-3-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру 1-3-2, оканчивающемуся БПЗН 1-3-3, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а сама мишень накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. 3, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры также входят следующие блоки: сигнальный процессор 1-4, блок 1-5 «кольцевой» развертки, АЦП 1-6 и БФА 1-7; выход БПЗН фотоприемника 1-3 подключен к информационному входу сигнального процессора 1-4, соединенному последовательно с АЦП 1-6; выход управления экспозицией сигнального процессора 1-4 подключен к первому управляющему входу блоку 1-5 «кольцевой» развертки видеосигнала, первый выход которого подключен к управляющим входам мишени фотоприемника 1-3, второй выход блока 1-5 - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника 1-3, третий выход блока 1-5 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, а четвертый выход блока 1-5 - к тактовому входу АЦП 1-6, выход которого является выходом телевизионной камеры; информационный вход БФА 1-7 подключен к выходу импульсов сброса блока 1-5 «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА 1-7 - к соответствующему выходу блока 1-5 «кольцевой» развертки, а выход БФА 1-7 - ко второму управляющему входу блока 1-5 «кольцевой» развертки.The inventive high-sensitivity television camera for panoramic computer surveillance, see FIG. 1 contains a panoramic lens 1-1 sequentially located and optically connected, an IR filter 1-2 (only for a color camera) and a photodetector 1-3, which has the shape of a circular ring, see FIG. 2, in which the lines of photosensitive and the lines of shielded from light elements of the target 1-3-1 are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the "ring" register 1-3-2 there, ending in CTZN 1-3- 3, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is equal to the number of elements in the “ring” register, and the target itself is covered by a mosaic color filter, which is “ring” in shape, see FIG. 3, which separates the luminous flux incident on the photosensitive elements, respectively, on its cyan, yellow, magenta and green components; the television camera also includes the following blocks: signal processor 1-4, block 1-5 "ring" scan, ADC 1-6 and BFA 1-7; the output of the SPS of the photodetector 1-3 is connected to the information input of the signal processor 1-4, connected in series with the ADC 1-6; the exposure control output of the signal processor 1-4 is connected to the first control input of the “ring” sweep block 1-5 of the video signal, the first output of which is connected to the control inputs of the target of the photodetector 1-3, the second output of block 1-5 to the control inputs of the “ring” register photodetector 1-3, the third output of block 1-5 to the synchronization input of the signal processor 1-4, and the fourth output of block 1-5 to the clock input of the ADC 1-6, the output of which is the output of the television camera; information input BFA 1-7 is connected to the output of the reset pulses of the block 1-5 "circular" scan, the synchronizing input BFA 1-7 - to the corresponding output of the block 1-5 "circular" scan, and the output BFA 1-7 - to the second control input block 1-5 "ring" scan.

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе [1], 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 из Московского государственного университета геодезии и картографии [3].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype [1], is intended 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 from Moscow State University of Geodesy and Cartography [3].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 4. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемников 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 photodetectors in favor of a circular ring.

ИК-фильтр 1-2, как и в прототипе [1], изменяет спектральную характеристику «кольцевого» фотоприемника 1-3, обеспечивая согласование со спектральной чувствительностью человеческого глаза.The IR filter 1-2, as in the prototype [1], changes the spectral characteristic of the "ring" photodetector 1-3, ensuring consistency with the spectral sensitivity of the human eye.

ИК-фильтр 1-2 может быть выполнен в составе панорамного объектива 1-1 или интегрирован непосредственно в «кольцевой» фотоприемник 1-3.The IR filter 1-2 can be made as part of a panoramic lens 1-1 or integrated directly into the "ring" photodetector 1-3.

Фотоприемник 1-3, выполненный по технологии ПЗС, см. фиг. 2-3, как и в прототипе [1], реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени 1-3-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-3-2 и формированием на выходе БПЗН 1-3-3 напряжения цветного видеосигнала в аналоговой форме. При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах мишени 1-3-1. 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 мишени 1-3-1.Photodetector 1-3 made according to CCD technology, see FIG. 2-3, as in the prototype [1], implements a "ring" scan of the charge image on the target 1-3-1, followed by element-by-element reading of charges in the "ring" register 1-3-2 and the formation of the output BPSN 1-3- 3 voltage color video signal in analog form. Moreover, 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 target 1-3-1. 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 on the same target region 1-3-1.

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 по строке новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-3-3.Then the shutter closes and in a new frame cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred in the radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading the “ring” register 1-3 in the interval of the reverse stroke along the line -3.

Для цветной камеры фотоприемник является единственным сенсором видеосигнала цветного изображения, в котором, благодаря применению цветного «кольцевого» фильтра, пикселы ПЗС становятся чувствительными к голубой (Cy), желтой (Ye), пурпурной (Mg) и зеленой (G) цветовым составляющим. Конструкция этого фотоприемника представлена на фиг. 3.For a color camera, the photodetector is the only color image video sensor in which, thanks to the use of a color “ring” filter, CCD pixels become sensitive to cyan (Cy), yellow (Ye), magenta (Mg) and green (G) color components. The design of this photodetector is shown in FIG. 3.

Здесь используется известный принцип цветного телевидения, утверждающий, что для успешного восстановления цвета, помимо сигнала яркости (Y) достаточно всего двух дополнительных сигналов. Имеются в виду сигнал цветовой разности красного (R-Y) и сигнал цветовой разности синего (В-Y).It uses the well-known principle of color television, which states that for successful color recovery, in addition to the brightness signal (Y), only two additional signals are enough. This refers to the red color difference signal (R-Y) and the blue color difference signal (B-Y).

В заявляемом решении для «кольцевого» ПЗС-фотоприемника, как и в прототипе [1], используется режим накопления поля, т.е. в режиме чересстрочной развертки видеосигнала накопление зарядовой «картины» осуществляется в полукадрах под одними и теми же фазовыми шинами.In the claimed solution for the "ring" CCD photodetector, as in the prototype [1], the field accumulation mode is used, i.e. in the interlaced scan of the video signal, the accumulation of the charge "picture" is carried out in half frames under the same phase buses.

Затем, аналогично режиму прототипа [1], перед считыванием в «кольцевом» регистре 1-3-2 зарядовые пакеты соседних (в радиальном направлении) пикселов фотомишени объединяются попарно, причем по-разному для последовательно считываемых нечетных и четных «кольцевых» строк формируемого изображения, как показано на фиг. 3.Then, similarly to the prototype mode [1], before reading in the “ring” register 1-3-2, the charge packets of neighboring (in the radial direction) photo target pixels are combined in pairs, and differently for the sequentially read odd and even “ring” lines of the generated image as shown in FIG. 3.

Отметим, что поскольку размер светочувствительного элемента в режиме накопления поля равен размеру двух пикселов матрицы по вертикали, это приводит к снижению вертикальной разрешающей способности цветного изображения, что вполне допустимо.Note that since the size of the photosensitive element in the field accumulation mode is equal to the vertical size of two pixels of the matrix, this leads to a decrease in the vertical resolution of the color image, which is quite acceptable.

Первая строка содержит попарные отсчеты: (Mgу), (G+Ye), (Mgу), (G+Ye) и так далее.The first line contains pairwise samples: (M g + C y ), (G + Y e ), (M g + C y ), (G + Y e ) and so on.

Вторая строка содержит попарные отсчеты: (Cy+G), (Ye+Mg), (Cy+G), (Ye+Mg) и так далее.The second line contains pairwise samples: (C y + G), (Y e + Mg), (C y + G), (Y e + M g ) and so on.

Очевидно, что третья и другие последующие нечетные строки будут содержать такие же попарные отсчеты, как и первая строка, а четвертая и другие последующие четные строки - такие же попарные отсчеты, как и вторая строка.Obviously, the third and other subsequent odd lines will contain the same pairwise samples as the first line, and the fourth and other subsequent even lines will contain the same pairwise samples as the second line.

Для получения яркостного сигнала для нечетных строк производится операция по алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка на элемент разложения, совпадающая по времени с промежутком «кольцевого» поворота зарядов, и суммирование попарных отсчетов:To obtain a brightness signal for odd lines, an operation is performed according to the algorithm, which consists in the fact that a delay is performed on the decomposition element, which coincides in time with the gap of the “ring” rotation of charges, and the summation of pairwise readings:

Figure 00000003
Figure 00000003

Коэффициент

Figure 00000004
в формуле (2) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах.Coefficient
Figure 00000004
in formula (2) returns “debt”, acquired by summing the charges in pairwise readings.

Очевидно, что выражение (3) можно представить так:Obviously, expression (3) can be represented as follows:

Figure 00000005
Figure 00000005

Применив аналогичный алгоритм для четных строк, получим следующее выражение для яркостного сигнала:Applying a similar algorithm for even lines, we obtain the following expression for the luminance signal:

Figure 00000006
Figure 00000006

Аналогично представим выражение (5) в основных цветах:Similarly, we represent the expression (5) in primary colors:

Figure 00000007
Figure 00000007

Выражения (4) и (6) показывают, что яркостной сигнал для нечетных и четных строк одинаков.Expressions (4) and (6) show that the luminance signal for the odd and even lines is the same.

Для получения цветоразностного сигнала синего (В-Y) выполняется операция по другому алгоритму, который заключается в том, что для нечетных строк выполняется задержка по времени на элемент разложения и вычитание попарных отсчетов:To obtain the blue color-difference signal (B-Y), an operation is performed according to another algorithm, which consists in the fact that for odd lines, a time delay is performed on the decomposition element and the subtraction of pairwise samples:

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

Для получения цветоразностного сигнала красного (R-Y) выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четных строк:To obtain the color difference signal red (R-Y), the operation is performed according to an algorithm similar to the receipt of the color difference signal blue, but with reference to even lines:

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.These two color difference signals, together with the luminance signal, are mixed into the CVBS signal in the PAL system. Let us explain that CVBS is an abbreviation of English words: “composite video bar signal”, i.e. full video signal.

Необходимо отметить, что для «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры электроды переноса на мишени 1-3-1 и в «кольцевом» регистре 1-3-2, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.It should be noted that for the “ring” photodetector of a television camera, the transfer electrodes on the targets 1-3-1 and in the “ring” register 1-3-2, as well as light “windows” for the “ring” mosaic filter can be made with a geometric shape not as a rectangle, but as part of a circular ring.

В качестве примера на фиг. 5 показана конструкция «кольцевого» регистра 1-3-2 фотоприемника с такими электродами переноса.As an example in FIG. 5 shows the design of the “annular” register 1-3-2 of the photodetector with such transfer electrodes.

На фиг. 7 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-3 с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала, см. например [2]. 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 7 shows a possible block diagram of the CCD “ring” photodetector 1-3 with the organization “floating diffusion region”, which completely coincides with the scheme currently used in CCD arrays for realization of rectangular scanning of a video signal, see, for example, [2]. 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 1-3-3.This procedure is carried out using control pulses T r, often referred to in the literature as reset pulses, which are supplied to the corresponding control bus BPS 1-3-3.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-7 предназначен для управления считывающей апертурой фотоприемника 1-3 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3-3. В результате для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсора.The aperture forming unit (BFA) 1-7 is designed to control the reading aperture of the photodetector 1-3 when the element-by-element video signal voltage is removed in the BPZN 1-3-3. As a result, for all the lines of the photodetector, the area of the reading aperture is the same across the field, with the area of the electrodes of the photosensitive elements of the sensor varying from line to line.

Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-7, представлена на фиг. 8. Предполагается, что фотоприемник 1-3 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тс1, а последняя строка - как Tcn.The plot of the output signal T r generated at the output of BFA 1-7 is shown in FIG. 8. It is assumed that the photodetector 1-3 contains n "ring" lines. In this diagram, the first row is designated as T c1 , and the last row is indicated as T cn .

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

Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен Tr1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - Tr n. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Tp, а период считывания Tr n. - самым большим, который равен nTr.. Коэффициент n в последнем выражении определяется целым числом из соотношения: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. 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 an integer from the ratio:

Figure 00000010
Figure 00000010

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 1-7 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-7 может быть выполнен в составе блока 1-5 «кольцевой» развертки.BFA 1-7 in practice can be implemented using the classic set of technical means (logical elements) of digital electronics. Obviously, BFA 1-7 can be performed as part of the block 1-5 "ring" scan.

Здесь целесообразно провести аналитическую оценку параметра разрешающей способности для «кольцевого» фотоприемника 1-3. Будем использовать в ней методы теории дискретизации многомерных сообщений, развитой проф. Н.К. Игнатьевым [4], а также анализ физических процессов в матричных фотоприемниках на ПЗС, который изложен в работах [5, 6].It is advisable to conduct an analytical assessment of the resolution parameter for the "ring" photodetector 1-3. We will use the methods of the theory of discretization of multidimensional messages developed by prof. N.K. Ignatiev [4], as well as the analysis of physical processes in matrix photodetectors at a CCD, which is described in [5, 6].

В общем виде разрешающая способность «кольцевого фотоприемника, как и любого другого двумерного сенсора, определяется максимальным числом телевизионных линий, которое может быть обнаружено на изображении испытательной таблицы при заданной достоверности обнаружения.In general, the resolution of a “ring photodetector, like any other two-dimensional sensor, is determined by the maximum number of television lines that can be detected on the image of the test table for a given detection accuracy.

Упростим эту задачу, ограничившись оценкой разрешения вдоль «кольцевых» строк (продольного разрешения), по аналогии с разрешающей способностью по горизонтали для матричных фотоприемников на ПЗС. Будем вести отсчет показателя этого параметра в телевизионных линиях, укладывающихся на длину «кольцевой» строки, предполагая, что в нашем распоряжении имеется и тест-таблица, изготовленная на стекле или бумаге.We simplify this task by restricting ourselves to estimating the resolution along the “circular” lines (longitudinal resolution), by analogy with the horizontal resolution for matrix photodetectors at the CCD. We will count the indicator of this parameter in television lines that fit the length of the “ring” line, assuming that we also have a test table made on glass or paper.

Этот тест (здесь не показан) повторяет форму «кольцевого» фотоприемника с необходимым коэффициентом увеличения (масштабирования).This test (not shown here) repeats the shape of the “ring” photodetector with the necessary magnification (scaling) ratio.

Как и ранее важнейшей составляющей искомого показателя разрешения является апертурная весовая составляющая ha (x, y), которая представляет собой функцию пространственного распределения чувствительности элемента ПЗС без учета диффузии зарядов. Эта функция - отклик на неподвижную светящуюся точку вида δ (x, y).As previously, the most important component of the desired resolution indicator is the aperture weight component h a (x, y), which is a function of the spatial distribution of the sensitivity of the CCD element without taking charge diffusion into account. This function is the response to a fixed luminous point of the form δ (x, y).

Для ПЗС-пиксела достаточно близким приближением апертурной весовой функции является прямоугольная функция.For a CCD pixel, a fairly close approximation of the aperture weight function is a rectangular function.

Пусть размер светочувствительного элемента вдоль «кольцевой» строки составляет w, а шаг расположения элемента - p.Let the size of the photosensitive element along the “annular” line be w, and the element spacing step be p.

Более удобна для анализа апертурная составляющая частотно-контрастной характеристики или ЧКХa, которая определяется с помощью преобразования по Фурье этой прямоугольной функции и описывается известным выражением:More convenient for analysis is the aperture component of the frequency-contrast characteristic or frequency response a , which is determined using the Fourier transform of this rectangular function and is described by the well-known expression:

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- пространственная частота теста;Where
Figure 00000012
- spatial frequency of the test;

Figure 00000013
- максимальная (граничная) пространственная частота по критерию Найквиста.
Figure 00000013
- maximum (boundary) spatial frequency according to the Nyquist criterion.

Если допустить, что светочувствительные элементы сенсора расположены вплотную, то w=p.Тогда на частоте

Figure 00000014
(частоте Найквиста) величина ЧКХ равна 0,64.If we assume that the photosensitive elements of the sensor are closely spaced, then w = p. Then at the frequency
Figure 00000014
(Nyquist frequency) the magnitude of the frequency response is 0.64.

Очевидно, что

Figure 00000015
.It's obvious that
Figure 00000015
.

Пространственную частоту теста

Figure 00000016
можно выразить через разрешение N, измеряемое в телевизионных линиях, укладывающихся на длину «кольцевой» строки Lm по соотношению:Spatial frequency of the test
Figure 00000016
can be expressed in terms of resolution N, measured in television lines that fit the length of the "ring" line L m according to the ratio:

Figure 00000017
,
Figure 00000017
,

где Lm - длина текущей «кольцевой» строки фотоприемника.where L m is the length of the current "annular" line of the photodetector.

Тогда формулу (7) для апертурной ЧКХ можно представить следующим образом:Then formula (7) for the aperture frequency response can be represented as follows:

Figure 00000018
Figure 00000018

Обозначим относительное число телевизионных линий Nw/Lm как

Figure 00000019
.We denote the relative number of television lines Nw / L m as
Figure 00000019
.

Примем значения

Figure 00000019
от 0,1 до 3,0 с шагом 0,1 и построим график зависимости ЧКХ а (см. фиг. 9) по формуле:We take the values
Figure 00000019
from 0.1 to 3.0 in increments of 0.1 and build a graph of the dependence of the frequency response and (see Fig. 9) according to the formula:

Figure 00000020
Figure 00000020

При работе «кольцевого» фотоприемника 1-3 в составе панорамной телевизионной камеры параметры «площадь считывающей апертуры» и «площадь элемента» совпадают по величине только для первой строки сенсора. Поэтому в формулу (8) должна быть внесена поправка (уточнение), а именно; показатель w должен быть заменен на параметр wm для текущей строки, численно равный величине w1/nm, где w1 - продольный размер элемента для первой «кольцевой» строки, а показатель nm рассчитывается по соотношению (2).When the "ring" photodetector 1-3 is used as part of a panoramic television camera, the parameters "reading aperture area" and "element area" coincide in magnitude only for the first line of the sensor. Therefore, the formula (8) should be amended (clarified), namely; the exponent w should be replaced by the parameter w m for the current row, numerically equal to the value w 1 / n m , where w 1 is the longitudinal dimension of the element for the first “ring” row, and the exponent n m is calculated by the relation (2).

С учетом этой поправки формула (8) примет вид:With this amendment, formula (8) will take the form:

Figure 00000021
Figure 00000021

Очевидно, что, подставив в формулу (10) значение ЧКХ а, равное 0,64, получим параметр Nopt - показатель оптимального разрешения с размерностью в телевизионных линиях, который одинаков по величине для всех «кольцевых» строк фотоприемника 1-3.Obviously, substituting the frequency response coefficient a equal to 0.64 in formula (10), we obtain the parameter N opt — an indicator of optimal resolution with a dimension in television lines, which is the same in value for all “ring” lines of the photodetector 1-3.

Следовательно, параметр Nopt может быть определен дополнительно по соотношению:Therefore, the parameter N opt can be additionally determined by the ratio:

Figure 00000022
Figure 00000022

С другой стороны, если величина Nopt является априори заданным параметром, то увеличив найденное из (11) его значение вдвое, можно получить важнейший показатель для проектирования фотоприемника 1-3, а именно: требуемое число элементов в его «кольцевых» строках.On the other hand, if the value of N opt is a priori given parameter, then increasing its value found from (11) by half, one can obtain the most important indicator for designing a photodetector 1-3, namely: the required number of elements in its “ring” rows.

Рассмотрим работу заявляемой телевизионной камеры повышенной чувствительности в составе компьютерной системы панорамного наблюдения, как это предложено в [1], см. фиг. 1. Система содержит телевизионную камеру в позиции 1 и сервер 2 в позиции, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3.Consider the operation of the inventive television camera of increased sensitivity as part of a computer system for panoramic observation, as proposed in [1], see Fig. 1. The system comprises a television camera in position 1 and a server 2 in position, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected in position 3.

Предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например, при помощи фотоштатива (на фиг. 1 он не показан).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).

Панорамный объектив 1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение наблюдаемой сцены, проецируя его для монохромной камеры непосредственно на мишень 1-3-1 фотоприемника, а для цветной камеры - через ИК-фильтр 1-2.Panoramic lens 1-1 forms an “annular” optical image of the observed scene, projecting it for a monochrome camera directly onto the target 1-3-1 of the photodetector, and for a color camera through an IR filter 1-2.

В результате фотоэлектрического и последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал монохромного или цветного изображения.As a result of the photoelectric and subsequent analog-to-digital conversion of the video signal at the output of the television camera 1, a digital television signal of a monochrome or color image is generated.

Предположим, что текущий угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного изображения составляет 60 градусов по горизонтали, тогда «кольцевой» кадр записи включает 6 (шесть) условных областей.Suppose that the current angle of view (γ g ) of the presented panoramic image is 60 degrees horizontally, then the “ring” recording frame includes 6 (six) conditional areas.

Тогда оперативная память сервера 2, куда записывается панорамное изображение, содержит 6-ть областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра.Then the RAM of server 2, where the panoramic image is recorded, contains 6 areas of the input video signal of the current "ring" frame.

Далее, как и в [1], в сервере 2 осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.Further, as in [1], in the server 2, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted into ordinary “rectangular” frames and the ability to provide this information at the “network” output of server 2.

Поэтому цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) операторам персональных компьютеров. Это означает, что в реальном масштабе времени может быть реализован контроль шести изображений с повышенной чувствительностью по всему полю.Therefore, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into 6 "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence (see Fig. 6) to personal computer operators. This means that real-time monitoring of six images with enhanced sensitivity across the entire field can be implemented.

Будем считать, что в качестве персональных компьютеров 3, образующих эту сеть, использованы ноутбуки, содержащие в своем составе материнскую плату с установленными на ней процессором и оперативной памятью, а также жесткий диск, дисплей, клавиатуру и тачпад.We assume that as personal computers 3 that make up this network, laptops are used that contain a motherboard with a processor and RAM installed on it, as well as a hard drive, display, keyboard and touchpad.

Оператор каждого ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.The operator of each laptop 3 can select the image proposed by the server 2 image and its output to the display screen.

Очевидно, что заявляемое решение телевизионной камеры может быть использовано в составе сложных компьютерных систем.It is obvious that the claimed solution to a television camera can be used as part of complex computer systems.

Пример структурной схемы по организации такой системы представлен на фиг. 10. Стрелки на линиях связи этой схемы иллюстрируют передачу сигнала изображения.An example of a structural diagram for organizing such a system is shown in FIG. 10. The arrows on the communication lines of this circuit illustrate the transmission of an image signal.

Здесь компьютер 4 оператора дополнительно выполняет функции сервера. Благодаря использованию в данной системе маршрутизатора 5, информация, хранящаяся на сервере, становится доступной любому другому пользователю компьютера в локальной сети, например компьютеру 7.Here, the operator computer 4 further functions as a server. Due to the use of router 5 in this system, the information stored on the server becomes available to any other computer user on the local network, such as computer 7.

Модем 6 позволяет предоставить видеоинформацию и по сети Интернет, т.е. она может поступить на компьютер удаленного пользователя, например на компьютер 8.Modem 6 allows you to provide video information over the Internet, i.e. it can go to the computer of a remote user, for example, to computer 8.

В настоящее время все элементы заявляемой структурной схемы телевизионной камеры повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the claimed structural diagram of a television camera of high sensitivity for panoramic computer surveillance mastered or 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 №2564091. МПК H04N 5/225. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью на внешней периферии кольцевого изображения. / В.М. Смелков // БИ - 2015. - №27.1. RF patent No. 2564091. IPC H04N 5/225. A computer system for panoramic television surveillance with increased sensitivity on the outer periphery of the ring image. / V.M. Smelkov // BI - 2015. - No. 27.

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 // БИ - 2002. - №20.3. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror lens. / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // BI - 2002. - No. 20.

4. Игнатьев Н.К. Дискретизация и ее приложения. М., «Связь», 1980.4. Ignatiev N.K. Discretization and its applications. M., "Communication", 1980.

5. Барб Д.Ф., Кэмпана С. Изображающие приборы с зарядовой связью. В сборнике «Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений», Том 3. М., «Мир», 1980, С. 180-306.5. Barb D.F., Campana S. Depicting charge-coupled devices. In the collection "Achievements in the technique of transmission and reproduction of images", Volume 3. M., "World", 1980, S. 180-306.

6. Шостацкий Н.Н. Применение теории дискретизации для анализа разложения изображений на матрицах ПЗС. «Техника средств связи», серия «Техника телевидения», 1982, выпуск 2, С. 3-14.6. Shostatsky N.N. Application of discretization theory for analysis of image decomposition on CCD matrices. “Technique of Communications”, series “Technique of Television”, 1982, issue 2, S. 3-14.

Claims (11)

1. Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения, содержащая в монохромной камере последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник, а в цветной камере - последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) и фотоприемник, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник, выполненный на основе технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов мишени расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру, оканчивающемуся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем число пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а площадь светочувствительных пикселов мишени, как и площадь экранированных от света элементов мишени, от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сенсора, при этом фотоприемник цветной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его мишень цветного мозаичного фильтра, являющегося «кольцевым» по форме и имеющего геометрию «окон», совпадающую с размерами светочувствительных элементов сенсора, причем цветной мозаичный фильтр разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом в состав телевизионной камеры входит также блок «кольцевой» развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока «кольцевой» развертки видеосигнала подключен соответственно к управляющим входам мишени фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход управления экспозицией сигнального процессора - к первому управляющему входу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, отличающаяся тем, что 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 - ко второму управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:1. A television camera of increased sensitivity for panoramic computer surveillance, containing in a monochrome camera sequentially located and optically connected panoramic lens and photodetector, and in a color camera - sequentially located and optically connected panoramic lens, infrared cut-off filter (IR-filter) and photodetector, a television camera forms a “ring” raster of a monochrome or color image, while a photodetector based on the technology of devices with a charge communication (CCD), has the shape of a circular ring, in which the lines of photosensitive and the lines of light-shielded target elements are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the "ring" register located there, ending in the charge-voltage conversion unit ”(LAR), and the number of pixels in each“ ring ”line of the target is equal to the number of elements in its“ ring ”register, and the area of the photosensitive pixels of the target, as well as the area of the shielded the light of the target elements is different from row to row, increasing in the direction along the “circular” line as it moves to the outer periphery to a maximum value not exceeding the pixel area of the “circular” register of the sensor, while the color camera photodetector consists of a monochrome sensor and covers it the target of the color mosaic filter, which is "circular" in shape and having the geometry of the "windows" that matches the size of the photosensitive elements of the sensor, and the color mosaic filter divides the light flux, falling on the photosensitive elements, respectively, on its cyan, yellow, magenta and green components, while the television camera also includes a “ring” scan unit of the video signal and a signal processor and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series, the output of which is the output of the television camera, and the first output of the “circular” scan video signal unit is connected respectively to the control inputs of the target of the photodetector, the second output of the “circular” scan unit - to the control inputs of the "circular" register of the photodetector, the third output of the block of "circular" sweep - to the synchronization input of the signal processor, and the fourth output of the block of "circular" scan - to the clock input of the ADC, while the information input of the signal processor is connected to the output of the overhead voltage detector of the photodetector, and the output of the exposure control of the signal processor to the first control input of the “ring” scan unit of the photodetector, characterized in that an aperture forming unit (BFA) is introduced, the information input of which is connected n to the output pulses resetting unit "ring" scan clock input BPA - to the corresponding output unit "ring" scanner, and the output of BPA - to the second control input of the "ring" scan, the period of the control pulses T r, generated at the output of BPA is determined by the ratio:
Figure 00000023
Figure 00000023
где Tp - период считывания элемента в фотоприемнике;where T p is the reading period of the element in the photodetector; nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в фотоприемнике равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the photodetector is equal to the ratio:
Figure 00000024
Figure 00000024
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the photodetector; Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике,Δ m is the area of the photosensitive element for the current read line in the photodetector, при этом одинаковое в каждой «кольцевой» строке фотоприемника число элементов не менее чем в два раза превышает величину заданного оптимального разрешения камеры, оцениваемого в телевизионных линиях, укладывающихся на длину этой «кольцевой» строки.the same number of elements in each “ring” line of the photodetector is at least twice the value of the specified optimal camera resolution, estimated in television lines that fit the length of this “ring” line. 2. Телевизионная камера цветного изображения по п. 1, отличающаяся тем, что электроды переноса мишени и «кольцевого» регистра, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра для фотоприемника выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.2. The television camera color image according to claim 1, characterized in that the transfer electrodes of the target and the “ring” register, as well as the light “windows” of the “ring” mosaic filter for the photodetector, are made with a geometric shape in the form of a part of a circular ring. 3. Телевизионная камера цветного изображения по п. 1, отличающаяся тем, что ИК-фильтр выполнен в составе панорамного объектива или в составе фотоприемника.3. The television camera color image according to claim 1, characterized in that the IR filter is made as part of a panoramic lens or as part of a photodetector. 4. Телевизионная камера цветного изображения по п. 1, отличающаяся тем, что БФА выполнен в составе блока «кольцевой» развертки.4. The television camera color image according to claim 1, characterized in that the BFA is made as part of the block "ring" scan.
RU2017103237A 2017-01-31 2017-01-31 Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system RU2633758C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103237A RU2633758C1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103237A RU2633758C1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633758C1 true RU2633758C1 (en) 2017-10-18

Family

ID=60129424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017103237A RU2633758C1 (en) 2017-01-31 2017-01-31 Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2633758C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669187C1 (en) * 2017-12-12 2018-10-09 Вячеслав Михайлович Смелков Method for forming video signal of "ring" frame in television camera for panoramic computer observation under complicated conditions of complex lighting and/or brightness of objects
RU2673453C1 (en) * 2017-11-22 2018-11-27 Вячеслав Михайлович Смелков Method for forming video signal of "ring" frame in television camera for panoramic computer observation under complicated conditions of complex lighting and/or brightness of objects
RU2686053C1 (en) * 2018-08-09 2019-04-24 Вячеслав Михайлович Смелков Method of forming video signal of circular frame in television camera for panoramic computer surveillance in conditions of high illumination and/or complex brightness of objects

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4554585A (en) * 1983-08-12 1985-11-19 Rca Corporation Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems
US4811106A (en) * 1986-05-16 1989-03-07 The General Electric Company, P.L.C. Frame transfer image sensor having two vertical clock standards
US5777670A (en) * 1992-10-26 1998-07-07 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Device for controlling transfer in a CCD-type imaging device
EP1871091A2 (en) * 2006-06-19 2007-12-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Camera Module
US7492390B2 (en) * 2003-07-14 2009-02-17 Arecont Vision, Llc. Dual spectral band network camera
WO2012061018A3 (en) * 2010-11-03 2013-01-24 Eastman Kodak Company Digital camera providing high dynamic range images
US20140160260A1 (en) * 2012-07-26 2014-06-12 Olive Medical Corporation Wide dynamic range using monochromatic sensor
US8786732B2 (en) * 2012-10-31 2014-07-22 Pixon Imaging, Inc. Device and method for extending dynamic range in an image sensor
RU2564091C1 (en) * 2014-10-23 2015-09-27 Вячеслав Михайлович Смелков Computer system of panoramic tv observation with higher sensitivity at outer periphery of circular image

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4554585A (en) * 1983-08-12 1985-11-19 Rca Corporation Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems
US4811106A (en) * 1986-05-16 1989-03-07 The General Electric Company, P.L.C. Frame transfer image sensor having two vertical clock standards
US5777670A (en) * 1992-10-26 1998-07-07 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Device for controlling transfer in a CCD-type imaging device
US7492390B2 (en) * 2003-07-14 2009-02-17 Arecont Vision, Llc. Dual spectral band network camera
EP1871091A2 (en) * 2006-06-19 2007-12-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Camera Module
WO2012061018A3 (en) * 2010-11-03 2013-01-24 Eastman Kodak Company Digital camera providing high dynamic range images
US20140160260A1 (en) * 2012-07-26 2014-06-12 Olive Medical Corporation Wide dynamic range using monochromatic sensor
US8786732B2 (en) * 2012-10-31 2014-07-22 Pixon Imaging, Inc. Device and method for extending dynamic range in an image sensor
RU2564091C1 (en) * 2014-10-23 2015-09-27 Вячеслав Михайлович Смелков Computer system of panoramic tv observation with higher sensitivity at outer periphery of circular image

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2673453C1 (en) * 2017-11-22 2018-11-27 Вячеслав Михайлович Смелков Method for forming video signal of "ring" frame in television camera for panoramic computer observation under complicated conditions of complex lighting and/or brightness of objects
RU2669187C1 (en) * 2017-12-12 2018-10-09 Вячеслав Михайлович Смелков Method for forming video signal of "ring" frame in television camera for panoramic computer observation under complicated conditions of complex lighting and/or brightness of objects
RU2686053C1 (en) * 2018-08-09 2019-04-24 Вячеслав Михайлович Смелков Method of forming video signal of circular frame in television camera for panoramic computer surveillance in conditions of high illumination and/or complex brightness of objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2371880C1 (en) Panoramic video surveillance method and device for implementing thereof
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
RU2633758C1 (en) Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system
RU2611421C1 (en) Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance
RU2625163C1 (en) Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance
RU2665695C1 (en) Computer system device for panoramic television surveillance
RU2640756C1 (en) Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines
RU2640755C1 (en) Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines
RU2641284C1 (en) Television camera of colour image for panoramic computer observation
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
RU2675245C1 (en) Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image
WO2022226702A1 (en) Image processing method, imaging processing apparatus, electronic device, and storage medium
RU2611426C1 (en) Videosignal sensor of primary colours for panoramic television surveillance of colour images
RU2631830C1 (en) Computer system of panoramic television observation
RU2564091C1 (en) Computer system of panoramic tv observation with higher sensitivity at outer periphery of circular image
RU2570348C1 (en) Computer system for panoramic colour image television surveillance
RU2579003C1 (en) Computer system device for panoramic colour image scanning
RU2564678C1 (en) Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance
RU2611424C1 (en) Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance
RU2709409C1 (en) Computer system for television all-round viewing of inner surface of large diameter pipes and pipelines
RU2555855C1 (en) Device for panoramic "day-night" surveillance and television camera therefor
RU2683241C1 (en) Method of controlling element-by-element transfer of charge packets in ring photodetector on ccd for panoramic television and computer surveillance