RU2813358C1 - Design of computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling - Google Patents

Design of computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling Download PDF

Info

Publication number
RU2813358C1
RU2813358C1 RU2023114205A RU2023114205A RU2813358C1 RU 2813358 C1 RU2813358 C1 RU 2813358C1 RU 2023114205 A RU2023114205 A RU 2023114205A RU 2023114205 A RU2023114205 A RU 2023114205A RU 2813358 C1 RU2813358 C1 RU 2813358C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring
output
video
photodetector
sensor
Prior art date
Application number
RU2023114205A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Смелков
Original Assignee
Вячеслав Михайлович Смелков
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Михайлович Смелков filed Critical Вячеслав Михайлович Смелков
Application granted granted Critical
Publication of RU2813358C1 publication Critical patent/RU2813358C1/en

Links

Abstract

FIELD: panoramic television surveillance.
SUBSTANCE: invention relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a television camera. Result is achieved by the fact that the television camera of such a system has two sensors: “ring” and “rectangular” (matrix) photodetectors, made using the technology of complementary structures “metal-oxide-semiconductor” (CMOS), wherein the first information input of the mixer is connected to the “Video” output of the “ring” photodetector, and the second information input of the mixer is connected to the output of the signal of the “cross” electronic mark generator, and the output of the mixer is to the first information input of the multiplexer, the second information input of which is connected to the “Video” output of the photodetector matrix; control input of the “cross” electronic mark generator is connected to the output of the position sensor of the guidance unit, and the “Video” output of the “ring” photodetector is additionally connected to the input of the sync pulse selector, the output of frame sync pulses (FSP) of which is connected to the first input of the electronic mark “cross” generator and, accordingly, to the control input of the multiplexer, output of horizontal sync pulses (HSP) of the sync pulse selector is to the second input of the electronic mark generator; and the output of the sync pulse mixture of the sync pulse selector is to the external synchronization input of the photodetector matrix. Also, the television camera includes four panoramic lenses and a sensor positioning unit (SPU), made on the basis of a stepper motor, shaft of which is directly or through a reduction gear is mechanically connected to the sensor unit, providing, at the operator’s command from the computer to the television camera, spatial rotation of the sensor unit through angle of 90° in step-by-step mode four times per cycle, so that its target is set by default symmetrically to the position opposite each of the four panoramic lenses. Each new digital video signal generated in the television camera after the completion of each of the four turns of the photodetector is successively recorded in the corresponding cell of the random access memory of the server, which provides consistently and parallel circular view in four spherical layers of surrounding spherical area of space.
EFFECT: monitoring panoramic scene in four layers of surrounding space.
4 cl, 11 dwg, 2 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей последовательно и параллельно круговой обзор в четырех шаровых слоях окружающей сферической области пространства. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном масштабе времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Телевизионная камера такой системы имеет два сенсора: «кольцевой» и «прямоугольный» (матричный) фотоприемники, - изготовленные по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП). А на экране компьютерного монитора воспроизводится комбинированное изображение, которое по отношению к первоначально предъявляемому изображению состоит из априори выбранного участка с необходимым увеличением (масштабированием) и остальной его части с неизменным масштабом.The present invention relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a television camera that provides a sequential and parallel all-round view in four spherical layers of the surrounding spherical region of space. Moreover, for each of these spherical layers, television monitoring of the situation in real time is carried out in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation. The television camera of such a system has two sensors: “ring” and “rectangular” (matrix) photodetectors, made using the technology of complementary metal-oxide-semiconductor structures (CMOS). And on the computer monitor screen a combined image is reproduced, which, in relation to the initially presented image, consists of an a priori selected area with the necessary magnification (scaling) and the rest of it with a constant scale.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием изображения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок электрического вписывания изображения (БЭВИ), который осуществляет программным путем вложение (вставку) «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора, причем в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью вход БЭВИ подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход БЭВИ - к выходу «сеть» сервера; при этом в состав телевизионной камеры входит панорамный объектив, сенсорный блок, смеситель, генератор электронной отметки «крест», селектор синхроимпульсов и мультиплексор, причем сенсорный блок содержит в своем составе электромеханическую турель с поворотом на два положения, управляемую по команде с компьютера оператора системы, при этом на турели на регулируемом про высоте фланце расположен «кольцевой» фотоприемник и с разнесением на 180° - блок наведения, который по команде оператора с компьютера осуществляет в пределах круга плавное пространственное перемещение установленного на нем на регулируемом по высоте фланце «прямоугольного» (матричного) фотоприемника, причем в первом положении турели оптическое изображение панорамного объектива проецируется на мишень «кольцевого» фотоприемника, а во втором положении турели фрагмент оптического кадра панорамного объектива проецируется на мишень матричного фотоприемника, при этом «кольцевой» фотоприемник выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, и содержит на мишени линейки светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь (Δ) от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления Km, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» «кольцевого» фотоприемника, причем коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a device for a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected, while expansion connector on the server motherboard, a video card is installed, coordinated for input/output channels, control and power supply with the server bus, containing an electrical image inscription unit (BEVI), which programmatically embeds (inserts) a “ring” frame of a television camera into a “rectangular” one » raster of a computer monitor, and in the mode of observing a panoramic scene, the BEVI input is completely connected to the output of the RAM block per frame, and the BEVI output is connected to the “network” output of the server; in this case, the television camera includes a panoramic lens, a sensor block, a mixer, an electronic cross mark generator, a sync pulse selector and a multiplexer, and the sensor block contains an electromechanical turret with a rotation of two positions, controlled by a command from the system operator’s computer, At the same time, on the turret, on a height-adjustable flange, there is a “ring” photodetector and, separated by 180°, a guidance unit, which, at the command of the operator from the computer, carries out a smooth spatial movement within the circle of a “rectangular” (matrix) mounted on it on a height-adjustable flange ) photodetector, and in the first position of the turret, the optical image of the panoramic lens is projected onto the target of the “ring” photodetector, and in the second position of the turret, a fragment of the optical frame of the panoramic lens is projected onto the target of the matrix photodetector, while the “ring” photodetector is made on a crystal made using CMOS technology , and contains on the target lines of photosensitive elements (pixels) located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, and the number of photosensitive pixels in each “ring” line of the target is the same, and their area (Δ) is different from line to line , increasing as it moves towards the outer periphery of the sensor, and the sensor target consists of photodiode active pixels, each of which has an amplifier with a gain K m , as well as a built-in analog-to-digital converter (ADC), which ensures the transmission of the video signal of the active pixel to its “radial” » video bus, while they all combine the active pixels of the target into “radial” columns, and the ADC control for pixels located along each “ring” line of the sensor is carried out using a separate “ring” line bus, the total number of which determines the number of lines in the sensor, and the number of “radial” video buses is the number of pixels in each line of the sensor; at the same time, on the common crystal of the photodetector there are also blocks that perform scanning and formation of the output voltage of the digital video signal, namely: a “ring” frame scan register, which selects the “ring” line; A "ring" video switcher containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" horizontal multiplexer and provide transmission of the video signal at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output “Video” of a “ring” photodetector, and the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the “ring” sensor changes according to the ratio:

где K1 - коэффициент усиления активного пиксела первой строки «кольцевого» фотоприемника, величина которого равна единице,where K 1 is the gain of the active pixel of the first row of the “ring” photodetector, the value of which is equal to unity,

а изменение коэффициента усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора обеспечивает одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу» кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени матричного сенсора сохраняется постоянным и неизменным по величине, а для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов должна быть увеличена в Δ1/Δ раз величина номинального коэффициента Km активного пиксела матричного сенсора; первый информационный вход смесителя подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника, а второй информационный вход смесителя - к выходу сигнала генератора электронной отметки «крест», а выход смесителя - к первому информационному входу мультиплексора, второй информационный вход которого подключен к выходу «Видео» матричного фотоприемника; управляющий вход генератора электронной отметки «крест» подключен к выходу датчика положения блока наведения, а выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника подключен дополнительно к входу селектора синхроимпульсов, выход кадровых синхроимпульсов (КСИ) которого подключен к первому входу генератора электронной отметки «крест» и соответственно к управляющему входу мультиплексора, выход строчных синхроимпульсов (ССИ) селектора синхроимпульсов - ко второму входу генератора электронной отметки; а выход смеси синхроимпульсов приемника (ССП) селектора синхроимпульсов - к входу внешней синхронизации матричного фотоприемника, выход «Видео» которого подключен ко второму информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «Видео» телевизионной камеры, при этом плата видео, установленная в разъем расширения на материнской плате сервера, выполняет демультиплексирование входного мультиплексного сигнала изображения «Видео» на два канала «Видео 1» и «Видео 2» с последующей записью видеосигналов соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти на кадр, формирование сигнала «окошко», выполнение коммутации видеосигналов «Видео 1» и «Видео 2» по сигналу «окошко» с формированием комбинированного изображения, выход которого является выходом видеосигнала телевизионной системы.and changing the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the sensor ensures the same value of the reading aperture within the entire “ring” raster of the image, while the matrix photodetector, like the “ring” sensor, is made using CMOS technology, with a similar organization using the “coordinate addressing” method, and the number of its “rectangular” lines is equal to the number of “ring” lines of the “ring” sensor, and with the same photosensitive area (Δ) of all active pixels of the target, the gain coefficient K m of the active pixel for each current “rectangular” » the target line of the matrix sensor remains constant and unchanged in value, and to equalize the sensitivities of the “ring” and matrix channels, the value of the nominal coefficient K m of the active pixel of the matrix sensor must be increased by Δ 1 / Δ times; the first information input of the mixer is connected to the “Video” output of the “ring” photodetector, and the second information input of the mixer is connected to the signal output of the electronic cross mark generator, and the mixer output is connected to the first information input of the multiplexer, the second information input of which is connected to the “Video” output » matrix photodetector; The control input of the electronic mark generator "cross" is connected to the output of the position sensor of the guidance unit, and the "Video" output of the "ring" photodetector is additionally connected to the input of the sync pulse selector, the output of the vertical sync pulses (PSP) of which is connected to the first input of the electronic mark generator "cross" and respectively, to the control input of the multiplexer, the output of the horizontal sync pulses (HSI) of the sync pulse selector - to the second input of the electronic mark generator; and the output of the receiver sync pulse mixture (RPM) of the sync pulse selector is to the external synchronization input of the matrix photodetector, the “Video” output of which is connected to the second information input of the multiplexer, the output of which is the “Video” output of the television camera, with the video card installed in the expansion connector on server motherboard, demultiplexes the input multiplex image signal “Video” into two channels “Video 1” and “Video 2” with subsequent recording of video signals, respectively, into the first and second blocks of RAM per frame, generating a “window” signal, and performing video signal switching “ Video 1" and "Video 2" based on the "window" signal with the formation of a combined image, the output of which is the output of the video signal of the television system.

В прототипе [1] обеспечивается возможность визуального контроля выбираемых участков панорамного изображения в увеличенном масштабе одновременно с наблюдением панорамного сцены полностью по методу селективного масштабирования. При этом гарантируется повышенная степень интеграции телевизионной камеры за счет выполнения «кольцевого» и матричного сенсоров по технологии КМОП, позволяющей разместить на их кристаллах и необходимое электронное «обрамление каждого из фотоприемников.The prototype [1] provides the ability to visually monitor selected areas of a panoramic image on an enlarged scale simultaneously with observation of the entire panoramic scene using the selective scaling method. At the same time, an increased degree of integration of the television camera is guaranteed due to the implementation of the “ring” and matrix sensors using CMOS technology, which makes it possible to place on their crystals the necessary electronic “frame” of each of the photodetectors.

Необходимо отметить и важнейшее условие прототипа [1]: формат мишени «кольцевого» фотоприемника равен формату кадра панорамного объектива, а величина площади пиксела первой строки «кольцевого» сенсора превышает величину площади пиксела (Δ) матричного сенсора.It is necessary to note the most important condition of the prototype [1]: the target format of the “ring” photodetector is equal to the frame format of the panoramic lens, and the pixel area of the first line of the “ring” sensor exceeds the pixel area (Δ) of the matrix sensor.

Недостаток прототипа - возможность мониторинга панорамного сюжета только в одном и единственном шаровом слое сферической области окружающего пространства.The disadvantage of the prototype is the ability to monitor a panoramic plot in only one and only spherical layer of the spherical region of the surrounding space.

Задачей изобретения является возможность ведения мониторинга панорамного сюжета в четырех слоях окружающего пространства.The objective of the invention is the ability to monitor a panoramic scene in four layers of the surrounding space.

Поставленная задача в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием изображения решается тем, что, как и в устройстве прототипа [1], которое содержит последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая БЭВИ, который осуществляет программным путем вложение (вставку) «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора, причем в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью вход БЭВИ подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход БЭВИ - к выходу «сеть» сервера; при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, сенсорный блок, смеситель, генератор электронной отметки «крест», селектор синхроимпульсов и мультиплексор, причем сенсорный блок содержит в своем составе электромеханическую турель с поворотом на два положения, управляемую по команде с компьютера оператора системы, при этом на турели на регулируемом про высоте фланце расположен «кольцевой» фотоприемник и с разнесением на 180° - блок наведения, который по команде оператора с компьютера осуществляет в пределах круга плавное пространственное перемещение установленного на нем на регулируемом по высоте фланце «прямоугольного» (матричного) фотоприемника, причем в первом положении турели оптическое изображение панорамного объектива проецируется на мишень «кольцевого» фотоприемника, а во втором положении турели фрагмент оптического кадра панорамного объектива проецируется на мишень матричного фотоприемника, при этом «кольцевой» фотоприемник выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, и содержит на мишени линейки светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь (Δ) от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления Km, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» «кольцевого» фотоприемника, причем коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению (1), а изменение коэффициента усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора обеспечивает одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу» кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени матричного сенсора сохраняется постоянным и неизменным по величине, а для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов должна быть увеличена в Δ1/Δ раз величина номинального коэффициента Km активного пиксела матричного сенсора; первый информационный вход смесителя подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника, а второй информационный вход смесителя - к выходу сигнала генератора электронной отметки «крест», а выход смесителя - к первому информационному входу мультиплексора, второй информационный вход которого подключен к выходу «Видео» матричного фотоприемника; управляющий вход генератора электронной отметки «крест» подключен к выходу датчика положения блока наведения, а выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника подключен дополнительно к входу селектора синхроимпульсов, выход КСИ которого подключен к первому входу генератора электронной отметки «крест» и соответственно к управляющему входу мультиплексора, выход ССИ селектора синхроимпульсов - ко второму входу генератора электронной отметки; а выход ССП селектора синхроимпульсов - к входу внешней синхронизации матричного фотоприемника, выход «Видео» которого подключен ко второму информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «Видео» телевизионной камеры, при этом плата видео, установленная в разъем расширения на материнской плате сервера, выполняет демультиплексирование входного мультиплексного сигнала изображения «Видео» на два канала «Видео 1» и «Видео 2» с последующей записью видеосигналов соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти на кадр, формирования сигнала «окошко», выполнения коммутации видеосигналов «Видео 1» и «Видео 2» по сигналу «окошко» с формированием комбинированного изображения, выход которого является выходом видеосигнала телевизионной системы, но при этом в отличие от прототипа [1], в состав телевизионной камеры введен второй панорамный объектив, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив, а также блок позиционирования сенсоров (БПС), выполненный на базе шагового двигателя, вал которого непосредственно или через редуктор механически связан с сенсорным блоком, обеспечивая по команде оператора, поступающей с компьютера в телевизионную камеру, пространственный поворот сенсорного блока на угол 90° в пошаговом режиме четыре раз за цикл, так что его мишень, установленная по умолчанию симметрично в положение напротив первого панорамного объектива, последовательно устанавливается сначала симметрично в положение напротив второго панорамного объектива, затем симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а в заключении - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, при этом новый цифровой видеосигнал, формируемый в телевизионной камере после завершения каждого из четырех поворотов фотоприемника, поочередно подается на сервер, в качестве которого используется системный блок компьютера оператора системы.The stated problem in the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling is solved by the fact that, as in the prototype device [1], which contains a series-connected television camera and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers, while a video card is installed in the expansion connector on the server motherboard, matched for input/output channels, control and power supply with the server bus, containing a BEVI, which programmatically embeds (inserts) a “ring” frame of a television camera into a “rectangular” one raster of a computer monitor, and in the mode of observing a panoramic scene, the BEVI input is completely connected to the output of the RAM block per frame, and the BEVI output is connected to the “network” output of the server; in this case, the television camera includes a first panoramic lens, a sensor block, a mixer, an electronic cross mark generator, a sync pulse selector and a multiplexer, and the sensor block contains an electromechanical turret with rotation in two positions, controlled by a command from the system operator’s computer , while on the turret, on a height-adjustable flange, there is a “ring” photodetector and, separated by 180°, a guidance unit, which, at the command of an operator from a computer, carries out a smooth spatial movement within a circle of a “rectangular” mounted on it on a height-adjustable flange ( matrix) photodetector, and in the first position of the turret, the optical image of the panoramic lens is projected onto the target of the “ring” photodetector, and in the second position of the turret, a fragment of the optical frame of the panoramic lens is projected onto the target of the matrix photodetector, while the “ring” photodetector is made on a crystal made using the technology CMOS, and contains on the target lines of photosensitive elements (pixels) located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, and the number of photosensitive pixels in each “ring” line of the target is the same, and their area (Δ) from line to line is different, increasing as it moves towards the outer periphery of the sensor, and the sensor target consists of photodiode active pixels, each of which has an amplifier with a gain K m , as well as a built-in ADC that ensures the transmission of the active pixel video signal to its “radial” video bus, with in this case, they all collectively combine the active pixels of the target into “radial” columns, and the ADC control for pixels located along each “ring” line of the sensor is carried out using a separate “ring” line bus, the total number of which determines the number of lines in the sensor, and the number of “radial” video tires is the number of pixels in each sensor line; at the same time, on the common crystal of the photodetector there are also blocks that perform scanning and formation of the output voltage of the digital video signal, namely: a “ring” frame scan register, which selects the “ring” line; A "ring" video switcher containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" horizontal multiplexer and provide transmission of the video signal at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output “Video” of a “ring” photodetector, and the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the “ring” sensor changes according to relation (1), and the change in the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the sensor provides the same size of the reading aperture within the entire “ring” raster of the image, while the matrix photodetector, like the “ring” sensor, is made using CMOS technology, with a similar organization using the “coordinate addressing” method, and the number of its “rectangular” lines is equal to the number ring" lines of the "ring" sensor, and with the same photosensitive area (Δ) of all active pixels of the target, the gain coefficient K m of the active pixel for each current "rectangular"" line of the target of the matrix sensor is kept constant and unchanged in value, and to equalize the sensitivities "ring" and matrix channels should be increased by Δ 1 /Δ times the value of the nominal coefficient K m of the active pixel of the matrix sensor; the first information input of the mixer is connected to the “Video” output of the “ring” photodetector, and the second information input of the mixer is connected to the signal output of the electronic cross mark generator, and the mixer output is connected to the first information input of the multiplexer, the second information input of which is connected to the “Video” output » matrix photodetector; The control input of the electronic cross mark generator is connected to the output of the position sensor of the guidance unit, and the “Video” output of the “ring” photodetector is additionally connected to the input of the sync pulse selector, the output of which is connected to the first input of the electronic cross mark generator and, accordingly, to the control input multiplexer, the output of the sync pulse selector - to the second input of the electronic mark generator; and the output of the SSP sync pulse selector is to the external synchronization input of the matrix photodetector, the “Video” output of which is connected to the second information input of the multiplexer, the output of which is the “Video” output of the television camera, while the video card installed in the expansion connector on the server motherboard performs demultiplexing the input multiplex image signal “Video” into two channels “Video 1” and “Video 2” with subsequent recording of video signals, respectively, into the first and second blocks of RAM per frame, generating the “window” signal, performing switching of the video signals “Video 1” and “ Video 2" based on the "window" signal with the formation of a combined image, the output of which is the output of the video signal of the television system, but unlike the prototype [1], the television camera includes a second panoramic lens, a third panoramic lens and a fourth panoramic lens, and also a sensor positioning unit (SPU), made on the basis of a stepper motor, the shaft of which is directly or through a gearbox mechanically connected to the sensor unit, providing, at the operator’s command from the computer to the television camera, spatial rotation of the sensor unit at an angle of 90° in step-by-step mode four times per cycle, so that its target, set by default symmetrically in front of the first panoramic lens, is sequentially set first symmetrically in front of the second panoramic lens, then symmetrically in front of the third panoramic lens, and finally symmetrically in front of the fourth panoramic lens lens, while a new digital video signal generated in the television camera after completion of each of the four rotations of the photodetector is alternately fed to the server, which is used as the system unit of the system operator’s computer.

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

Важно отметить следующее. Светочувствительная площадь пикселов мишени «кольцевого» фотоприемника, как и для прототипа [1], от строки к строке различна. Это вызывается необходимостью для «кольцевого» сенсора, имеющего одинаковое число пикселов в каждой строке, выравнивания разрешающей способности в пределах кадра путем обеспечения одинаковой величины технологического (производственного) зазора между светочувствительными элементами. Но в данном решении обеспечено и необходимое выравнивание чувствительности обоих каналов телевизионного наблюдения, использующих такие сенсоры.It is important to note the following. The light-sensitive area of the pixels of the target of the “ring” photodetector, as for the prototype [1], is different from line to line. This is caused by the need for a “ring” sensor, which has the same number of pixels in each line, to equalize the resolution within the frame by ensuring the same value of the technological (manufacturing) gap between the photosensitive elements. But this solution also ensures the necessary equalization of the sensitivity of both television surveillance channels using such sensors.

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

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием и на этом же чертеже - структурная схема телевизионной камеры в ее составе; на фиг. 2 показаны все четыре возможные положения сенсорного блока телевизионной камеры, реализующие мониторинг окружающего пространства последовательно в четырех слоях: сзади, справа, спереди и слева; на фиг. 3 приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 4 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 5 представлено размещение «кольцевого» и матричного фотоприемников на поворотной турели, штриховкой на этом чертеже показаны юстировочные фланцы, которые раздельно регулируются по высоте, обеспечивая точную настройку заднего отрезка объектива (заднего фокуса) для каждого из фотоприемников; на фиг. 6 - иллюстрация возможных положений мишени матричного фотоприемника на платформе блока наведения; на фиг. 7 - иллюстрация выполнения задачи по электрическому вписыванию изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора; на фиг. 8 - иллюстрация формирования комбинированного изображения на экране компьютерного монитора; на фиг. 10 - пример выполнения электрической схемы блока наведения; на фиг. 9, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 11 - приведена иллюстрация принципа действия шагового двигателя, который используется в составе телевизионной камеры.In fig. Figure 1 shows a block diagram of the proposed device for a computer system for panoramic television surveillance with selective scaling and in the same drawing - a block diagram of the television camera included in it; in fig. Figure 2 shows all four possible positions of the sensor unit of a television camera, which implement monitoring of the surrounding space sequentially in four layers: back, right, front and left; in fig. Figure 3 shows the circuitry of a “ring” photodetector; in fig. 4 - details of this organization in relation to a single “radial” column; in fig. Figure 5 shows the placement of the “ring” and matrix photodetectors on the rotary turret; the shading in this drawing shows the adjustment flanges, which are separately adjustable in height, ensuring precise adjustment of the rear segment of the lens (back focus) for each of the photodetectors; in fig. 6 - illustration of possible positions of the target of the matrix photodetector on the platform of the guidance unit; in fig. 7 is an illustration of the task of electrically inscribing an image of a “ring” frame into a rectangular raster of a computer monitor; in fig. 8 is an illustration of the formation of a combined image on a computer monitor screen; in fig. 10 is an example of the electrical circuit of the guidance unit; in fig. Figure 9, according to [2], presents a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens; in fig. 11 - an illustration of the operating principle of a stepper motor, which is used as part of a television camera.

Заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием изображения, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), который является узлом локальной вычислительной сети, с возможностью подключения двух или более персональных компьютеров в позиции 3. В качестве сервера 2 использован системный блок компьютера 4 оператора системы.The inventive device for a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling, see Fig. 1, contains a series-connected television camera 1 and a server 2 (with a video card installed in it), which is a node of a local computer network, with the ability to connect two or more personal computers in position 3. The system unit of the system operator’s computer 4 is used as the server 2 .

Телевизионная камера 1, см. фиг. 1, содержит в своем составе первый панорамный объектив 1-1-1, второй панорамный объектив 1-1-2, третий панорамный объектив 1-1-1-3 и четвертый панорамный объектив 1-1-1-4; сенсорный блок (отмечен линиями из квадратных точек), имеющий в составе электромеханическую турель 1-3, на которой расположены «кольцевой» фотоприемник 1-2 и матричный фотоприемник 1-4, который установлен на блок наведения 1-5; также в состав телевизионной камеры 1 входит смеситель 1-6, генератор 1-7 электронной отметки «крест», селектор синхроимпульсов 1-8, мультиплексор 1-9, выход которого является выходом «Видео» телевизионной камеры, а также блок позиционирования сенсора (БПС 1-10), механически связанный с сенсорным блоком.Television camera 1, see Fig. 1, contains a first panoramic lens 1-1-1, a second panoramic lens 1-1-2, a third panoramic lens 1-1-1-3 and a fourth panoramic lens 1-1-1-4; a sensor unit (marked by lines of square dots), which contains an electromechanical turret 1-3, on which a “ring” photodetector 1-2 and a matrix photodetector 1-4 are located, which is installed on the guidance unit 1-5; Also, the television camera 1 includes a mixer 1-6, a generator 1-7 of the electronic cross mark, a sync pulse selector 1-8, a multiplexer 1-9, the output of which is the “Video” output of the television camera, as well as a sensor positioning unit (SPU) 1-10), mechanically connected to the sensor block.

По линии связи одна (первая) команда управления телевизионной камерой с компьютера 4 оператора системы поступает на турель 1-3, вторая команда - на блок наведения 1-5, а третья команда - на вход БПС 1-10, выход которого подключен к входу управления поворотом сенсорного блока. Первый информационный вход блока 1-6 подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника 1-2, второй информационный вход блока 1-6 - к выходу генератора 1-7 электронной отметки «крест». На управляющий вход генератора 1-7 подается сигнал с датчика положения блока наведения 1-5. Выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника 1-2 подключен также к входу селектора 1-8 синхроимпульсов, выход КСИ которого подключен к первому входу генератора 1-7 и соответственно к управляющему входу мультиплексора 1-9, выход ССИ селектора 1-8 подключен ко второму входу генератора 1-7, а выход ССП селектора 1-8- к входу внешней синхронизации матричного фотоприемника 1-4.Via the communication line, one (first) command to control the television camera from the computer 4 of the system operator is sent to the turret 1-3, the second command is sent to the guidance unit 1-5, and the third command is sent to the input of the BPS 1-10, the output of which is connected to the control input by turning the sensor block. The first information input of block 1-6 is connected to the “Video” output of the “ring” photodetector 1-2, the second information input of block 1-6 is connected to the output of the generator 1-7 of the electronic cross mark. The control input of generator 1-7 receives a signal from the position sensor of the guidance unit 1-5. The “Video” output of the “ring” photodetector 1-2 is also connected to the input of the sync pulse selector 1-8, the output of the CSI is connected to the first input of the generator 1-7 and, accordingly, to the control input of the multiplexer 1-9, the output of the CSI selector 1-8 is connected to to the second input of the generator 1-7, and the output of the SSP selector 1-8 to the external synchronization input of the matrix photodetector 1-4.

Мультиплексор 1-9 предназначен для синхронизации двух входных цифровых видеосигналов и объединения их на единственную линию связи путем разделения составляющих сигналов по времени.The multiplexer 1-9 is designed to synchronize two input digital video signals and combine them onto a single communication line by dividing the component signals in time.

Выход мультиплексора 1-9 является единственным выходом «Видео» телевизионной камеры 1.Multiplexer output 1-9 is the only “Video” output of TV camera 1.

Как и в прототипе [1], плата видео в сервере 2 выполняет программным путем электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра из оперативной памяти в «прямоугольный» растр компьютерного монитора.As in the prototype [1], the video card in server 2 performs in software an electrical inscription of the image of a “ring” frame from RAM into a “rectangular” raster of a computer monitor.

Следует отметить, что в компьютерной программе применительно к операции по реализации электрического вписывания «кольцевого» кадра в «прямоугольный» растр монитора должно быть реализовано соблюдение последовательности передачи телевизионных строк.It should be noted that in the computer program, in relation to the operation of electrically inscribing a “ring” frame into a “rectangular” raster of the monitor, compliance with the sequence of transmission of television lines must be implemented.

При условии размещения вписываемого кадра в центральной части экрана монитора выполнение этой задачи представлено на фиг. 7.Provided that the inscribed frame is placed in the central part of the monitor screen, the implementation of this task is presented in Fig. 7.

Продемонстрируем заложенный в эту программы алгоритм, используя растровое положение точечных изображений от двух пикселов «А» и «В» для «кольцевого» фотоприемника 1-2.Let us demonstrate the algorithm embedded in this program, using the raster position of dot images from two pixels “A” and “B” for the “ring” photodetector 1-2.

Пусть, как показано на фиг. 2, пиксел «А» считывается первым в первой «кольцевой» строке сенсора, а пиксел «В» - точно посередине этой строки.Let, as shown in Fig. 2, pixel “A” is read first in the first “ring” line of the sensor, and pixel “B” is exactly in the middle of this line.

Тогда в «прямоугольном» растре компьютерного монитора (см. фиг. 6) изображение от пиксела «А» будет занимать положение центрального элемента его первой строки, а изображение от пиксела «В» - положение центрального элемента его последней строки.Then in the “rectangular” raster of a computer monitor (see Fig. 6), the image from pixel “A” will occupy the position of the central element of its first line, and the image from pixel “B” will occupy the position of the central element of its last line.

В заявляемом решении компьютерной системы предусмотрена возможность мониторинга фрагментов «кольцевого» кадра при помощи матричного фотоприемника.The proposed computer system solution provides for the possibility of monitoring fragments of a “ring” frame using a matrix photodetector.

Панорамные объективы 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 и 1-1-4 предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора последовательно для четырех шаровых слоев контролируемого пространства сзади, справа, спереди и слева, соответствующих направлению взгляда телевизионного оператора, как показано на фиг. 2.Panoramic lenses 1-1-1, 1-1-2, 1-1-3 and 1-1-4 are designed to form all-round optical images sequentially for four spherical layers of controlled space behind, right, front and left, corresponding to the direction of view television operator, as shown in FIG. 2.

В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4, совпадающего с аналогичным решением объектив для прототипа [1], может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [2]. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.As a technical solution for panoramic lenses 1-1, 1-2, 1-3 and 1-4, coinciding with a similar solution for the lens for the prototype [1], a panoramic mirror-lens lens, the design of which is patented in Russia by domestic specialists, can be proposed from Moscow State University of Geodesy and Cartography [2]. The angular field in object space for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива, см. фиг. 10, подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1-2 в пользу кругового кольца.The presence of a passive (uninformative) area in the center of the optical frame of a panoramic lens, see Fig. 10 confirms the expediency of choosing the shape of the photodetector 1-2 in favor of a circular ring.

«Кольцевой» фотоприемник 1-2 телевизионных камер обоих вариантов (см. фиг. 3) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 1-2-1, «кольцевой» регистр 1-2-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-4.The “ring” photodetector 1-2 of television cameras of both versions (see Fig. 3) is made using CMOS technology and contains on a common crystal a “ring” photoreceiving area (target) 1-2-1, a “ring” register 1-2-2 frame scan, “ring” switch 1-2-3 video signals and “ring” multiplexer 1-2-4.

Как показано на фиг. 3, активные пикселы на мишени фотоприемника объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.As shown in FIG. 3, the active pixels on the photodetector target are combined into columns, which are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring.

Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 4) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 с коэффициентом усиления Km для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 1-2-1-3.Each active pixel of the target (see Fig. 4) includes a photosensitive region (area) 1-2-1-1, an amplifier 1-2-1-2 with a gain K m for each current “ring” line and an ADC 1-2-1-3.

«Кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 1-2-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 1-2-3-2.The “ring” switcher 1-2-3 video signals consists of individual switches 1-2-3-1 video signals, the number of which corresponds to the number of active pixels in the line, united by the “ring” video bus 1-2-3-2.

Отметим, что показанная на фиг. 3 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 4 - латинской буквы L, - являются условными. На практике электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, могут быть выполнены совершенно иначе, например, с геометрической формой в виде части кругового кольца.Note that shown in FIG. 3 the shape of the photosensitive pixel area is in the form of a rectangle, and in FIG. 4 - the Latin letter L - are conditional. In practice, the charge accumulation electrodes of the active pixels of the sensor target, which coincide with the area of their photosensitive area, can be made completely differently, for example, with a geometric shape in the form of part of a circular ring.

Управление АЦП 1-2-1-3 пиксела, как и всех остальных пикселов мишени, осуществляется с управляющего входа «кольцевого» мультиплексора 1-2-3. передающей сигнал управления с соответствующего выхода «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки.The ADC of the 1-2-1-3 pixel, as well as all other pixels of the target, is controlled from the control input of the “ring” multiplexer 1-2-3. transmitting a control signal from the corresponding output of the “ring” register 1-2-2 vertical scan.

Видеосигнал с выхода каждого АЦП 1-2-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 1-2-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 1-2-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 1-2-3-2, а затем транслируется по ней на выход «кольцевого» фотоприемника.The video signal from the output of each ADC 1-2-1-3 for each active pixel of a single “radial” column is transmitted to the “radial” video bus 1-2-1-5. Then, using “its own” key MOS transistor of the switch 1-2-3-1, controlled from one of the outputs of the multiplexer 1-2-4, the digital video signal of the current pixel is transmitted to the “ring” video bus 1-2-3-2, and then transmitted through it to the output of the “ring” photodetector.

Отметим, что на фиг 3 пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 1-2-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки. То, что здесь, как и на фиг. 3, изображены лишь четыре строчные шины является условностью чертежа. На самом деле число шин 1-2-1-4 соответствует показателю действительного числа «кольцевых» строк в заявляемом сенсоре.Note that in Fig. 3 the dotted arrows show the control of the “ring” line buses 1-2-1-4 of the photodetector from the side of the “ring” register 1-2-2 vertical scanning. What is here, as in Fig. 3, only four line buses are shown; this is a convention of the drawing. In fact, the number of buses 1-2-1-4 corresponds to the actual number of “ring” lines in the proposed sensor.

Поясним дополнительно на фиг. 3 и другое. Стрелки с непрерывными линиями отмечают передачу сигнала изображения в сенсоре по «радиальным» шинам видео 1-2-1-5 в направлении к «кольцевому» коммутатору 1-2-3 видеосигналов.Let us further explain in Fig. 3 and more. The arrows with continuous lines indicate the transmission of the image signal in the sensor along the 1-2-1-5 "radial" video buses towards the 1-2-3 video "ring" switch.

В результате в «кольцевом» растре последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой «кольцевой» строки и последовательно строка за строкой для мишени в целом формируется в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала фотоприемника.As a result, in a “ring” raster, sequentially one after the other for each pixel of an individual “ring” line and sequentially line by line for the target as a whole, the voltage of the output video signal of the photodetector is generated in digital form.

Как и в прототипе [1], благодаря принятой для изготовления предлагаемого «кольцевого» сенсора видеосигнала технологии КМОП, обеспечивается возможность интегрировать на один общий кристалл не только фотоприемник с АЦП для каждого активного пиксела, но и блоки цифровой развертки телевизионной камеры. Реализация такого решения обеспечивает существенное снижение общего энергопотребления телевизионной камеры.As in the prototype [1], thanks to the CMOS technology adopted for the manufacture of the proposed “ring” video signal sensor, it is possible to integrate onto one common crystal not only a photodetector with an ADC for each active pixel, but also digital scanning units of a television camera. The implementation of such a solution ensures a significant reduction in the overall energy consumption of the television camera.

Матричный фотоприемник 1-4 телевизионных камер, выполненный также по технологии КМОП, сохраняет все признаки прибора, реализованного по методу «координатная адресация» американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и подробно комментировалось в отечественной монографии [3, с. 67, рис. 1.21].The matrix photodetector of 1-4 television cameras, also made using CMOS technology, retains all the features of the device implemented using the “coordinate addressing” method by American specialists in the 2000s. This was reported and commented on in detail in the domestic monograph [3, p. 67, fig. 1.21].

В той же работе [3, с. 65] отмечалось, что применение активного усилителя в пикселе позволяет осуществить в таком сенсоре режим зарядового, т.е. до коммутационного усиления видеосигнала, добиваясь величины эквивалентного преобразования «свет - сигнал» до 250 мкВ/е.In the same work [3, p. 65] noted that the use of an active amplifier in the pixel makes it possible to implement a charge mode in such a sensor, i.e. before switching amplification of the video signal, achieving an equivalent light-to-signal conversion value of up to 250 μV/e.

Именно этот результат явился решающей предпосылкой заявляемого решения, т.к. его можно распространить и на «кольцевой» сенсор, работающий совместно (параллельно) с матричным фотоприемником.It was this result that was the decisive prerequisite for the proposed solution, because it can be extended to a “ring” sensor that works together (in parallel) with a matrix photodetector.

Очевидно, что по этой технологии на кристалле матричного фотоприемника 1-4 также реализуется задача по формированию цифрового видеосигнала «прямоугольного» растра с пониженным энергопотреблением.Obviously, this technology also implements the task of generating a digital video signal of a “rectangular” raster with reduced power consumption on the matrix photodetector chip 1-4.

К этому необходимо добавить, что «кольцевой» фотоприемник 1-2 и матричный фотоприемник 1-4 могут формировать телевизионный сигнал как монохромного (черно-белого), так и цветного изображения.It is necessary to add to this that the “ring” photodetector 1-2 and the matrix photodetector 1-4 can generate a television signal of both monochrome (black and white) and color images.

Устройство «кольцевого» фотоприемника цветного изображения было предложено в патенте РФ [4]. Отметим, что обязательный в этом решении инфракрасный светофильтр (ИК-фильтр), обеспечивающий согласование фотоприемника со спектральной чувствительностью человеческого глаза, может быть выполнен в составе панорамного объектива или интегрирован непосредственно в «кольцевой» сенсор.A device for a “ring” color image photodetector was proposed in a Russian patent [4]. Note that the infrared light filter (IR filter) required in this solution, which ensures matching of the photodetector with the spectral sensitivity of the human eye, can be made as part of a panoramic lens or integrated directly into the “ring” sensor.

Как и в прототипе [1], в заявляемом решении блок наведения 1-5 осуществляет плавное круговое пространственное перемещение мишени матричного фотоприемника 1-4 по проекции «кольцевого» изображения панорамной сцены.As in the prototype [1], in the proposed solution, the guidance unit 1-5 carries out a smooth circular spatial movement of the target of the matrix photodetector 1-4 along the projection of the “ring” image of the panoramic scene.

Электрическая схема блока 1-5 может быть реализована на базе технического решения, которое ранее было использовано в описании к патенту РФ для прототипа [1].The electrical circuit of block 1-5 can be implemented on the basis of a technical solution that was previously used in the description of the RF patent for the prototype [1].

Рассмотрим работу блока 1-5 (см. фиг. 9), электрическая схема которого выполнена на двух оптронах HSSR, обозначенных как VT1 и VT2.Let's consider the operation of block 1-5 (see Fig. 9), the electrical circuit of which is made using two HSSR optocouplers, designated VT1 and VT2.

Изделие HSSR-7111 согласно [5] - однополюсный нормально разомкнутый оптрон с выходным каскадом на мощных МОП-транзисторах, имеет очень малое сопротивление во включенном состоянии и работает в точности как полупроводниковое реле. Будем считать, что управление наведением осуществляется командами в соответствии с табл. 1.Product HSSR-7111 according to [5] is a single-pole normally open optocoupler with an output stage based on powerful MOS transistors, has a very low resistance in the on state and works exactly like a semiconductor relay. We will assume that guidance is controlled by commands in accordance with Table. 1.

Отметим, что подаваемые в телевизионную камеру с компьютера по двухпроводной линии связи сигналы управления блоком 1-5 наведения являются постоянными напряжениями положительной или отрицательной полярности.Note that the control signals of the guidance unit 1-5 supplied to the television camera from a computer via a two-wire communication line are constant voltages of positive or negative polarity.

Величина этих напряжений (5…12) вольт отсчитывается относительно провода «общий». При отсутствии команд управления данные напряжения тоже отсутствуют. Поэтому оптроны VT1 и VT2 разомкнуты, а электродвигатель М обесточен.The magnitude of these voltages (5...12) volts is measured relative to the “common” wire. In the absence of control commands, these voltages are also missing. Therefore, optocouplers VT1 and VT2 are open, and electric motor M is de-energized.

Пусть по линии связи на блок 1-5 наведения поступает команда «Управление поворотом» - «Вперед».Let the command “Turn Control” - “Forward” be received via the communication line to the guidance block 1-5.

Тогда оптрон VT2 замыкается, а электродвигатель М подключается к источнику переменного напряжения ~U и начинает вращаться. Если взамен этой команды поступит команда «Управление поворотом» - «Назад», то замкнется оптрон VT1, а электродвигатель М будет вращаться в другом направлении.Then the optocoupler VT2 closes, and the electric motor M is connected to an alternating voltage source ~U and begins to rotate. If instead of this command the command “Rotation control” - “Back” is received, then the optocoupler VT1 will close, and the electric motor M will rotate in the other direction.

Концевые выключатели SF1 и SF2 обеспечивают границы позиционирования в пределах одного кругового оборота матричного фотоприемника 1-5.Limit switches SF1 and SF2 provide positioning boundaries within one circular revolution of the matrix photodetector 1-5.

Датчик положения выполнен на базе переменного резистора RPn, имеющего линейную зависимость изменения сопротивления от угла поворота, а постоянный резистор Rn* служит для реализации настроечной работы по точному позиционированию. Движок резистора RPn кинематическим методом (через редуктор) связан с двигателем М.The position sensor is made on the basis of a variable resistor RP n , which has a linear dependence of the change in resistance on the angle of rotation, and a constant resistor R n * serves to implement the adjustment work for precise positioning. The resistor RP n motor is connected kinematically (via a gearbox) to the motor M.

Отметим, что сигнал датчика положения (напряжение Un с потенциометра RPn), подается на управляющий вход генератора 1-7 электронной отметки «крест», обеспечивая перемещение маркера на «кольцевом» изображении в соответствии с командами, поступающими с блока наведения 1-5.Note that the position sensor signal (voltage U n from the potentiometer RP n ) is supplied to the control input of the generator 1-7 of the electronic cross mark, ensuring the movement of the marker on the “ring” image in accordance with the commands coming from the guidance unit 1-5 .

Электромеханическая турель 1-3, управляемая оператором компьютера 4, имеет два рабочих положения, которые разнесены относительно друг друга на 180°. Техническое решение турели 1-3 может быть реализовано, как и в прототипе [1], на базе электродвигателя.The electromechanical turret 1-3, controlled by the operator of the computer 4, has two operating positions, which are spaced apart by 180° relative to each other. The technical solution for turret 1-3 can be implemented, as in the prototype [1], based on an electric motor.

Блок позиционирования сенсоров (БПС 1-10) выполнен на базе шагового двигателя, который представляет собой электрическую машину, предназначенную для преобразования электрической энергии в механическую энергию, см. например, монографию [6, с. 95] и публикацию в интернете [7]. Конструктивно шаговый двигатель состоит из обмоток статора и магнитно мягкого или магнитно твердого ротора.The sensor positioning unit (BPS 1-10) is made on the basis of a stepper motor, which is an electrical machine designed to convert electrical energy into mechanical energy, see, for example, the monograph [6, p. 95] and publication on the Internet [7]. Structurally, a stepper motor consists of stator windings and a magnetically soft or magnetically hard rotor.

Отличительной особенностью шагового двигателя является дискретное вращение, при котором заданному числу импульсов соответствует определенное число совершаемых шагов. Очевидно, что при конструктивной необходимости шаговый двигатель может быть оснащен редуктором.A distinctive feature of a stepper motor is discrete rotation, in which a given number of pulses corresponds to a certain number of steps taken. Obviously, if necessary, the stepper motor can be equipped with a gearbox.

Принцип действия шагового двигателя, применяемого в БПС 1-10 заявляемого устройства показан на фиг. 11. На этом чертеже изображены 4 обмотки, которые относятся к статору двигателя, а их расположение устроена так, что они находятся под углом 90° относительно друг друга. Из чего следует, что такая машина характеризуется размером шага в 90°.The operating principle of the stepper motor used in the BPS 1-10 of the inventive device is shown in Fig. 11. This drawing shows 4 windings that belong to the motor stator, and their arrangement is arranged so that they are at an angle of 90° relative to each other. From which it follows that such a machine is characterized by a step size of 90°.

В момент подачи высокого уровня импульсного напряжения U1 в первую обмотку происходит перемещение ротора на эти 90°. В случае поочередной подачи высокого уровня импульсного напряжения U2, U3, U4 в соответствующие обмотки, вал продолжит вращение до завершения полного круга. После чего цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить очередность подачи импульсов в соответствующие обмотки статора шагового двигателя.At the moment a high level of pulse voltage U1 is supplied to the first winding, the rotor moves by these 90°. If a high level of pulse voltage U2, U3, U4 is alternately supplied to the corresponding windings, the shaft will continue to rotate until the full circle is completed. After which the cycle repeats again. To change the direction of rotation, it is enough to change the sequence of pulses supplied to the corresponding stator windings of the stepper motor.

Для подачи потенциала на обмотки на обмотки шагового двигателя необходим механизм, способный выдать или группу импульсов в конкретной последовательности. В роли такого механизма выступает блока управления шаговым двигателем, который содержит драйвер на основе микропроцессора, а также контроллер, обеспечивающий непосредственное подключение цифровых сигналов к данному двигателю.To supply potential to the windings of the stepper motor, a mechanism is needed that can issue a group of pulses in a specific sequence. The role of such a mechanism is the stepper motor control unit, which contains a microprocessor-based driver, as well as a controller that provides direct connection of digital signals to this motor.

Очевидно, что в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения БПС 1-10 содержит последовательно соединенные между собой шаговый двигатель, обеспечивающий четыре фиксированных положения вала под углом 90°, и блок управления шаговым двигателем, вход которого подключен через USB интерфейс к внешнему блоку цифрового управления от компьютера 4.It is obvious that in the inventive device for a computer system for panoramic television surveillance, BPS 1-10 contains a stepper motor connected in series, providing four fixed shaft positions at an angle of 90°, and a stepper motor control unit, the input of which is connected via a USB interface to an external digital control unit from computer 4.

Все сигнальные операции в заявляемом техническом решении выполняются в соответствии с прикладной компьютерной программой.All signaling operations in the claimed technical solution are performed in accordance with an application computer program.

Она является неотъемлемой частью разработки данной компьютерно-телевизионной системы.It is an integral part of the development of this computer and television system.

Характеристика сигналов управления, сопутствующих команде «Выбор режима видео», представлена в табл. 2.The characteristics of control signals accompanying the “Select video mode” command are presented in Table. 2.

Очевидно, что подача всех сигналов управления осуществляется с клавиатуры компьютера 4 и/или помощи ее компьютерной мыши.Obviously, all control signals are supplied from the keyboard of the computer 4 and/or using its computer mouse.

Добавим, что команда «Выбор режима видео» распространяется в пределах компьютера, а поэтому является командой внутреннего пользования. Команда «Управление наведением» - внешняя команда, т.к. она предназначена для управления работой телевизионной камеры.Let us add that the “Select video mode” command is distributed within the computer, and therefore is a command for internal use. The “Hover Control” command is an external command, because it is designed to control the operation of a television camera.

Необходимо отметить, что сигнал «окошко» может определять всю растровую зону выбираемого фрагмента изображения или быть ее меньше, но геометрические центры этих областей всегда совпадают.It should be noted that the “window” signal can define the entire raster area of the selected image fragment or be smaller, but the geometric centers of these areas always coincide.

Заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием изображения работает следующим образом.The inventive device for a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling operates as follows.

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

Пусть решение сенсорного блока в составе телевизионной камеры 1, см. фиг. 1 и фиг 2, реализовано так, что в исходном положении ось визирования первого панорамного объектива 1-1-1, а, следовательно, и оптическая ось фотоприемника 1-2 направлена по горизонтали сзади.Let the solution of the sensor unit as part of the television camera 1, see Fig. 1 and Fig 2, is implemented so that in the initial position the sighting axis of the first panoramic lens 1-1-1, and, consequently, the optical axis of the photodetector 1-2 is directed horizontally from behind.

Отметим, что мишень фотоприемника 1-2 занимает в данной ситуации положение, которое показано линиями из квадратных точек.Note that the target of the photodetector 1-2 occupies a position in this situation, which is shown by lines of square dots.

При ее включении компьютерной системы она начинает действовать по умолчанию в режиме 1, а в компьютере 4 формируется сигнал логической «1» для команды «Выбор режима видео» - «Кольцевое» изображение и выбор интересующего в нем фрагмента».When the computer system is turned on, it begins to operate by default in mode 1, and in computer 4 a logical “1” signal is generated for the command “Selecting a video mode” - “Ring” image and selecting the fragment of interest in it.”

Поэтому на экране монитора оператора будет воспроизводиться изображение «Видео » с «наложенной» на него отметкой «крест».Therefore, the “Video” image with a “cross” mark “superimposed” on it will be displayed on the operator’s monitor screen.

Напомним, что «кольцевое» положение электронной отметки «крест» в пределах растра фотоприемника 1-2 определяется в зависимости от положения движка потенциометра RPn, установленного в блоке наведения 1-5.Let us recall that the “ring” position of the electronic “cross” mark within the raster of the photodetector 1-2 is determined depending on the position of the potentiometer RP n installed in the guidance unit 1-5.

«Крест» отмечает на изображении зону повышенного интереса оператора, а он, подавая с компьютера 4 в телекамеру 1 команду «Управление поворотом» - «Вперед», «Назад», может дистанционно установить эту отметку в пределах ее полного кругового перемещения.The “Cross” marks the operator’s area of increased interest in the image, and he, by sending the “Rotation Control” command - “Forward”, “Backward” - from computer 4 to camera 1, can remotely set this mark within the limits of its full circular movement.

Здесь также должно быть учтено, что наша электронная отметка «крест» при наведении на выбранный объект априори располагается точно в середине «кольцевого» изображения по его ширине (см. фиг. 8, слева).Here it should also be taken into account that our electronic “cross” mark, when pointing at a selected object, is a priori located exactly in the middle of the “ring” image along its width (see Fig. 8, left).

Одновременно матричный фотоприемник 1-4 формирует видеосигнал оптически увеличенного изображения выбранного объекта, которое является базовым при создании необходимого изображения «окошка».At the same time, the matrix photodetector 1-4 generates a video signal of an optically enlarged image of the selected object, which is the basis for creating the required “window” image.

По выходу «Видео » сформированный цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) по интерфейсу (например, USB 2,0) по линии связи передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в блок оперативной памяти на кадр.At the “Video” output, the generated digital television signal (DTS) via an interface (for example, USB 2.0) is transmitted via a communication line to server 2, where video information is recorded into a RAM block per frame.

Далее оператор переводит телевизионную систему в режим 2 работы и может контролировать комбинированное изображение, которое формируется «кольцевым» фотоприемником 1-2 и одновременно матричным сенсором 1-4 при его текущем местоположении.Next, the operator switches the television system to operating mode 2 and can control the combined image, which is formed by the “ring” photodetector 1-2 and at the same time by the matrix sensor 1-4 at its current location.

Это изображение в цифровом виде по интерфейсу транслируется из телевизионной камеры 1 по тому же кабелю линии связи.This image is digitally transmitted via the interface from television camera 1 via the same communication line cable.

Для того чтобы коммутация режимов работы системы происходила без внесения искажений в наблюдаемые изображения, фотоприемники телевизионной камеры работают в режиме Genlock, который обеспечивается путем подачи на вход внешней синхронизации матричного сенсора 1-4 сигнала синхронизации приемника (ССП) от «кольцевого» сенсора 1-2.In order for the switching of system operating modes to occur without introducing distortion into the observed images, the photodetectors of the television camera operate in the Genlock mode, which is ensured by supplying the external synchronization input of the matrix sensor 1-4 with a receiver synchronization signal (RSS) from the “ring” sensor 1-2 .

Отметим, что в плате видео сервера 2 изображение комбинированного изображения целесообразно выводить на центральную часть экрана компьютерного монитора.Note that in the video server board 2, it is advisable to display the combined image on the central part of the computer monitor screen.

В нем изображение «окошка» (см. фиг. 8, справа) занимает центральное положение внутри свободной зоны «кольцевого» изображения.In it, the “window” image (see Fig. 8, right) occupies a central position inside the free zone of the “ring” image.

Эта рекомендация диктуется созданием необходимых эргономических условий для работы оператора компьютера 4 и пользователей компьютеров 3.This recommendation is dictated by the creation of the necessary ergonomic conditions for the work of the computer operator 4 and computer users 3.

Наличие же свободной зоны в центральной части кольцевого изображения (см. фиг. 10) является важной для этого предпосылкой.The presence of a free zone in the central part of the ring image (see Fig. 10) is an important prerequisite for this.

Селективное масштабирование изображения в заявляемом решении обеспечивает не только увеличение геометрических размеров выбранного фрагмента панорамного телевизионного изображения, но и выигрыш в его разрешающей способности.Selective image scaling in the proposed solution provides not only an increase in the geometric dimensions of the selected fragment of a panoramic television image, but also a gain in its resolution.

Если число светочувствительных пикселов в строке матричного фотоприемника 1-4 равно числу пикселов для «кольцевой» строки сенсора 1-2, то получаемый выигрыш в разрешающей способности) этого фрагмента панорамного изображения будет соответствовать этому отношению. Благодаря выравниванию в телевизионной камере чувствительностей «кольцевого» и матричного фотоприемников, этот выигрыш достигается без потерь показателя отношение сигнал/шум наблюдаемого изображения.If the number of photosensitive pixels in the row of the matrix photodetector 1-4 is equal to the number of pixels for the “ring” row of the sensor 1-2, then the resulting gain in resolution) of this fragment of the panoramic image will correspond to this ratio. Thanks to the equalization of the sensitivities of the “ring” and matrix photodetectors in the television camera, this gain is achieved without loss of the signal-to-noise ratio of the observed image.

После завершения записи этого изображения в блок оперативной памяти сервера 2 оно также становится доступным для всех пользователей компьютеров 3.After writing this image to the RAM block of server 2 is completed, it also becomes available to all users of computers 3.

Для получения в телевизионной камере 1 ЦТС применительно к трем другим шаровым слоям окружающего пространства достаточно подавать с компьютера 4 необходимые команды, обеспечивающие последовательно (при помощи БПС 1-10) поворот сенсорного блока, а, следовательно, и фотоприемника 1-2 (по часовой стрелке) на угол 90° при помощи шагового двигателя БПС 1-.To obtain the digital temperature in television camera 1 in relation to the other three spherical layers of the surrounding space, it is enough to submit 4 necessary commands from the computer, which ensure sequential rotation (using BPS 1-10) of the sensor unit, and, consequently, the photodetector 1-2 (clockwise ) at an angle of 90° using a stepper motor BPS 1-.

В результате мишень «кольцевого» фотоприемника 1-2 (см. фиг. 2) сначала оказывается в положении 2 напротив второго панорамного объектива 1-1-2, затем в положении 3 - напротив третьего панорамного объектива 1-1-3, а в завершении цикла - напротив четвертого панорамного объектива 1-1-4.As a result, the target of the “ring” photodetector 1-2 (see Fig. 2) first appears in position 2 opposite the second panoramic lens 1-1-2, then in position 3 - opposite the third panoramic lens 1-1-3, and finally cycle - opposite the fourth panoramic lens 1-1-4.

Как и первый ЦТС, каждый из трех новых ЦТС последовательно будет также подвергаться записи в блок оперативной памяти сервера 2.Like the first DSP, each of the three new DSPs will also be sequentially written to the RAM block of server 2.

В настоящее время все блоки заявляемого решения устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабирование изображения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all blocks of the proposed solution for constructing a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling have been mastered or can be mastered by the domestic industry.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the proposed invention should be considered to meet the requirement of industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2787358. МПК H04N 7/18. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием изображения (варианты). / В.М. Смелков // Б.И. - 2023. - №1.1. RF Patent No. 2787358. IPC H04N 7/18. Design of a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling (options). / V.M. Smelkov // B.I. - 2023. - No. 1.

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

3. Березин В.В., Умбиталиев А.А., Фахми Ш.С., Цыцулин А.К. и Шипилов Н.Н. Твердотельная революция в телевидении: Телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле. Под ред. А.А. Умбиталиева и А.К. Цыцулина. - М.: «Радио и связь», 2006.3. Berezin V.V., Umbitaliev A.A., Fakhmi Sh.S., Tsytsulin A.K. and Shipilov N.N. Solid-state revolution in television: Television systems based on charge-coupled devices, systems on a chip, and video systems on a chip. Ed. A.A. Umbitaliev and A.K. Tsytsulina. - M.: “Radio and Communication”, 2006.

4. Патент РФ №2710779. МПК H04N 5/374. Устройство «кольцевого» фотоприемника цветного изображения для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2019 - №2.4. RF patent No. 2710779. IPC H04N 5/374. A device for a “ring” color image photodetector for panoramic television and computer surveillance. / V.M. Smelkov // B.I. - 2019 - No. 2.

5. www.avagotech.com.5. www.avagotech.com.

6. Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов B.C. Основы автоматики и телемеханики. Под общ. ред. С.А. Гинзбурга. Изд. 4-е переработанное. Пер. с англ. - «Энергия», 1968.6. Ginzburg S.A., Lekhtman I.Ya., Malov V.S. Fundamentals of automation and telemechanics. Under general ed. S.A. Ginsburg. Ed. 4th revised. Per. from English - “Energy”, 1968.

7. https//www.asutpp.ru/shagovyy-dvigatel.html.7. https//www.asutpp.ru/shagovyy-dvigatel.html.

Claims (7)

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с селективным масштабированием изображения, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок электрического вписывания изображения (БЭВИ), который осуществляет программным путем вложение (вставку) «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора, причем в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью вход БЭВИ подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход БЭВИ - к выходу «сеть» сервера; при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, сенсорный блок, смеситель, генератор электронной отметки «крест», селектор синхроимпульсов и мультиплексор, причем сенсорный блок содержит в своем составе электромеханическую турель с поворотом на два положения, управляемую по команде с компьютера оператора системы, при этом на турели на регулируемом про высоте фланце расположен «кольцевой» фотоприемник и с разнесением на 180° - блок наведения, который по команде оператора с компьютера осуществляет в пределах круга плавное пространственное перемещение установленного на нем на регулируемом по высоте фланце «прямоугольного» (матричного) фотоприемника, причем в первом положении турели оптическое изображение панорамного объектива проецируется на мишень «кольцевого» фотоприемника, а во втором положении турели фрагмент оптического кадра панорамного объектива проецируется на мишень матричного фотоприемника, при этом «кольцевой» фотоприемник выполнен на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), и содержит на мишени линейки светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь (Δ) от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления Km, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» «кольцевого» фотоприемника, причем коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению:1. A computer system device for panoramic television surveillance with selective image scaling, containing a series-connected television camera and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected, while a video card, matched, is installed in the expansion connector on the server’s motherboard via input/output, control and power channels with the server bus, containing an electrical image inscription unit (BEVI), which programmatically embeds (inserts) a “ring” frame of a television camera into a “rectangular” raster of a computer monitor, and in the mode of observing a panoramic scene the BEVI input is completely connected to the output of the RAM block per frame, and the BEVI output is connected to the “network” output of the server; in this case, the television camera includes a first panoramic lens, a sensor block, a mixer, an electronic cross mark generator, a sync pulse selector and a multiplexer, and the sensor block contains an electromechanical turret with rotation in two positions, controlled by a command from the system operator’s computer , while on the turret, on a height-adjustable flange, there is a “ring” photodetector and, separated by 180°, a guidance unit, which, at the command of an operator from a computer, carries out a smooth spatial movement within a circle of a “rectangular” mounted on it on a height-adjustable flange ( matrix) photodetector, and in the first position of the turret, the optical image of the panoramic lens is projected onto the target of the “ring” photodetector, and in the second position of the turret, a fragment of the optical frame of the panoramic lens is projected onto the target of the matrix photodetector, while the “ring” photodetector is made on a crystal made using the technology complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) structures, and contains on the target lines of light-sensitive elements (pixels) located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, and the number of light-sensitive pixels in each “ring” line of the target is the same , and their area (Δ) is different from line to line, increasing as it moves towards the outer periphery of the sensor, and the sensor target consists of photodiode active pixels, each of which has an amplifier with a gain K m , as well as a built-in analog-to-digital converter ( ADC), which ensures the transmission of the video signal of the active pixel to its “radial” video bus, while they all combine the active pixels of the target into “radial” columns, and the ADC for the pixels located along each “ring” row of the sensor is controlled using a separate “ring” line bus, the total number of which determines the number of lines in the sensor, and the number of “radial” video buses determines the number of pixels in each line of the sensor; at the same time, on the common crystal of the photodetector there are also blocks that perform scanning and formation of the output voltage of the digital video signal, namely: a “ring” frame scan register, which selects the “ring” line; A "ring" video switcher containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" horizontal multiplexer and provide transmission of the video signal at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output “Video” of a “ring” photodetector, and the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the “ring” sensor changes according to the ratio: где K1 - коэффициент усиления активного пиксела первой строки «кольцевого» фотоприемника, величина которого равна единице,where K 1 is the gain of the active pixel of the first row of the “ring” photodetector, the value of which is equal to unity, а изменение коэффициента усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора обеспечивает одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу» кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени матричного сенсора сохраняется постоянным и неизменным по величине, а для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов должна быть увеличена в Δ1/Δ раз величина номинального коэффициента Km активного пиксела матричного сенсора; первый информационный вход смесителя подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника, а второй информационный вход смесителя - к выходу сигнала генератора электронной отметки «крест», а выход смесителя - к первому информационному входу мультиплексора, второй информационный вход которого подключен к выходу «Видео» матричного фотоприемника; управляющий вход генератора электронной отметки «крест» подключен к выходу датчика положения блока наведения, а выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника подключен дополнительно к входу селектора синхроимпульсов, выход кадровых синхроимпульсов (КСИ) которого подключен к первому входу генератора электронной отметки «крест» и соответственно к управляющему входу мультиплексора, выход строчных синхроимпульсов (ССИ) селектора синхроимпульсов - ко второму входу генератора электронной отметки; а выход смеси синхроимпульсов приемника (ССП) селектора синхроимпульсов - к входу внешней синхронизации матричного фотоприемника, выход «Видео» которого подключен ко второму информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «Видео» телевизионной камеры, при этом плата видео, установленная в разъем расширения на материнской плате сервера, выполняет демультиплексирование входного мультиплексного сигнала изображения «Видео» на два канала «Видео 1» и «Видео 2» с последующей записью видеосигналов соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти на кадр, формирования сигнала «окошко», выполнения коммутации видеосигналов «Видео 1» и «Видео 2» по сигналу «окошко» с формированием комбинированного изображения, выход которого является выходом видеосигнала телевизионной системы, отличающееся тем, что в состав телевизионной камеры введен второй панорамный объектив, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив, а также блок позиционирования сенсоров (БПС), выполненный на базе шагового двигателя, вал которого непосредственно или через редуктор механически связан с сенсорным блоком, обеспечивая по команде оператора, поступающей с компьютера в телевизионную камеру, пространственный поворот сенсорного блока на угол 90° в пошаговом режиме четыре раза за цикл, так что его мишень, установленная по умолчанию симметрично в положение напротив первого панорамного объектива, последовательно устанавливается сначала симметрично в положение напротив второго панорамного объектива, затем симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а в заключение - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, при этом новый цифровой видеосигнал, формируемый в телевизионной камере после завершения каждого из четырёх поворотов фотоприёмника, поочерёдно подаётся на сервер, в качестве которого используется системный блок компьютера оператора системы.and changing the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the sensor ensures the same value of the reading aperture within the entire “ring” raster of the image, while the matrix photodetector, like the “ring” sensor, is made using CMOS technology, with a similar organization using the “coordinate addressing” method, and the number of its “rectangular” lines is equal to the number of “ring” lines of the “ring” sensor, and with the same photosensitive area (Δ) of all active pixels of the target, the gain coefficient K m of the active pixel for each current “rectangular” » the target line of the matrix sensor remains constant and unchanged in value, and to equalize the sensitivities of the “ring” and matrix channels, the value of the nominal coefficient K m of the active pixel of the matrix sensor must be increased by Δ 1 / Δ times; the first information input of the mixer is connected to the “Video” output of the “ring” photodetector, and the second information input of the mixer is connected to the signal output of the electronic cross mark generator, and the mixer output is connected to the first information input of the multiplexer, the second information input of which is connected to the “Video” output » matrix photodetector; The control input of the electronic mark generator "cross" is connected to the output of the position sensor of the guidance unit, and the "Video" output of the "ring" photodetector is additionally connected to the input of the sync pulse selector, the output of the vertical sync pulses (PSP) of which is connected to the first input of the electronic mark generator "cross" and respectively, to the control input of the multiplexer, the output of the horizontal sync pulses (HSI) of the sync pulse selector - to the second input of the electronic mark generator; and the output of the receiver sync pulse mixture (RPM) of the sync pulse selector is to the external synchronization input of the matrix photodetector, the “Video” output of which is connected to the second information input of the multiplexer, the output of which is the “Video” output of the television camera, with the video card installed in the expansion connector on server motherboard, demultiplexes the input multiplex image signal “Video” into two channels “Video 1” and “Video 2” with subsequent recording of video signals, respectively, into the first and second blocks of RAM per frame, generating a “window” signal, and performing video signal switching “ Video 1" and "Video 2" by the "window" signal with the formation of a combined image, the output of which is the output of the video signal of the television system, characterized in that the television camera includes a second panoramic lens, a third panoramic lens and a fourth panoramic lens, as well as a block sensor positioning (SPS), made on the basis of a stepper motor, the shaft of which is directly or through a gearbox mechanically connected to the sensor unit, providing, upon an operator command from the computer to the television camera, spatial rotation of the sensor unit at an angle of 90° in step-by-step mode four times per cycle, so that its target, set by default symmetrically in front of the first panoramic lens, is successively set first symmetrically in front of the second panoramic lens, then symmetrically in front of the third panoramic lens, and finally symmetrically in front of the fourth panoramic lens, in this case, a new digital video signal, generated in the television camera after the completion of each of the four rotations of the photodetector, is alternately fed to the server, which is used as the system unit of the system operator’s computer. 2. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что «кольцевой» и матричный фотоприёмники телевизионной камеры являются датчиками монохромного или цветного телевизионного сигнала.2. The device of a computer system for panoramic television surveillance according to claim 1, characterized in that the “ring” and matrix photodetectors of the television camera are sensors of a monochrome or color television signal. 3. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что в «кольцевом» фотоприёмнике телевизионной камеры электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.3. The device of a computer system for panoramic television surveillance according to claim 1, characterized in that in the “ring” photodetector of the television camera, the charge accumulation electrodes of the active pixels of the sensor target, coinciding with the area of their photosensitive area, are made with a geometric shape in the form of a part of a circular ring. 4. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что в плате видео сервера изображение комбинированного изображения выводится на центральную часть компьютерного монитора, в котором изображение «окошка» занимает центральное положение внутри свободной зоны «кольцевого» изображения.4. The device of a computer system for panoramic television surveillance according to claim 1, characterized in that on the video server board the image of the combined image is displayed on the central part of the computer monitor, in which the image of the “window” occupies a central position within the free zone of the “ring” image.
RU2023114205A 2023-05-30 Design of computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling RU2813358C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2813358C1 true RU2813358C1 (en) 2024-02-12

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4884140A (en) * 1987-11-18 1989-11-28 Goldstar Co., Ltd. Vignetting compensating circuit for a video camera
US6304284B1 (en) * 1998-03-31 2001-10-16 Intel Corporation Method of and apparatus for creating panoramic or surround images using a motion sensor equipped camera
CN101753981A (en) * 2008-12-01 2010-06-23 厦门市罗普特科技有限公司 Full-angle monitoring camera
WO2014093942A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-19 Microsoft Corporation Four-lens spherical camera orientation
EP2863176A2 (en) * 2013-10-21 2015-04-22 Sick Ag Sensor with scanning unit that can be moved around a rotating axis
RU2787358C1 (en) * 2022-03-29 2023-01-09 Вячеслав Михайлович Смелков Computer system device for panoramic television surveillance with selective image scaling (options)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4884140A (en) * 1987-11-18 1989-11-28 Goldstar Co., Ltd. Vignetting compensating circuit for a video camera
US6304284B1 (en) * 1998-03-31 2001-10-16 Intel Corporation Method of and apparatus for creating panoramic or surround images using a motion sensor equipped camera
CN101753981A (en) * 2008-12-01 2010-06-23 厦门市罗普特科技有限公司 Full-angle monitoring camera
WO2014093942A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-19 Microsoft Corporation Four-lens spherical camera orientation
EP2863176A2 (en) * 2013-10-21 2015-04-22 Sick Ag Sensor with scanning unit that can be moved around a rotating axis
RU2787358C1 (en) * 2022-03-29 2023-01-09 Вячеслав Михайлович Смелков Computer system device for panoramic television surveillance with selective image scaling (options)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2371880C1 (en) Panoramic video surveillance method and device for implementing thereof
US8908054B1 (en) Optics apparatus for hands-free focus
RU2727920C9 (en) Panoramic television surveillance computer system with selective image scaling
RU2723645C1 (en) High-resolution panorama television surveillance computer system device
JP2017536777A (en) Image sensor unit and imaging apparatus
CN104079904A (en) Color image generating method and device
CN105338883A (en) Mechanical image rotation for rigidly coupled image sensor and endoscope
JP6070301B2 (en) Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same
RU2723640C1 (en) High-resolution panorama television surveillance computer system device
RU2706011C1 (en) Panoramic television surveillance computer system device
RU2813358C1 (en) Design of computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling
JP2012133185A (en) Imaging apparatus
RU2816540C1 (en) Design of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle
RU2813357C1 (en) High-resolution panoramic television surveillance computer system
RU2743571C1 (en) Computing system device for panoramic video surveillance with selective image scaling
US20140354777A1 (en) Apparatus and method for obtaining spatial information using active array lens
JP2008067241A (en) Solid-state image pickup device and image pickup system
JP2014110444A (en) Imaging device
RU2780039C1 (en) Design of a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling (variants)
RU2787358C1 (en) Computer system device for panoramic television surveillance with selective image scaling (options)
JP2020014195A (en) Imaging device
RU2785152C1 (en) Design of a computer panoramic video surveillance system with high resolution
RU2756234C1 (en) Device of a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling
RU2721381C1 (en) High-resolution panorama television surveillance computer system device
RU2755809C1 (en) Device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution