RU2545519C1

RU2545519C1 - Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor

Info

Publication number: RU2545519C1
Application number: RU2014123497/07A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-04-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: photodetector target has the shape of a circular ring, and lines of photosensitive elements and lines of light-shielded elements are arranged along radial directions from the imaginary centre of the circular ring to its outer periphery and an output shift register located there, which is "circular". The number of elements in each "circular" row of the photodetector region is equal to the number of elements in the "circular" shift register.

EFFECT: reducing redundant channel bandwidth for communication of the television camera with a server.

4 cl, 10 dwg

Description

Предлагаемая группа изобретений относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The proposed group of inventions relates to panoramic television surveillance, which is performed by a television system using a television circular camera in a region close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе твердотельный фотоприемник с прямоугольной мишенью и блок фотоприемника, обеспечивающий прогрессивную или чересстрочную прямоугольную развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, а в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered the device of a computer system for panoramic television surveillance [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television camera consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens and digital television signal sensor, which contains a solid a separate photodetector with a rectangular target and a photodetector block, providing progressive or interlaced rectangular scanning of the analog video signal of the photodetector and generating a digital television signal at the output of the television camera, and a video card is installed in the expansion connector on the server motherboard, coordinated via input / output, control and power channels with a server bus containing a block for converting a “ring” frame into “rectangular” frames (BPCP), the input of which is connected to the output of the op block proliferative memory per frame, and the output - to the output of a "network" with the number "rectangular" frames corresponding to one current "ring" frame satisfies the relation:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем.where γ _g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this conversion itself is performed programmatically.

Недостаток прототипа компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения - избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером.The disadvantage of the prototype computer system for panoramic television surveillance is the excess bandwidth of the communication channel of the television camera with the server.

Для телевизионной камеры прототипа известно техническое решение ее важнейшего компонента - фотоприемника [2], имеющего прямоугольную форму мишени, который выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и содержит на общем кристалле фотоприемную секцию, выходной горизонтальный регистр сдвига и преобразователь «заряд - напряжение» (БПЗН). Такая схемотехническая организация матричного фотоприемника на ПЗС получила первоначальное название «межстрочный перенос» [2, с. 167]. В последнее время эту организацию матрицы ПЗС чаще упрощенно называют «строчный перенос» (см. например [3, с. 135]). Фотоприемная секция такого матричного сенсора обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в линейки столбцов. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр сдвига, отделенный от фотодиодов фотозатвором. В интервале прямого хода кадровой развертки, когда на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром, происходит накопление зарядовых пакетов. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно (в интервале обратного хода по кадру) подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах сдвига. В последующем интервале прямого хода по кадру зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров переносятся (в интервалах обратного хода строчной развертки) строка за строкой вниз по направлению к горизонтальному выходному регистру сдвига. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через БПЗН, образуя на выходе «видео» фотоприемника электрический видеосигнал.For a television camera of the prototype, the technical solution of its most important component, a photodetector [2], has a rectangular target, which is made using charge-coupled device (CCD) technology and contains a photodetector section, an output horizontal shift register and a charge-voltage converter "(BPZN). Such a circuitry organization of the matrix photodetector at the CCD received the original name “line-to-line transfer” [2, p. 167]. Recently, this organization of the CCD matrix is often simplistically called “line wrap” (see, for example, [3, p. 135]). The photodetector section of such a matrix sensor provides the accumulation of charge packets in photosensitive elements, which are used as photodiodes, organized in a line of columns. In the immediate vicinity of each column of photodiodes is a light-insensitive vertical CCD shift register, separated from the photodiodes by a photocell. In the interval of the forward course of the frame scan, when a low voltage level is applied to the photo-gate, which provides a potential barrier between the photodiodes and the vertical CCD register, charge packets accumulate. At the end of the accumulation, a high voltage level is applied to the photo-gate for a short time (in the interval of the reverse motion along the frame), which allows the transfer of charge packets from photodiodes to potential wells formed in vertical CCD shift registers. In the subsequent interval of the forward stroke in the frame, the charge packets from the vertical CCD registers are transferred (in the intervals of the reverse stroke of the horizontal scan) line by line down towards the horizontal output shift register. Each charge line of the image is then read out element-by-element through an overvoltage sensing device, forming an electric video signal at the output of the “video” detector.

Недостаток прототипа фотоприемника для телевизионной камеры заключается в том, что его организация с выполнением прямоугольной формы мишени не является благоприятной (оптимальной) применительно к кольцевому оптическому изображению контролируемой сцены, формируемому панорамным объективом.The disadvantage of the prototype photodetector for a television camera is that its organization with the execution of the rectangular shape of the target is not favorable (optimal) in relation to the ring optical image of a controlled scene formed by a panoramic lens.

Обоснованием этого утверждения служит необходимость иметь для фотоприемника высокое число элементов (пикселов) по горизонтали и вертикали. При этом значительная часть пикселов является бесполезной, т.к. не несет информации о наблюдаемом сюжете, но принудительно используется при формировании видеосигнала в телевизионной камере. Отсюда и возникает вынужденное расширение полосы пропускания для канала связи телевизионной камеры с сервером, что является недостатком всего устройства компьютерной системы прототипа.The rationale for this statement is the need for a photodetector to have a high number of elements (pixels) horizontally and vertically. Moreover, a significant part of the pixels is useless, because It does not carry information about the observed plot, but is used forcibly when generating a video signal in a television camera. Hence the forced expansion of the bandwidth for the communication channel of the television camera with the server, which is a drawback of the entire device of the prototype computer system.

Задачей изобретения является оптимизация устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения путем устранения избыточной полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером за счет использования для фотоприемника телевизионной камеры кристалла мишени в форме кругового кольца и с организацией «кольцевого» растра изображения.The objective of the invention is to optimize the device of a computer system for panoramic television surveillance by eliminating the excess bandwidth of the communication channel of the television camera to the server by using a target crystal in the form of a circular ring for the photodetector of the television camera and with the organization of an "annular" image raster.

Поставленная задача в заявляемом устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в устройство прототипа [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе последовательно расположенные и связанные твердотельный фотоприемник и блок фотоприемника, обеспечивающий развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, а в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), а само это преобразование выполняется программным путем, вносится изменение в устройство телевизионной камеры, заключающееся в том, что вводится другая схемотехническая организация фотоприемника, за счет которой обеспечиваются другие («кольцевые») параметры и характеристики развертки видеосигнала.The problem in the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance is solved by the fact that in the prototype device [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, the television camera consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens and digital television signal sensor, which contains a follower o located and connected solid-state photodetector and photodetector unit, which provides the scan of the analog video signal of the photodetector and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, and a video card is installed in the expansion slot on the server motherboard, matched through the input / output, control and power channels with the server bus containing a block for converting a "ring" frame into "rectangular" frames (BPCP), the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the output “network”, and the number of “rectangular” frames corresponding to one current “ring” frame satisfies relation (1), and this conversion itself is carried out programmatically, a change is made to the device of the television camera, which consists in introducing another circuit organization photodetector, due to which other ("ring") parameters and characteristics of the scan of the video signal are provided.

Для фотоприемника телевизионной камеры прототипа [2], который выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и содержит на общем кристалле фотоприемную область, выходной регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементами, поставленная задача решается тем, что мишень фотоприемника имеет форму кругового кольца, а линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там выходному регистру сдвига, который является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига.For the photodetector of a prototype television camera [2], which is made using the technology of charge-coupled devices (CCD) and contains a photodetector region on the common crystal, an output shift register ending with a charge-voltage converter (BPS), moreover, on the photodetector region of the line of photosensitive elements alternate with rulers of elements shielded from light, the problem is solved in that the target of the photodetector has the shape of a circular ring, and the lines of photosensitive and rulers of shielded from light lementov disposed along radial directions from an imaginary center of the circular ring to the outer periphery thereof and disposed therein an output shift register, which is a "ring", and the number of elements in each "ring" line photodetecting region is equal to the number of elements in the "annular" shift register.

Благодаря этому блок фотоприемника телевизионной камеры формирует не «прямоугольный», а «кольцевой» растр изображения.Due to this, the photodetector block of the television camera forms not a “rectangular”, but an “annular” image raster.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения отличается наличием новых параметров реализуемой развертки сигнала изображения в телевизионной камере, которые обеспечивают ей принципиальное отличие от прямоугольной развертки, а сама она может быть охарактеризована как «кольцевая» развертка видеосигнала.Comparative analysis with the prototype [1] shows that the inventive device of a computer system for panoramic television surveillance is characterized by the presence of new parameters of the realized scan of the image signal in the television camera, which provide it with a fundamental difference from the rectangular scan, and it can be described as a “ring” scan of the video signal .

По отношению к прототипу [2] заявляемая организация фотоприемника телевизионной камеры отличается геометрической формой его выполнения, обеспечивающей реализацию нового («кольцевого») растра изображения при сохранении ПЗС-технологии изготовления сенсора и, что не менее важно, при сохранении требуемых сигналов для его управления.In relation to the prototype [2], the claimed organization of the photodetector of a television camera differs in the geometric form of its implementation, which ensures the implementation of a new ("ring") image raster while maintaining the CCD technology for manufacturing the sensor and, no less important, while maintaining the required signals for its control.

Совокупность известных и новых признаков каждого из этих двух заявляемых устройств не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features of each of these two claimed devices is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.

Заявляемое решение содержит группу изобретений, образующих единый изобретательский замысел для случая, когда условием объединения в группу является предназначенность одного объекта для осуществления в другом.The claimed solution contains a group of inventions that form a single inventive concept for the case when the condition for combining into a group is the purpose of one object for implementation in another.

Применительно к предлагаемому решению условие единого изобретательского замысла соблюдено, т.к. объект изобретения - организация фотоприемника телевизионной камеры предназначено для осуществления в другом объекте-устройстве системы телевизионного наблюдения.In relation to the proposed solution, the condition of a single inventive concept is met, because the object of the invention is the organization of the photodetector of a television camera is intended for implementation in another object device of a television surveillance system.

В заявляемом решении чрезмерно высокая информационная емкость фотоприемника не требуется, сокращается и избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.In the claimed solution, an excessively high information capacity of the photodetector is not required, and the excess bandwidth of the communication channel of the television camera with the server is also reduced. Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.

На фиг. 1 приведена структурная схема первого заявляемого изобретения - устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 2 - возможная структурная схема для выполнения сетевого компьютерного решения с использованием этого заявляемого устройства: на фиг. 3 представлена схема организации фотоприемника, представляющая второе заявляемое изобретение; на фиг. 4. показан фрагмент фотоприемника по фиг. 3, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 5 изображена схема фотоприемника по фиг 3, в которой число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени является переменной величиной; на фиг. 6, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 7 - структурная схема телевизионной камеры с использованием заявляемого фотоприемника; на фиг. 8 схематически показано содержимое оперативной памяти сервера, где записано кольцевое панорамное изображение, воспринимаемое фотоприемником по фиг. 3, когда каждая «кольцевая» строка при записи «разбита» на шесть составляющих; на фиг. 9 - предлагаемое оператору это панорамное изображение в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 10 - содержимое оперативной памяти сервера при записи «кольцевого» кадра, формируемого фотоприемником по фиг. 5.In FIG. 1 shows a structural diagram of the first claimed invention - the device of a computer system for panoramic television surveillance; in FIG. 2 is a possible structural diagram for performing a network computer solution using this inventive device: in FIG. 3 presents a photodetector organization diagram representing the second claimed invention; in FIG. 4. shows a fragment of the photodetector of FIG. 3 illustrating details of its construction; in FIG. 5 is a diagram of the photodetector of FIG. 3, in which the number of elements in each “ring” line of the target is a variable; in FIG. 6, according to [4], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 7 is a structural diagram of a television camera using the inventive photodetector; in FIG. 8 schematically shows the contents of the RAM of the server, where the annular panoramic image recorded by the photodetector of FIG. 3, when each “ring” line when recording is “broken” into six components; in FIG. 9 - the operator is offered this panoramic image in the form of a sequence of 6 "rectangular" frames; in FIG. 10 - contents of the server RAM when recording the “ring” frame formed by the photodetector of FIG. 5.

Заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, при этом телевизионная камера 1 состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива 1-1, твердотельного фотоприемника 1-2 и блока 1-3 кольцевой развертки фотоприемника и формирования цифрового телевизионного сигнала, при этом управляющие входы фотоприемника 1-2 подключены к выходам импульсных напряжений блока 1-3, реализующих «кольцевую» развертку, а выход цифрового телевизионного сигнала, формируемого в блоке 1-3, является выходом телевизионной камеры 1, при этом на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, выполняющая программным путем запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера и преобразование «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).The inventive device of a computer system for panoramic television surveillance, see Fig. 1, comprises a television camera 1 and a server 2 connected in series to a local area network, to which two or more personal computers are connected at position 3, the television camera 1 consisting of sequentially located and optically connected panoramic lens 1-1, a solid-state photodetector 1-2 and the block 1-3 of the ring scan of the photodetector and the formation of a digital television signal, while the control inputs of the photodetector 1-2 are connected to the pulse voltage outputs of the unit 1-3, p analyzing the “ring” scan, and the output of the digital television signal generated in block 1-3 is the output of the television camera 1, while a video card is installed on the server motherboard 2, which programmatically records the “ring” video signal into the server’s RAM and converts “Circular” frames into “rectangular” frames, and the number of “rectangular” frames corresponding to one current “circular” frame satisfies relation (1).

Заявляемая организация фотоприемника 1-2, см. фиг. 3…4, с мишенью в виде кругового кольца может быть реализована по технологии ПЗС.The inventive organization of the photodetector 1-2, see Fig. 3 ... 4, with a target in the form of a circular ring can be implemented using CCD technology.

Она содержит на общем кристалле фотоприемную область 1-2-1, в которой чередуются радиально расположенные (от воображаемого геометрического центра кольца) линейки светочувствительных элементов и линейки элементов, экранированных от света, а также «кольцевой» регистр сдвига 1-2-2 и БПЗН 1-2-3, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2.It contains a photodetector region 1-2-1 on a common crystal, in which lines of photosensitive elements and lines of elements shielded from light are radially located (from the imaginary geometric center of the ring), as well as an “annular” shift register 1-2-2 and an FPS 1-2-3, and the number of elements in each "ring" line of the photodetector region 1-2-1 is equal to the number of elements in the "ring" shift register 1-2-2.

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора («кольцевого» изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1, совпадающего с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [4].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype, is designed to form an optical image of a circular view ("ring" image). As a technical solution for a panoramic lens 1-1, which coincides with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by Russian specialists from Moscow State University of Geodesy and Cartography [4].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 6. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 6. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector in favor of a circular ring.

Блок 1-3 телевизионной камеры, см. фиг.7, как и для прототипа [1], содержит временной контроллер 1-3-1, сигнальный процессор 1-3-2, первый преобразователь уровней (ПУ) 1-3-3 для управления мишенью и второй ПУ 1-3-4 для управления «кольцевым» регистром сдвига, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-3-5 на выходе телевизионной камеры.Block 1-3 of a television camera, see Fig. 7, as for the prototype [1], contains a time controller 1-3-1, a signal processor 1-3-2, a first level converter (PU) 1-3-3 for target control and the second PU 1-3-4 to control the "circular" shift register, as well as analog-to-digital converter (ADC) 1-3-5 at the output of the television camera.

Отметим важное обстоятельство: при замене «прямоугольного» сенсора на заявляемый «кольцевой» фотоприемник 1-2 по фиг.3 не требуется внесение изменений в циклограммы управляющих сигналов телевизионной камеры прототипа, которые формируются в блоке 1-3.We note an important circumstance: when replacing a “rectangular” sensor with the inventive “ring” photodetector 1-2 in FIG. 3, it is not necessary to make changes to the cyclograms of the control signals of the prototype television camera, which are formed in block 1-3.

Следует подчеркнуть, что в предлагаемом по фиг.3 фотоприемнике число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 одно и тоже и совпадает с числом элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2.It should be emphasized that in the photodetector proposed in FIG. 3, the number of elements in each “ring” line of the photodetector region 1-2-1 is the same and coincides with the number of elements in the “ring” shift register 1-2-2.

При равенстве геометрических размеров всех пикселов фотоприемной области 1-2-1 это приводит к неизбежному увеличению промежутков между ними по мере увеличения радиуса «кольцевой» строки и, как следствие, уменьшение разрешающей способности фотоприемника по мере движения к его внешней периферии.If the geometric dimensions of all the pixels of the photodetector region 1-2-1 are equal, this leads to an inevitable increase in the gaps between them as the radius of the "ring" line increases and, as a result, the resolution of the photodetector decreases as it moves to its outer periphery.

Учитывая, что эта ситуация не всегда приемлема, возможным выходом из нее может стать создание «кольцевого» фотоприемника 1-2 по фиг.5, в котором число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига. Но тогда в видеосигнале каждой строки, удаленной от «кольцевого» регистра, появятся «пассивные» участки, которые не несут информацию о сюжете.Given that this situation is not always acceptable, a possible way out of it may be to create a “ring” photodetector 1-2 in FIG. 5, in which the number of elements in each “ring” line of the target is different and increases as it moves to the outer periphery to the maximum a value equal to the number of elements in the "circular" shift register. But then in the video signal of each line remote from the “ring” register, “passive” sections will appear that do not carry information about the plot.

Остальные блоки заявляемого устройства системы панорамного телевизионного наблюдения, а именно: сервер 2 и персональные компьютеры, обозначенные на фиг. 1 позицией 3, по исполнению ничем не отличаются от аналогичных блоков прототипа [1].The remaining blocks of the claimed device of a panoramic television surveillance system, namely: server 2 and personal computers, indicated in FIG. 1 position 3, the performance is no different from similar blocks of the prototype [1].

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом. Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например при помощи фотоштатива (на фиг. 1 он не показан).The device of a computer system for panoramic television surveillance (see Fig. 1) works as follows. As in the prototype [1], it is assumed that the television camera 1 is installed in a fixed position, for example using a photographic tripod (in Fig. 1 it is not shown).

Фотоприемник 1-2 телевизионной камеры (см. фиг. 3…4) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2 и формированием на выходе БПЗН 1-2-3 напряжение видеосигнала в аналоговой форме. При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов, пропорциональных освещенности панорамного сюжета, в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-2-1. В течение кратковременного промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки открывается фотозатвор, и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы, расположенные на той же области 1-2-1. Затем фотозатвор закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода строчной развертки новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-2-2.The photodetector 1-2 of a television camera (see Fig. 3 ... 4) implements a "ring" scan of the charge image on the photodetector region 1-2-1, followed by element-by-element reading of the charge packets in the "ring" shift register 1-2-2 and forming on output BPZN 1-2-3 voltage of the video signal in analog form. At the same time, in the interval of the forward course of the frame, the process of accumulation of charge packets proportional to the illumination of the panoramic scene occurs in the photosensitive pixels of the photodetector region 1-2-1. During a short period of the subsequent interval of the reverse rotation of the frame scan, a photo shutter opens, and the charges of all the "ring" lines involved in the accumulation are transferred (in one rotation step) to the screened from light pixels located in the same region 1-2-1. Then the photo shutter closes and, in a new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred in radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading the “ring” register 1-2 in the reverse scan interval -2.

Аналоговый видеосигнал фотоприемника, как и в прототипе, преобразуется далее при помощи сигнального процессора 1-3-2 и АЦП 1-3-6 в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра на выходе телевизионной камеры. Затем ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.The analog video signal of the photodetector, as in the prototype, is further converted using a signal processor 1-3-2 and ADC 1-3-6 into a digital television signal (DTS) of the "ring" frame at the output of the television camera. Then, the DTS via the interface (for example, USB 2.0) is transmitted to server 2, where the video information is recorded in its main memory per frame.

Предположим, что горизонтальный угол поля зрения (γ_г) предъявляемого оператору изображения должен составлять 60°. Тогда должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр. Допустим, что полное число «кольцевых» строк в «кольцевом» кадре составляет m.Assume that the horizontal angle of the field of view (γ _g ) of the image presented to the operator should be 60 °. Then it should be provided that one sixth of each "ring" line from the "ring" frame is recorded in server 2, respectively, in one of the six arrays of RAM per frame. Suppose that the total number of “ring” lines in a “ring” frame is m.

Содержимое оперативной памяти сервера 2, куда записывается панорамное изображение, может быть представлено так, как это показано на фиг. 8, т.е. в его составе шесть массивов памяти с записью в них соответственно шести областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра. Принятое на фиг. 8 обозначение заполненных ячеек памяти состоит из двух цифр и знака «дефис» между ними. Первая цифра отражает порядковый номер регистрируемой (1/6) части «кольцевой» строки, а вторая цифра - порядковый номер самой «кольцевой» строки в «кольцевом» кадре.The contents of the RAM of the server 2, where the panoramic image is recorded, can be represented as shown in FIG. 8, i.e. it consists of six memory arrays with recording in them, respectively, six areas of the input video signal of the current "ring" frame. Adopted in FIG. 8, the designation of the filled memory cells consists of two digits and a hyphen between them. The first digit reflects the serial number of the registered (1/6) part of the “ring” line, and the second digit reflects the serial number of the “ring” line itself in the “ring” frame.

Как и в прототипе, в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.As in the prototype, in server 2, using the BKPP element that implements the functions assigned to it programmatically, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted to ordinary “rectangular” frames and the ability to provide this information at the “network” output "Server 2.

Отметим, что операция считывания «прямоугольных» кадров включает и коррекцию геометрических искажений соответствующего участка панорамного изображения точно так же, как это имеет место в прототипе.Note that the operation of reading “rectangular” frames includes the correction of geometric distortions of the corresponding section of the panoramic image in the same way as in the prototype.

В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в n «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 9) операторам локальной вычислительной сети. В нашем примере эта последовательность содержит 6 различных изображений.As a result, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into n "rectangular" frames, which can be offered as a selected sequence (see Fig. 9) to the operators of the local computer network. In our example, this sequence contains 6 different images.

Будем считать, что в качестве персональных компьютеров 3, образующих эту сеть, использованы ноутбуки. Они содержат в своем составе материнскую плату с установленными на ней процессором и оперативной памятью, а также жесткий диск, дисплей, клавиатуру и тачпад - указательное устройство, используемое вместо манипулятора «мышь». Оператор каждого ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.We assume that laptops are used as personal computers 3 forming this network. They contain a motherboard with a processor and RAM installed on it, as well as a hard drive, display, keyboard and touchpad - a pointing device used instead of the mouse. The operator of each laptop 3 can select the image proposed by the server 2 image and its output to the display screen.

Пусть «кольцевой» фотоприемник 1 -2 телевизионной камеры выполнен согласно фиг.5, т.е. в нем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии фотоприемной области 1-2-1 до максимальной величины, равной числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-3-2. Тогда, конечно, потребуется большая емкость оперативной памяти сервера 2, куда записывается панорамное изображение.Let the "ring" photodetector 1 -2 of the television camera is made according to figure 5, i.e. in it, the number of elements in each “ring” line of the target is different and increases as it moves toward the outer periphery of the photodetector region 1-2-1 to a maximum value equal to the number of elements in the “ring” shift register 1-3-2. Then, of course, you need a large capacity of server 2 RAM, where a panoramic image is recorded.

А ее содержимое может быть упрощенно представлено так, как это показано на фиг.10. В его составе тоже шесть массивов памяти с записью в них соответственно шести областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра. Но каждый из этих массивов памяти заполнен видеоинформацией неравномерно из-за различного числа пикселов, расположенных на «кольцевых» строках мишени. Как показано на фиг.10, светлые области каждого из массивов иллюстрируют активные (занятые) ячейки памяти, а темные области - пассивные (свободные) ячейки памяти.And its contents can be simplistically presented as shown in FIG. 10. It also includes six memory arrays with six corresponding areas of the input video signal of the current “ring” frame recorded in them. But each of these memory arrays is filled unevenly with video information due to the different number of pixels located on the “ring” lines of the target. As shown in figure 10, the bright areas of each of the arrays illustrate the active (busy) memory cells, and the dark areas are the passive (free) memory cells.

Очевидно, что все занятые горизонтальные ячейки памяти соответствуют «кольцевой» строке, расположенной на самой внешней периферии мишени, а минимально занятые горизонтальные ячейки памяти - «кольцевой» строке, находящейся ближе всех остальных к воображаемому центру кругового кольца.Obviously, all occupied horizontal memory cells correspond to the “ring” line located on the outermost periphery of the target, and the minimum occupied horizontal memory cells correspond to the “ring” line, which is closest to the imaginary center of the circular ring.

Работа устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с таким фотоприемником ничем не отличается от описанной выше. А в итоге компьютерные пользователи получают видеоинформацию с повышенной разрешающей способностью, что гарантирует повышенную четкость наблюдаемых ими изображений.The operation of the device of a computer system for panoramic television surveillance with such a photodetector is no different from that described above. As a result, computer users receive high-resolution video information, which guarantees increased clarity of the images they observe.

Технический результат предполагаемой группы изобретений заключается в существенной оптимизации заявляемых устройств достаточно эффективными и простыми средствами.The technical result of the proposed group of inventions is a significant optimization of the claimed devices rather effective and simple means.

Дополнительным результатом заявляемого решения компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения можно считать и возможность создания на ее основе сложных компьютерных систем за счет успешного вписывания как в локальную вычислительную сеть, так и в глобальную сеть Интернет. Пример структурной схемы по организации такой системы представлен на фиг.2. Отметим, что стрелки на линиях связи этой схемы иллюстрируют передачу сигнала изображения.An additional result of the claimed solution to the computer system of panoramic television surveillance can be considered the possibility of creating complex computer systems on its basis by successfully entering both the local computer network and the global Internet. An example of a structural diagram for the organization of such a system is presented in figure 2. Note that the arrows on the communication lines of this circuit illustrate the transmission of an image signal.

Здесь компьютер 4 оператора дополнительно выполняет функции сервера. Благодаря использованию в данной системе роутера¹ (¹Для этого прибора в России чаще употребляется название “Маршрутизатор”), которому присвоена позиции 5, информация, хранящаяся на этом сервере, становится доступной и любому другому пользователю компьютера в локальной сети, например компьютеру 7.Here, the operator computer 4 further functions as a server. Due to the use of router ¹ ( ¹ For this device in Russia, the name “Router” is often used), which is assigned position 5, the information stored on this server becomes available to any other computer user on the local network, such as computer 7.

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

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и устройства по организации фотоприемника для этой системы освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью. Поэтому следует считать предполагаемую группу изобретений соответствующей требованию о промышленной применимости.Currently, all the elements of the structural diagram of the device of a computer system for panoramic television monitoring and a device for organizing a photodetector for this system are mastered or can be mastered by domestic industry. Therefore, the proposed group of inventions should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2371880. МПК H04N 7/00. Способ панорамного телевизионного наблюдения и устройство для его осуществления. / В.М. Смелков // Б.И. - 2009. - №30.1. RF patent No. 2371880. IPC H04N 7/00. The method of panoramic television surveillance and device for its implementation. / V.M. Smelkov // B.I. - 2009. - No. 30.

2. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1985.2. Seken K., Thompset M. Instruments with charge transfer. Translation from English - M .: "World", 1985.

3. Владо Дамьяновски. CTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.3. Vlado Damianowski. CTV. Bible CCTV. Digital and network technology. / Translation from English. M .: LLC "IS-ES Press", 2006.

4. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.4. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror lens. / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // B.I. - 2002. - No. 20.

Claims

1. The device of a computer system for panoramic television surveillance, containing a series-connected television camera and a server, which is the node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television camera consists of sequentially located and optically connected panoramic lens and a digital television signal sensor , which contains in its composition sequentially located and connected solid-state photodetector and photodetector unit a ka, which provides a scan of the analog video signal of the photodetector and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, and a video card is installed in the expansion slot on the server motherboard, matched through the input / output, control and power channels with the server bus, containing a ring-frame conversion unit into “rectangular” frames (BPKP), the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the output of the “network”, and the number of “rectangular” frames corresponding to one uschemu "ring" frame, satisfies the relationship:

where γ _g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this conversion is performed by software, characterized in that the photodetector of the television camera has a target crystal in the form of a circular ring, and the photodetector block of the television camera forms an “annular” image raster.

2. Organization of the photodetector of a television camera made by the technology of charge-coupled devices (CCD), which contains a photodetector region on the common crystal, an output shift register ending with a charge-voltage converter (BPS), and at the photodetector area of the line of photosensitive elements alternate with with rulers of elements shielded from light, characterized in that the target of the photodetector has the shape of a circular ring, lines of photosensitive and rulers of shielded from light elements wife along the radial directions of the circular ring imaginary center to the outer periphery thereof and disposed therein an output shift register, which is a "ring", and the number of elements in each "ring" line photodetecting region is equal to the number of elements in the "annular" shift register.

3. The device of a computer system for panoramic television surveillance according to claim 1, characterized in that the operator’s computer is a server for a local user computer on the local network and for a remote user computer on the Internet.

4. The organization of the photodetector of a television camera according to claim 2, characterized in that the number of elements in each of its "ring" line is different and increases as it moves to the outer periphery to a maximum value equal to the number of elements in the "ring" shift register.