RU2564678C1 - Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance - Google Patents
Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564678C1 RU2564678C1 RU2014145587/07A RU2014145587A RU2564678C1 RU 2564678 C1 RU2564678 C1 RU 2564678C1 RU 2014145587/07 A RU2014145587/07 A RU 2014145587/07A RU 2014145587 A RU2014145587 A RU 2014145587A RU 2564678 C1 RU2564678 C1 RU 2564678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- photodetector
- television camera
- ring
- television
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение является техническим решением по категории «устройство» и имеет отношение к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи монохромной или цветной телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The present invention is a technical solution in the category "device" and relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a monochrome or color television circular camera in an area close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать 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 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, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered the device of a computer system for panoramic television surveillance [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of the local area network, to which two or more personal computers are connected, while the television camera consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens and digital television signal sensor, which contains a solid a separate photodetector with a rectangular target and a photodetector unit, which provides a progressive rectangular scan of the analog video signal of the photodetector and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, and a video card is installed in the expansion slot on the server motherboard, coordinated via input / output channels, control and power supply with the bus a server 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 n 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 γг - 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 наблюдения - избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером и ограниченная чувствительность устройства.The disadvantage of the prototype computer system for panoramic monitoring is the excess bandwidth of the communication channel of the television camera with the server and the limited sensitivity of the device.
Для датчика цифрового телевизионного сигнала прототипа ее важнейший компонент - фотоприемник, который является матрицей, выполненной по технологии приборов с зарядовой связью (матрицей ПЗС) [2]. Она имеет прямоугольную форму мишени и содержит на общем кристалле фотоприемную секцию, выходной горизонтальный регистр 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]).For the prototype digital television signal sensor, its most important component is the photodetector, which is a matrix made by the technology of charge-coupled devices (CCD matrix) [2]. It has a rectangular target shape and contains a photodetector section, a horizontal output register and a charge-voltage converter (BPS) on a common crystal. 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]).
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. 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. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через БПЗН, образуя на выходе «видео» фотоприемника электрический видеосигнал.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 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 registers. In the subsequent interval of the forward stroke in the frame, 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 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.
Сенсор прототипа, являющийся матрицей ПЗС, формирует видеосигнал монохромного (черно-белого) или цветного изображения.The prototype sensor, which is the CCD matrix, generates a video signal of a monochrome (black and white) or color image.
Недостаток матричного фотоприемника для телевизионной камеры панорамного наблюдения заключается в том, что его организация с выполнением прямоугольной формы мишени не является благоприятной (оптимальной) применительно к кольцевому оптическому изображению контролируемой сцены, которую формирует панорамный объектив.The disadvantage of a matrix photodetector for a panoramic television camera is that its organization with the rectangular shape of the target is not favorable (optimal) in relation to the ring optical image of the controlled scene, which forms a panoramic lens.
Обоснованием этого утверждения служит необходимость иметь для фотоприемника большое число элементов (пикселов) по горизонтали и вертикали, т.е. видеосенсор должен обладать высокой информационной емкостью.The rationale for this statement is the need for a photodetector to have a large number of elements (pixels) horizontally and vertically, i.e. The video sensor must have high information capacity.
Это следует из того, что для исключения потерь по углу места в оптическом панорамном изображении на входе, следует вписать его полностью в прямоугольник мишени матрицы ПЗС.This follows from the fact that in order to exclude losses in elevation in an optical panoramic image at the entrance, it should be entered completely in the target rectangle of the CCD matrix.
При этом значительная часть пикселов матрицы является бесполезной, т.к. не несет информации о наблюдаемом сюжете, но принудительно используется при формировании видеосигнала в телевизионной камере.In this case, a significant part of the pixels of the matrix 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.
Матрица ПЗС имеет одинаковые геометрические размеры для ее составляющих пикселов, а поэтому для такого фотоприемника чувствительность по всей площади оптического кольцевого изображения является априори одинаковой.The CCD matrix has the same geometric dimensions for its constituent pixels, and therefore, for such a photodetector, the sensitivity over the entire area of the optical ring image is a priori the same.
Датчик цифрового телевизионного сигнала прототипа, выполненный на базе монохромной или цветной матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», содержит в своем составе фотоприемник, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, горизонтального регистра и БПЗН; генератор управляющих импульсов, состоящий из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и второго ПУ; а также последовательно соединенных сигнального процессора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем управляющий вход фотоприемной области матрицы ПЗС подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход горизонтального регистра матрицы ПЗС - к выходу второго ПУ, а выход БПЗН матрицы ПЗС - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией1 (1 Видеосигнал, формируемый в сигнальном процессоре по выходу управления экспозицией, обеспечивает управление чувствительностью телевизионной камеры за счет регулировки времени накопления зарядов) которого подключен к управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход - к входу второго ПУ, третий выход - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход - к тактовому входу АЦП.The digital television signal sensor of the prototype, made on the basis of a CCD monochrome or color matrix with the organization of “line transfer”, contains a photodetector consisting of a photodetector region, a horizontal register, and an overvoltage detector connected in series with charge coupling; a control pulse generator consisting of a time controller, a first level converter (PU) and a second PU; as well as serially connected signal processor and analog-to-digital converter (ADC), moreover, the control input of the photodetector region of the CCD is connected to the output of the first control device, the control input of the horizontal register of the CCD is connected to the output of the second control device, and the output of the CCD matrix of the CCD is connected to the information input of the signal processor, exposure control output 1 ( 1 The video signal generated in the signal processor by the exposure control output controls the sensitivity of the television camera by adjusting charge accumulation time) which is connected to the control input of the temporary controller, the first output of which is connected to the input of the first control unit, the second output to the input of the second control unit, the third output to the synchronization input of the signal processor, and the fourth output to the clock input of the ADC.
Отметим, что для матрицы ПЗС прототипа, формирующей видеосигнал цветного изображения, предусмотрен встроенный цветной мозаичный фильтр, который накрывает ее фотоприемную секцию. Мозаичный фильтр разделяет свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, см., например [3, с. 154-155].Note that for the CCD matrix of the prototype forming the video signal of the color image, a built-in color mosaic filter is provided that covers its photodetector section. The mosaic filter divides the light into cyan, yellow, magenta, and green components, see, for example, [3, p. 154-155].
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 кристалла мишени в форме кругового кольца, а также обеспечение повышенной чувствительности устройства путем реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера.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 ring-shaped crystal for the photodetector, as well as providing increased sensitivity of the device by implementing an additional scanner function in the television camera.
Поставленная задача в заявляемой компьютерной системе 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 пользователей, при этом телевизионная камера, обеспечивая развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе цифрового телевизионного сигнала, содержит датчик телевизионного сигнала (ДТС), в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник на ПЗС, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, горизонтального (выходного) регистра и БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а для цветного сенсора в отличие от монохромного фотоприемная область дополнительно накрыта мозаичным цветным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входит также генератор управляющих импульсов и последовательно соединенные сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области, второй выход генератора управляющих импульсов - к управляющим входам выходного регистра фотоприемника, третий выход генератора управляющих импульсов - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход генератора управляющих импульсов - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к управляющему входу генератора управляющих импульсов; в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая 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, реализуются следующие изменения, а именно: фотоприемник телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, выходной регистр фотоприемника по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии, мозаичный цветной фильтр, накрывающий фотоприемную область цветного сенсора, является «кольцевым» по форме и имеет световые «окна», совпадающие с геометрическими размерами пикселов фотоприемной области, а генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, при этом телевизионная камера формирует не «прямоугольный», а «кольцевой» растр изображения, в состав телевизионной камеры введены коммутатор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход - к информационному входу сигнального процессора, и блок механического сканирования ДТС, кинематически связанный с блоком ДТС, причем первый управляющий вход коммутатора подключен к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, шестой выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом блока механического сканирования ДТС, - к входу внешнего управления телевизионной камерой, при этом в качестве сервера используется компьютер оператора системы, в котором формируются команды внешнего управления телевизионной камерой, обеспечивающие ее работу в двух режимах работы «Камера» и «Сканер».The problem in the inventive 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 local area network node to which two or more personal computers of users are connected, while the television camera, providing scanning the analog video signal of the photodetector and generating a digital television signal at the output, contains a television signal sensor (TPA), which includes sequentially located and optically coupled panoramic lens and a CCD photodetector, consisting of a charge-coupled photodetector region, a horizontal (output) register and an EPR, in which the lines of photosensitive elements alternate with the lines of light-shielded elements on the photodetector, and for color the sensor, unlike the monochrome photodetector area, is additionally covered with a mosaic color filter that separates light into cyan, yellow, magenta and green ny components; the television camera also includes a control pulse generator and a signal processor and ADC connected in series, the output of which is the output of the television camera, the first output of the control pulse generator being connected respectively to the control inputs of the photodetector region, the second output of the control pulse generator to the control inputs of the output register of the photodetector , the third output of the control pulse generator is to the synchronization input of the signal processor, and the fourth output of the generator directs pulses - to the clock input of the ADC, the signal processor exposure control output is connected to the control input of the generator of control pulses; a video card is installed in the expansion slot on the server’s motherboard, coordinated through the I / O channels, control and power supply with the server bus, containing a control panel, the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the “network” output, and the number “Rectangular” frames corresponding to one current “circular” frame satisfies relation (1), and this conversion itself is performed by software, the following changes are implemented, namely: the photodetector of a television camera has the shape of a circular ring a, in which the lines of photosensitive and light-shielded elements of the photodetector region are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, the output register of the photodetector is “circular” in shape, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is the number of elements in the "ring" register, and the area of each pixel of the photodetector region increases as you move to the outer periphery, a mosaic color filter covering the photo the receiving region of the color sensor is “circular” in shape and has light “windows” matching the geometric dimensions of the pixels of the photodetector region, and the control pulse generator of the television camera is a “ring” scan signal block, while the television camera does not form a “rectangular” one, and a "ring" image raster, a switch is introduced into the television camera, the information input of which is connected to the output of the SPS of the photodetector, and the output to the information input of the signal processor, and a DTS mechanical scan unit kinematically connected to the DTS unit, the first control input of the switch being connected to the fifth output of the “ring” scan video signal unit, the sixth output of which is connected to the synchronization input of the DTS mechanical scanning unit, and the second control input of the switch combined with the control input of the mechanical scanning unit of the DTS, - to the input of the external control of the television camera, while the server of the system operator’s computer is used, in which Omands for external control of a television camera, ensuring its operation in two operating modes: “Camera” and “Scanner”.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения отличается реализацией телевизионной камеры, которая максимально приспособлена (оптимизирована) к оптическому изображению панорамного сюжета.Comparative analysis with the prototype [1] shows that the inventive device of a computer system for panoramic television monitoring differs in the implementation of a television camera that is maximally adapted (optimized) to the optical image of a panoramic plot.
По отношению к прототипу [1] заявляемая телевизионная камера отличается геометрической формой выполнения фотоприемника, а также мозаичного цветного фильтра для цветного варианта сенсора, обеспечивающего реализацию нового («кольцевого») растра изображения при сохранении ПЗС-технологии изготовления сенсора и, что не менее важно, при сохранении требуемых для матрицы ПЗС (с такой же информационной емкостью) сигналов управления.In relation to the prototype [1], the claimed television camera differs in the geometric form of the photodetector, as well as a mosaic color filter for the color version of the sensor, which provides the implementation of a new ("ring") image raster while maintaining the CCD technology for manufacturing the sensor and, no less important, while saving the required CCD for the matrix (with the same information capacity) control signals.
В состав телевизионной камеры введены и новые блоки, а именно: коммутатор и блок механического сканирования ДТС, которые обеспечивают для нее дополнительно режим сканера, реализующий повышенную чувствительность системы в целом.New blocks have also been introduced into the television camera, namely: a switch and a mechanical scanning unit for DTS, which provide an additional scanner mode for it, which implements the increased sensitivity of the system as a whole.
Совокупность известных и новых признаков для этого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The set of known and new features for this device is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
В заявляемом решении от фотоприемника не требуется чрезмерно высокая информационная емкость, сокращается и избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером.In the claimed solution, the photodetector does not require an excessively high information capacity, and the excess bandwidth of the communication channel of the television camera with the server is also reduced.
Благодаря введению в состав телевизионной камеры коммутатора и блока механического сканирования ДТС в ней дополнительно реализуется режим работы с «кольцевым» однострочным фотоприемником, т.е., по сути, режим работы оригинального сканера.Thanks to the introduction of a switch and a mechanical scanning unit of a DTS into the television camera, it additionally implements a mode of operation with a "ring" single-line photodetector, ie, in fact, the mode of operation of the original scanner.
Увеличенная площадь пикселов в этом сканере обеспечивает и повышенную чувствительность сенсора, а, следовательно, и системы в целом. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.The increased pixel area in this scanner provides increased sensitivity of the sensor, and, consequently, of the system as a whole. Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции для цветного варианта сенсора; на фиг. 4, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 приведена конструкция «кольцевого» регистра фотоприемника, у которого электроды переноса выполнены в виде части кругового кольца; на фиг. 6 - предлагаемое оператору панорамное изображение текущего «кольцевого» кадра в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 7 - размещение телевизионной камеры для контроля внутреннего состояния трубы; на фиг. 8 - электрическая схема коммутатора телевизионной камеры; на фиг. 9 - временные диаграммы, поясняющие работу телевизионной камеры в режиме сканера; на фиг. 10 - эпюра управляющего сигнала (сигнала синхронизации), поясняющая работу блока механического сканирования ДТС.In FIG. 1 shows a structural diagram of the claimed invention is a computer system for panoramic television surveillance; in FIG. 2 shows the circuit organization of the photodetector of a television camera; in FIG. 3 shows a fragment of this photodetector, illustrating the details of its design for the color version of the sensor; in FIG. 4, according to [4], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 5 shows the design of the “annular” register of the photodetector, in which the transfer electrodes are made as part of a circular ring; in FIG. 6 - a panoramic image of the current “ring” frame proposed to the operator in the form of a sequence of 6 “rectangular” frames; in FIG. 7 - placement of a television camera to control the internal state of the pipe; in FIG. 8 is a circuit diagram of a television camera switch; in FIG. 9 is a timing chart explaining the operation of a television camera in scanner mode; in FIG. 10 is a diagram of a control signal (synchronization signal) explaining the operation of the mechanical scanning unit of the TPA.
Заявляемая компьютерная система о панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и компьютер 2 оператора в качестве сервера, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, 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), сама телевизионная камера 1 содержит ДТС 1-1, в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1-1 и фотоприемник 1-1-2, который имеет форму кругового кольца, см. фиг. 2, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-1-2-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру 1-1-2-2, оканчивающемуся БПЗН 1-1-2-3, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а фотоприемная область для цветного варианта сенсора накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. 3, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; выход БПЗН фотоприемника 1-1-2-3 подключен через коммутатор 1-2 к информационному входу сигнального процессора 1-4, соединенному последовательно с АЦП 1-5; выход управления экспозицией сигнального процессора 1-4 подключен к управляющему входу блока 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, первый выход которого подключен к управляющим входам фотоприемной области фотоприемника 1-1-2-1, второй выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника 1-1-2-2, третий выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, четвертый выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, пятый выход блока 1-3 - к первому управляющему входу коммутатора 1-2, а шестой выход блока 1-3 - к входу синхронизации блока 1-6 механического сканирования ДТС, при этом второй управляющий вход коммутатора 1-2 объединен с управляющим входом блока 1-6 механического сканирования ДТС и подключен к входу внешнего управления телевизионной камерой, на который поступают команды, обеспечивающие ее работу в режимах «Камера» и «Сканер», причем блок 1-6 механического сканирования кинематически связан с ДТС 1-1, а выход АЦП 1-5 является выходом телевизионной камеры.The inventive computer system for panoramic television surveillance, see FIG. 1, comprises a television camera 1 and an operator computer 2 connected in series as a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected at position 3, the television camera generating a “ring” raster of a monochrome or color image, the server 2 motherboard has a video board installed, which programmatically records the “ring” video signal into the server’s RAM and converts the “ring” frames into “rectangular” frames s, and the number of "rectangular" frames corresponding to one current "circular" frame satisfies the relation (1), the television camera 1 itself contains a DTS 1-1, which includes sequentially located and optically connected panoramic lenses 1-1-1 and a photodetector 1-1-2, which has the shape of a circular ring, see FIG. 2, in which the lines of photosensitive and the lines of light-shielded elements of the photodetector region 1-1-2-1 are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” register 1-1-2-2 located there, ending in BPZN 1-1-2-3, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is equal to the number of elements in the “ring” register, and the photodetector region for the color version of the sensor is covered with a mosaic color filter, which is “ring” in shape, see f ig. 3, which separates the luminous flux incident on the photosensitive elements, respectively, on its cyan, yellow, magenta and green components; the output of the BPSN of the photodetector 1-1-2-3 is connected through a switch 1-2 to the information input of the signal processor 1-4, connected in series with the ADC 1-5; the output of the exposure control of the signal processor 1-4 is connected to the control input of the 1-3 unit of the "circular" scan of the video signal, the first output of which is connected to the control inputs of the photodetector area of the photodetector 1-1-2-1, the second output of the unit 1-3 to the control inputs The "circular" register of the photodetector 1-1-2-2, the third output of the block 1-3 - to the synchronization input of the signal processor 1-4, the fourth output of the block 1-3 - to the clock input of the ADC 1-5, the fifth output of the block 1-3 - to the first control input of the switch 1-2, and the sixth output of the block 1-3 - to the synchronization input AI unit 1-6 of mechanical scanning of TPA, while the second control input of switch 1-2 is combined with the control input of unit 1-6 of mechanical scanning of TPA and connected to the external control input of the television camera, which receives commands that ensure its operation in the Camera mode ”And“ Scanner ”, moreover, the mechanical scanning unit 1-6 is kinematically connected with the TPA 1-1, and the ADC 1-5 output is the output of a television camera.
Фотоприемник 1-1-2, выполненный по технологии ПЗС, см. фиг. 2-3, реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-1-2-2 и формированием на выходе БПЗН 1-1-2-3 напряжения цветного видеосигнала в аналоговой форме. При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-1-2-1. 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 1-1-2-1.A photodetector 1-1-2, made by CCD technology, see FIG. 2-3, implements a "ring" scan of the charge image on the photodetector region 1-1-2-1 with subsequent element-by-element reading of charges in the "ring" register 1-1-2-2 and forming at the output of the BPSN 1-1-2-3 voltage of a color video signal in analog form. At the same time, in the forward interval in the frame, the process of accumulation of charge packets occurs in proportion to the illumination of the panoramic plot in the photosensitive pixels of the photodetector region 1-1-2-1. 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 pixels shielded from light located in the same region 1-1-2-1 .
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 по строке новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-1-2-2.Then the photo shutter closes and, in a new frame cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred in radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading the “ring” register 1-1 in the interval of the reverse stroke along the line with new charges -2-2.
Фотоприемник является единственным сенсором видеосигнала цветного изображения, в котором, благодаря применению цветного «кольцевого» фильтра, пикселы ПЗС становятся чувствительными к голубой (Cy), желтой (Ye), пурпурной (Mg) и зеленой (G) цветовым составляющим. Конструкция этого фотоприемника представлена на фиг. 3.The photodetector is the only color image video sensor in which, thanks to the use of a color ring filter, CCD pixels become sensitive to cyan (Cy), yellow (Ye), magenta (Mg) and green (G) color components. The design of this photodetector is shown in FIG. 3.
Здесь используется известный принцип цветного телевидения, утверждающий, что для успешного восстановления цвета, помимо сигнала яркости (Y), достаточно всего двух дополнительных сигналов. Имеются в виду сигнал цветовой разности красного (R-Y) и сигнал цветовой разности синего (В-Y).It uses the well-known principle of color television, which states that for successful color recovery, in addition to the brightness signal (Y), just two additional signals are enough. This refers to the red color difference signal (R-Y) and the blue color difference signal (B-Y).
Отметим, что именно этот принцип реализован в конструкции мозаичного фильтра для фотоприемника в широко распространенных цветных одноматричных телевизионных камерах, см., например, [3, с. 155].Note that it is this principle that is implemented in the design of a mosaic filter for a photodetector in widespread color single-matrix television cameras, see, for example, [3, p. 155].
В заявляемом решении для «кольцевого» ПЗС-фотоприемника цветного изображения используется режим накопления поля, т.е. длительность экспозиции для всех светочувствительных пикселов фотомишени 1-1-2-1 составляет 20 мс.In the claimed solution for the “ring” CCD photodetector of a color image, the field accumulation mode is used, i.e. the exposure time for all the photosensitive pixels of the 1-1-2-1 target is 20 ms.
Рассмотрим некоторые подробности реализации цветного сенсора.Consider some details of the implementation of a color sensor.
Аналогично режиму, применяемому в одноматричных цветных камерах, здесь перед считыванием в «кольцевом» регистре 1-1-2-2 зарядовые пакеты соседних (в радиальном направлении) пикселов фотомишени объединяются попарно, причем по-разному для последовательно считываемых нечетных и четных «кольцевых» строк формируемого изображения, как показано на фиг. 3.Similar to the mode used in single-matrix color cameras, here before reading in the “1–2–2–2” register register, the charge packets of neighboring (in the radial direction) photo target pixels are combined in pairs, and differently for odd and even “ring” sequentially read lines of the generated image, as shown in FIG. 3.
Отметим, что поскольку размер светочувствительного элемента в режиме накопления поля равен размеру двух пикселов матрицы по вертикали, это приводит к снижению вертикальной разрешающей способности цветного изображения, что вполне допустимо.Note that since the size of the photosensitive element in the field accumulation mode is equal to the vertical size of two pixels of the matrix, this leads to a decrease in the vertical resolution of the color image, which is quite acceptable.
Первая строка содержит попарные отсчеты: (Mg+Cy), (G+Ye), (Mg+Cy), (G+Ye) и так далее.The first line contains pairwise samples: (M g + C y ), (G + Y e ), (M g + C y ), (G + Y e ) and so on.
Вторая строка: попарные отсчеты: (Cy+G), (Ye+Mg), (Cy+G), (Ye+Mg) и так далее.Second line: pairwise samples: (C y + G), (Y e + M g ), (C y + G), (Y e + M g ) and so on.
Очевидно, что третья и другие последующие нечетные строки будут содержать такие же попарные отсчеты, как и первая строка, а четвертая и другие последующие четные строки - такие же попарные отсчеты, как и вторая строка.Obviously, the third and other subsequent odd lines will contain the same pairwise samples as the first line, and the fourth and other subsequent even lines will contain the same pairwise samples as the second line.
Для получения яркостного сигнала для нечетных строк производится операция по аналогичному в [3, с. 155] алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка по времени на элемент разложения «кольцевого» поворота и суммирование попарных отсчетов:To obtain a luminance signal for odd lines, an operation is performed according to a similar procedure in [3, p. 155] the algorithm, which consists in the fact that a time delay is performed on the decomposition element of the "circular" rotation and the summation of pairwise samples:
Коэффициент Ѕ в формуле (2) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах. Очевидно, что выражение (2) можно представить так:Coefficient Ѕ in formula (2) returns the “debt”, acquired by summing the charges in pairwise readings. Obviously, expression (2) can be represented as follows:
Применив аналогичный алгоритм для четных строк, получим следующее выражение для яркостного сигнала:Applying a similar algorithm for even lines, we obtain the following expression for the luminance signal:
Аналогично представим выражение (4) в основных цветах:Similarly, we represent the expression (4) in primary colors:
Выражения (3) и (5) показывают, что яркостной сигнал для нечетных и четных строк одинаков.Expressions (3) and (5) show that the luminance signal for the odd and even lines is the same.
Для получения цветоразностного сигнала синего (В-Y) выполняется операция по другому алгоритму, который заключается в том, что для нечетных строк выполняется задержка по времени на элемент разложения и вычитание попарных отсчетов:To obtain the blue color-difference signal (B-Y), an operation is performed according to another algorithm, which consists in the fact that for odd lines, a time delay is performed on the decomposition element and the subtraction of pairwise samples:
B-Y=(G+Ye)-(Me+Cy)=[(G+G+R)-(R+B+G+B)]=-[2B-G]. BY = (G + Y e ) - (M e + C y) = [(G + G + R) - (R + B + G + B)] = - [2B-G].
Для получения цветоразностного сигнала красного (R-Y) выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четных строк:To obtain the color difference signal red (R-Y), the operation is performed according to an algorithm similar to the receipt of the color difference signal blue, but with reference to even lines:
R-Y=(Mg+Ye)-(G+Cy)=[(R+B+G+R)-(G+G+B)]=2R-G.RY = (M g + Y e ) - (G + C y ) = [(R + B + G + R) - (G + G + B)] = 2R-G.
Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL точно так же, как это выполняется в одноматричных цветных телевизионных камерах с мозаичным фильтром. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.These two color difference signals, together with the luminance signal, are mixed into the CVBS signal in the PAL system in the same way as in single-matrix color television cameras with a mosaic filter. Let us explain that CVBS is an abbreviation of English words: “composite video bar signal”, i.e. full video signal.
Необходимо отметить, что, как для монохромного, так и для цветного сенсора телевизионной камеры, площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии. Это означает, что для заявляемого решения имеет место существенное увеличение видеосигнала и соответственно отношения сигнал/шум на участках периферийной области мишени. Наибольшую площадь пикселов имеет «кольцевая» строка, которая ближе всех остальных строк расположена по отношению к «кольцевому» регистру фотоприемника. Очевидно, что это первая «кольцевая» строка сенсора.It should be noted that, for both a monochrome and a color sensor of a television camera, the area of each pixel of the photodetector region increases as it moves to the outer periphery. This means that for the proposed solution there is a significant increase in the video signal and, accordingly, the signal-to-noise ratio in parts of the peripheral region of the target. The largest area of pixels is the “ring” line, which is closest to all other lines in relation to the “ring” register of the photodetector. Obviously, this is the first "ring" line of the sensor.
С технологической точки зрения вполне оправдано, что для нового «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры электроды переноса в фотоприемной области 1-1-2-1 и в «кольцевом» регистре 1-1-2-2, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра выполняются с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.From a technological point of view, it is completely justified that for the new "ring" photodetector of a television camera, the transfer electrodes in the photodetector region 1-1-2-1 and in the "ring" register 1-1-2-2, as well as light "windows" for " annular "mosaic filter are performed with a geometric shape not in the form of a rectangle, but as part of a circular ring.
В качестве примера на фиг. 5 показана конструкция «кольцевого» регистра 1-1-2-2 фотоприемника с такими электродами переноса.As an example in FIG. 5 shows the design of a “ring” register 1-1-2-2 of a photodetector with such transfer electrodes.
Панорамный объектив 1-1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора (кольцевого изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1-1, 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 1-1-1 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 1-1-1, 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. 4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 4. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.
Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемников в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens confirms the advisability of choosing the shape of the photodetectors in favor of a circular ring.
Сигнальный процессор 1-4, блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала и АЦП 1-5 выполнены с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции. Этот комплект является универсальным, т.е. может быть использован, как для монохромного фотоприемника, так и для цветного сенсора.The signal processor 1-4, block 1-3 of the "circular" scan of the video signal and the ADC 1-5 are made using a set of specialized microcircuits with a high level of integration. This kit is universal, i.e. It can be used both for a monochrome photodetector and for a color sensor.
Коммутатор 1-2 предназначен для выделения аналогового видеосигнала первой «кольцевой» строки при работе заявляемого устройства в режиме «Сканер».Switch 1-2 is designed to highlight the analog video signal of the first "ring" line when the inventive device is in the "Scanner" mode.
Как показано на фиг. 8, электрическая схема коммутатора 1-2 может быть выполнена на базе двух логических элементов интегральных микросхем, а именно: коммутатора (DA1) и элемента «И-НЕ» (DD1).As shown in FIG. 8, the electrical circuit of the switch 1-2 can be performed on the basis of two logical elements of integrated circuits, namely: the switch (DA1) and the element "NAND" (DD1).
На управляющий вход блока 1-2 подается сигнал с выхода блока 1-3, представленный на фиг. 9а. Этот сигнал следует с периодом кадров (Tк), а интервал низкого уровня в нем соответствует длительности строки (Тс).A signal from the output of block 1-3, shown in FIG. 9a. This signal follows with a frame period (T c ), and the low level interval in it corresponds to the line duration (T c ).
С внешнего входа телевизионной камеры на другой вход блока 1-2 поступает команда, характеристика которой представлена в табл.1, в эпюре - на фиг. 9б.A command is received from the external input of the television camera to the other input of unit 1-2, the characteristic of which is presented in Table 1, in the diagram in FIG. 9b.
В режиме «Камера» элемент DA1 находится постоянно в замкнутом состоянии. Поэтому видеосигнал с выхода ДТС 1-1 без изменений поступает на информационный вход сигнального процессора 1-4, см. фиг. 9в. Эта эпюра показывает фотоэлектрическое преимущество первой строки сенсора по отношению ко всем остальным его строкам.In the "Camera" mode, the DA1 element is constantly in the closed state. Therefore, the video signal from the output of the TPA 1-1 without changes goes to the information input of the signal processor 1-4, see Fig. 9th century This plot shows the photovoltaic advantage of the first row of the sensor in relation to all the rest of its rows.
В режиме «Сканер» элемент DA1 замыкается только на время первой «кольцевой» строки каждого кадра, см. фиг. 9г.In the “Scanner” mode, the DA1 element is closed only for the duration of the first “ring” line of each frame, see FIG. 9g
Блок 1-6 предназначен для выполнения в режиме «Сканер» пошагового перемещения ДТС 1-1 с интервалом по расстоянию, равным ширине одной «кольцевой» строки фотоприемника 1-1-2.Block 1-6 is designed to perform step-by-step movement of the TPA 1-1 in the Scanner mode with an interval of distance equal to the width of one “ring” line of the photodetector 1-1-2.
Когда ДТС 1-1 находится в статичном (неподвижном) состоянии, осуществляется накопление сигнала изображения в фотоприемнике 1-1-2 и запись цифрового видеосигнала текущей первой строки в оперативную память сервера 2. Затем осуществляется перемещение ДТС 1-1, накопление сигнала изображения для последующей строки кадра, которая становится в этой ситуации уже первой, и запись ее в оперативную память сервера 2. Далее процесс повторяется. Время одного акта неподвижного состояния и перемещения ДТС 1-1, см. фиг. 10, составляет mTк, где m - коэффициент, равный 10…50.When the TPA 1-1 is in a static (stationary) state, the image signal is accumulated in the photodetector 1-1-2 and the digital video signal of the current first line is recorded in the RAM of server 2. Then, the TPA 1-1 is moved, the image signal is accumulated for the subsequent the line of the frame, which becomes the first in this situation, and writing it to the RAM of server 2. Next, the process is repeated. The time of one act of a stationary state and the movement of TPA 1-1, see FIG. 10 is mT k , where m is a coefficient equal to 10 ... 50.
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом.A computer system for panoramic television surveillance (see Fig. 1) works as follows.
Рассмотрим эту работу на примере визуального контроля технического состояния трубы 4, см. фиг. 7, при помощи телевизионной камеры 1, которая размещается внутри трубы и при помощи рельсового механизма (он не показан) может перемещаться вдоль нее.Consider this work on the example of visual inspection of the technical condition of the pipe 4, see Fig. 7, using a television camera 1, which is placed inside the pipe and using a rail mechanism (not shown) can move along it.
При включении питания заявляемая компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения начинает работать (по умолчанию) в режиме «Камера», т.е. на внешнем входе телевизионной камеры 1 присутствует сигнал логического «0».When the power is turned on, the inventive computer system for panoramic television monitoring starts working (by default) in the "Camera" mode, i.e. at the external input of the television camera 1 there is a logical signal "0".
Панорамный объектив 1-1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение наблюдаемой сцены, проецируя его на мишень 1-1-2-1 фотоприемника.The panoramic lens 1-1-1 forms an “annular” optical image of the observed scene, projecting it onto the target 1-1-2-1 of the photodetector.
В результате фотоэлектрического и последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал монохромного или цветного изображения в зависимости от установленного «кольцевого» сенсора.As a result of the photoelectric and subsequent analog-to-digital conversion of the video signal at the output of the television camera 1, a digital television signal of a monochrome or color image is formed depending on the installed “ring” sensor.
Допустим, что текущий угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного цветного изображения составляет 60 градусов по горизонтали, тогда «кольцевой» кадр записи включает 6 (шесть) условных областей.Suppose that the current field of view angle (γ g ) of the presented panoramic color image is 60 degrees horizontally, then the “ring” recording frame includes 6 (six) conditional areas.
В этом случае оперативная память сервера 2, куда записывается панорамное цветное изображение, содержит 6 областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра.In this case, the RAM of server 2, where a panoramic color image is recorded, contains 6 areas of the input video signal of the current “ring” frame.
Далее, 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.Further, as in the prototype, in server 2, using the BPC element that implements the functions assigned to it programmatically, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted into ordinary “rectangular” frames and the possibility of providing this information at the output "Network" server 2.
Поэтому цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) оператору компьютера 2.Therefore, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into 6 "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence (see Fig. 6) to the computer operator 2.
Предположим, что оператора компьютера 2 заинтересовал фрагмент наблюдаемого изображения, в котором имеет место подозрение на технологический дефект трубы, а поэтому желательно рассмотреть его при повышенном отношении сигнал/шум.Suppose that the operator of computer 2 was interested in a fragment of the observed image, in which there is a suspicion of a technological defect in the pipe, and therefore it is advisable to consider it with an increased signal to noise ratio.
Тогда оператор переводит телевизионную камеру 1 в режим «Сканер», устанавливая на ее внешнем входе сигнал логической «1».Then the operator puts the television camera 1 in the “Scanner” mode, setting a logical “1” signal at its external input.
В этом режиме в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал первой «кольцевой» строки фотоприемника 1-1-2 при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину пиксела этой строки. Т.к. пикселы данной строки обладают наибольшей площадью, по отношению к пикселам остальных «кольцевых» строк фотоприемника, этот видеосигнал записи будет гарантировать увеличение отношения сигнал/шум по всей ширине кадра для всей контролируемой в настоящий момент внутренней поверхности трубы.In this mode, the digital video signal of the first “ring” line of the photodetector 1-1-2 will be transmitted to the RAM of server 2 when the photodetector itself is moved stepwise to the pixel width of this line. Because the pixels of this row have the largest area with respect to the pixels of the remaining “ring” lines of the photodetector; this recording video signal will guarantee an increase in the signal-to-noise ratio over the entire frame width for the entire currently controlled inner pipe surface.
Необходимое время «сканерной» записи всего «кольцевого» кадра составляет десятки и более секунд, но оно вполне оправдано предлагаемой технологией проведения работы и достигаемым эффектом повышения чувствительности изображения.The necessary time for the “scanner” recording of the entire “ring” frame is tens or more seconds, but it is completely justified by the proposed technology of work and the achieved effect of increasing the image sensitivity.
«Кольцевой» кадр, полученный при помощи «сканерной» записи, преобразуется далее в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) на компьютеры 3 операторам локальной вычислительной сети точно так же, как и в прототипе.The “ring” frame obtained using the “scanner” recording is further converted into 6 “rectangular” frames, which can be offered in the form of a selected sequence (see Fig. 6) to computers 3 by the operators of the local area network in the same way as in the prototype.
В настоящее время все элементы структурной схемы компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of a computer system for panoramic television surveillance mastered or can be mastered by domestic industry.
Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the present invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент РФ №2371880. МПК H04N 7/00. Способ панорамного телевизионного наблюдения и устройство для его осуществления. / В.М. Смелков // БИ - 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 // BI - 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 // БИ - 2002. - №20. 4. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06,
Claims (5)
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, отличающаяся тем, что генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, а телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник монохромной телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, выходной регистр фотоприемника по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии, а фотоприемник цветной телевизионной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его фотоприемную область цветного мозаичного фильтра, который разделяет свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, причем световые «окна» цветного мозаичного фильтра, имеющего «кольцевую» форму, совпадают с геометрическими размерами пикселов фотоприемной области, при этом в состав телевизионной камеры введены коммутатор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход - к информационному входу сигнального процессора, и блок механического сканирования ДТС, кинематически связанный с блоком ДТС, причем первый управляющий вход коммутатора подключен к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, шестой выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом блока механического сканирования ДТС, - к входу внешнего управления телевизионной камерой, при этом в качестве сервера используется компьютер оператора системы, в котором формируются команды внешнего управления телевизионной камерой, обеспечивающие ее работу в двух режимах работы «Камера» и «Сканер».1. A computer system for panoramic television surveillance with increased sensitivity, 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 of users are connected, while the television camera, providing a scan of the analog video signal of the photodetector and generating a digital output television signal, contains a television signal sensor (TPA), which includes sequentially located coupled and optically coupled lens and photodetector, made on the basis of charge-coupled device (CCD) technology and consisting of charge-coupled photodetector region of horizontal (output) register and charge-voltage converter (BPS) in series, moreover, on the photodetector area of the photosensitive line elements alternate with rulers of light-shielded elements; the television camera also includes a control pulse generator and a signal processor connected in series an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is the output of a television camera, the first output of the control pulse generator being connected respectively to the control inputs of the photodetector region, the second output of the control pulse generator to the control inputs of the output register of the photodetector, and the third output of the control pulse generator to the input synchronization of the signal processor, the fourth output of the generator of control pulses to the clock input of the ADC, the output of the exposure control of the signal process RA is connected to the control input of the control pulse generator, a video card is installed in the expansion slot on the server motherboard, coordinated via the I / O channels, control and power supply with the server bus, containing a block for converting a “ring” frame 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 current "ring" frame satisfies the ratio:
where γ g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this conversion is carried out programmatically, characterized in that the control pulse generator of the television camera is a block of "ring" scan of the video signal, and the television camera forms a "ring" monochrome or color raster image, while the photodetector of a monochrome television camera has the shape of a circular ring, in which the line of photosensitive and the line of light-shielded photo elements of the receiving region are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, the output register of the photodetector is “circular” in shape, with the number of elements in each “ring” line of the photo-receiving region being equal to the number of elements in the “circular” register, and the area of each pixel the photodetector region increases as you move to the outer periphery, and the photodetector of a color television camera consists of a monochrome sensor and a photo mosaic covering it filter, which separates the light into cyan, yellow, magenta and green components, and the light "windows" of the color mosaic filter having a "ring" shape coincide with the geometric dimensions of the pixels of the photodetector region, while a switch, an information input are included in the television camera which is connected to the output of the SPS of the photodetector, and the output to the information input of the signal processor, and a mechanical scanning unit DTS kinematically connected to the DTS unit, the first control input of the switch the ora is connected to the fifth output of the “ring” scan video signal, the sixth output of which is connected to the synchronization input of the mechanical scanning unit of the DTS, and the second control input of the switch, combined with the control input of the mechanical scanning unit of the DTS, to the external control input of the television camera, The server of the system operator’s computer is used as a server, in which commands for external control of the television camera are generated, which ensure its operation in two operating modes: Camera and Scanner .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014145587/07A RU2564678C1 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014145587/07A RU2564678C1 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2564678C1 true RU2564678C1 (en) | 2015-10-10 |
Family
ID=54289570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014145587/07A RU2564678C1 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2564678C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640756C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-01-11 | Вячеслав Михайлович Смелков | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1080108A1 (en) * | 1982-03-31 | 1984-03-15 | Предприятие П/Я В-8279 | Mosaic-type light filter |
| US5920337A (en) * | 1994-12-27 | 1999-07-06 | Siemens Corporate Research, Inc. | Omnidirectional visual image detector and processor |
| US6137100A (en) * | 1998-06-08 | 2000-10-24 | Photobit Corporation | CMOS image sensor with different pixel sizes for different colors |
| US20030128324A1 (en) * | 2001-11-27 | 2003-07-10 | Woods Daniel D. | Pixel size enhancements |
| US7301557B2 (en) * | 2002-02-28 | 2007-11-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Composite camera system, zoom camera image display control method, zoom camera control method, control program, and computer readable recording medium |
| US7336299B2 (en) * | 2003-07-03 | 2008-02-26 | Physical Optics Corporation | Panoramic video system with real-time distortion-free imaging |
| RU2371880C1 (en) * | 2008-04-04 | 2009-10-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Panoramic video surveillance method and device for implementing thereof |
| RU2490715C1 (en) * | 2010-12-03 | 2013-08-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Image capturing device |
-
2014
- 2014-11-12 RU RU2014145587/07A patent/RU2564678C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1080108A1 (en) * | 1982-03-31 | 1984-03-15 | Предприятие П/Я В-8279 | Mosaic-type light filter |
| US5920337A (en) * | 1994-12-27 | 1999-07-06 | Siemens Corporate Research, Inc. | Omnidirectional visual image detector and processor |
| US6137100A (en) * | 1998-06-08 | 2000-10-24 | Photobit Corporation | CMOS image sensor with different pixel sizes for different colors |
| US20030128324A1 (en) * | 2001-11-27 | 2003-07-10 | Woods Daniel D. | Pixel size enhancements |
| US7301557B2 (en) * | 2002-02-28 | 2007-11-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Composite camera system, zoom camera image display control method, zoom camera control method, control program, and computer readable recording medium |
| US7336299B2 (en) * | 2003-07-03 | 2008-02-26 | Physical Optics Corporation | Panoramic video system with real-time distortion-free imaging |
| RU2371880C1 (en) * | 2008-04-04 | 2009-10-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Panoramic video surveillance method and device for implementing thereof |
| RU2490715C1 (en) * | 2010-12-03 | 2013-08-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Image capturing device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2640756C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-01-11 | Вячеслав Михайлович Смелков | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2021179806A1 (en) | Image acquisition method, imaging apparatus, electronic device, and readable storage medium | |
| WO2021212763A1 (en) | High-dynamic-range image processing system and method, electronic device and readable storage medium | |
| US11678075B2 (en) | Image sensor that includes sensing pixels sharing a floating diffusion node and operation method thereof | |
| RU2545519C1 (en) | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor | |
| WO2021179805A1 (en) | Image sensor, camera assembly, mobile terminal, and image acquisition method | |
| RU2552101C1 (en) | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end | |
| WO2021223364A1 (en) | High-dynamic-range image processing system and method, electronic device, and readable storage medium | |
| CN112235494A (en) | Image sensor, control method, imaging apparatus, terminal, and readable storage medium | |
| WO2022007215A1 (en) | Image acquisition method, camera assembly, and mobile terminal | |
| RU2611421C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2633758C1 (en) | Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system | |
| US10469731B2 (en) | Image sensor and imaging device including the same | |
| RU2640756C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2640755C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| US20230247308A1 (en) | Image processing method, camera assembly and mobile terminal | |
| RU2564678C1 (en) | Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance | |
| RU2710779C1 (en) | Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance | |
| US20220150450A1 (en) | Image capturing method, camera assembly, and mobile terminal | |
| RU2579003C1 (en) | Computer system device for panoramic colour image scanning | |
| RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
| RU2570348C1 (en) | Computer system for panoramic colour image television surveillance | |
| RU2564091C1 (en) | Computer system of panoramic tv observation with higher sensitivity at outer periphery of circular image | |
| RU2675244C1 (en) | Ring photo-receiver of color image for panoramic television-computer monitoring | |
| WO2022226702A1 (en) | Image processing method, imaging processing apparatus, electronic device, and storage medium | |
| RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image |