CN1322086A - 在摄像机和控制室之间传输视频的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线摄像机系统,该系统包括装有发射机(11)的摄像机(10),用于发射无线电频率的图像、方向性接收天线(12),用于从发射机(11)接收图像。摄像机(10)包括发射定位信号的识别装置。天线(12)包括定位该定位信号的定位装置(13)和伺服控制装置,用于指引摄像机(10)的发射机(11)上的天线。本发明也分别涉及摄像机(10)和天线(12)。

Description

在摄像机和控制室之间传输视频的装置

本发明涉及在摄像机和控制室之间传输视频的装置，特别涉及使用无线传输的专业视频摄像机。

目前，专业摄像机是发送最大视频信息到控制室的摄像机，以便获得最好的图像质量。在电视演播室中，摄像机使用三芯类型的有线连接。但是，有线连接不适合于移动摄像机。为了确保摄影师在演播室或体育馆中移动，必须借助于一个或多个操作员，他们的工作就是清理电缆。

对于某些体育比赛的转播，我们知道借助于无线摄像机。如图1所示，目前使用的摄像机采用单-载波类型的传输，这种摄像机要求在方向性天线的帮助下连续对准。

图1显示了一种现有技术在摄像机和控制室之间无线传输的系统。例如，摄像机1装有单-载波类型的HF发射机，该发射机通过放置在摄像机1的顶部上的天线2发射视频信号。给出了大量的信息比特率(50Mb压缩的量级)，发射频率在千兆量级。但是，这样的频率范围对干扰，特别是回波很敏感。

例如，对于抛物面类型的接收使用方向性天线3可以解决回波的问题，并在接收上确保良好的放大。因为无线摄像机主要是移动摄像机，所以，必须装有可以改变方向性天线方向的装置和使得操作员改变它的方向的手柄4。方向性天的方向由猜测或由视觉的帮助获得。

尽管这样的系统可以使用单个操作员“完成”摄像机的移动，这会产生缺乏注意力的问题。操作员必须在整个拍摄期间保持注意力，拍摄期间可能是很长的，并且，摄像机的移动是不可预测的。

本发明的目的是提出一种适合于在演播室或体育馆使用的无线摄像机系统。本发明的系统使用自瞄准系统辅助接收天线而无须操作员瞄准摄像机。本发明的系统包括摄像机上的第二发射机，目的是把所述摄像机的位置通知给使用天线伺服控制的装置。

本发明的主题是视频传输系统，包括装备有发射机的摄像机，用于发射无线电频率的的图像，方向性接收天线，用于接收来自发射机的图像，在其中，摄像机包括一个发射定位信号的识别装置，天线包括一个定位定位信号的定位装置，伺服控制装置，用于指挥摄像机的发射机上的天线。

本发明的另一个主题是视频传输系统，包括发射无线电频率图像的发射机和为定位摄像机发射定位信号的识别装置。

本发明也涉及到方向性天线，用于从本发明的摄像机接收图像，天线包括一个定位该定位信号的定位装置，伺服控制装置，用于指挥摄像机的发射机上的天线。

通过阅读下面的描述可以较好地理解本发明的优点和特点，描述将结合附图进行。

图1是现有技术的无线视频传输系统。

图2是本发明的无线视频传输系统。

图3是本发明装备有无线视频传输的示意图。

图4和图5是用于图3摄像机的识别装置。

图6到图8显示了本发明天线的第一实施例。

图9是天线的第一实施例的变体。

图10和图11显示了本发明天线的第二实施例。

图2显示了本发明的一般原理。摄像机10装备有HF发射机和发射天线11。摄像机10还包括发射定位信号的识别装置。方向性天线12装备由定位装置13控制的伺服控制装置上。

例如，伺服控制装置由在方位角上移动方向性天线的电动机和在仰角上移动方向性天线的电动机组成，至少一个电动机控制装置控制作为预置功能的电动机。因为可以使用许多已知的装置，所以没有详细描述伺服控制装置。

为了提供伺服控制装置具有预置的功能，以便在发射机天线11和摄像机10上确定方向性天线12的方向，定位装置与识别装置合作定位摄像机。已经提出各种可能性用于识别装置和定位装置13。

识别装置由无线电发射机、光学发射体或声音发射机构成。发射的信号必须能够识别所包含的摄像机，并选择性地在几个摄像机中识别一个摄像机。不管所用信号的性质，通过改变信号的载波、副载波或信息的分配实现摄像机的识别。

使用无线电或声音信号仍然存在某些缺点。特别是在体育馆中，这些信号对回波仍然很敏感。为解决有关回波的问题，定位装置可以包括一个三维系统，三维系统的安装是非常复杂的，因此，相当不实用。

本发明建议使用可见光或红外光信号。这些信号的性质可以解决任何回波问题。本发明特别建议使用红外光的解决方案，原因是比较简单、可靠和不晃眼。

图3显示了一个使用红外发射机14作为识别装置的摄像机10的实施例。红外发射机14放置在保护发射天线11的盖子的顶部。这个位置是最好的，因为它具有红外发射机14的好的可视性，同时该位置与发射机天线11的位置一致。但不用说，红外发射机的其它位置也是可能的。

如图4所示，红外发射机14由一个或多个在180°上允许IR发射的菲涅尔透镜上部放置的红外二极管构成。图5给除了一个红外发射机控制电路的例子。可编程的识别电路16在存储器中存储摄像机号码。为简化实施例和方便使用的原因，例如，识别电路由装有负载电阻(或同步到零电阻)的微型开关(或跳线)构成。因此，三个微型开关能够从0到7编号8个摄像机。

发生器电路17接收摄像机号码，并提供一个电识别信号。放大器18按照电流和电压适应电识别信号，为红外二极管15提供最佳的功率，红外二极管15将发射代表电识别信号的红外识别信号。可以独立地或组合设想几种等效的可能性。

第一种可能性：一种低比特率代码的传输。电信号对应摄像机号码的基带编码。在表中的框中是9比特，第一比特总是等于0，其它比特产生温度计编码：

0	000000001
		1	000000011
	
		6	001111111
7	011111111

然后，将被发射的代码在RZ类型的基带传输格式的帮助下转换。红外传输对应识别几个摄像机中的一个摄像机的二极管的闪烁。

第二种可能性：信号的传输用副载波调制。电识别信号是方波信号，方波信号的频率表示摄像机号码。

摄像机号码	识别信号的频率
		0	100kHz
1	110kz
			
6	160kHz
		7	170kHz

二极管的闪烁频率能够识别摄像机号码。

识别摄像机的其它可能性是存在的。例如，本领域的技术人员可以使用IR激光二极管，该二极管的辐射频率对每一个摄像机是特定的，并且，摄像机足够供电二极管识别摄像机。

如果使用可见光，使用一种或几种颜色的二极管可以实现相同的识别。

下面参考附图6到8描述接收天线12的第一实施例。接收天线12包括一个抛物面形状的反射器20和由至少一个臂22固定在抛物面焦点的馈源21(或接收头)。反射器20和馈源21按照众所周知的原理合作，以便接收到达接收圆锥体23的电磁波。圆锥体23的母线与抛物面的中心轴24形成夹角α。

四个红外检测器25放置在反射器20的周界的周围，例如，四个红外检测器25形成了方形的四个顶点。为得到正确的操作，臂22不能掩盖检测器25。每一个检测器25至少包括一个装由一个菲涅尔透镜的IR传感器，菲涅尔透镜确定了β孔径的检测圆锥26，检测圆锥是旋转的圆锥，角度β表示直径上相对母线之间的夹角，例如，β角是90°。每一个通过抛物面中心轴24的检测圆锥的母线与所述的中心轴24形成夹角γ。如图7所示，检测圆锥26的交叉点形成了伪矩形横截面的伺服控制圆锥27。为得到跟踪摄像机发射机的好的伺服控制，伺服控制圆锥应当标记在接收圆锥23内。

这个天线的伺服控制的操作原理存在于移动天线中，以这种方式，四个检测器同时检测被跟踪的摄像机的红外发射机14的存在。角度α、β、γ以及两个直径上面对的检测器25的距离D的各种不同的值确定了这个系统的工作范围。

角度β和γ可以确定由检测器26“监视”的区域。不需要监视大于180°的角度Ψ区域，摄像机很少有机会到监视区域之外。此外，角度β越小，菲涅尔透镜聚焦在传感器上越多，检测灵敏度就越好。

通过下面的关系，角度γ和距离D确定了最小工作距离：D1＝D/(2×sin(γ))。本领域的技术人员很容易观察到，角度γ越大，最小工作距离减少的越多。

角度α和γ以及距离D也确定了对应天线的校正伺服控制的工作距离D2。当角度γ小于或等于角度角度α，工作距离是不确定的，在其它的例子中，由下面的关系确定：D2＝D×sin(α)/(2×sin(γ)-sin(α))。本领域的技术人员将观察到进一步分开γ和α，工作距离快速减小。

许多折衷方法是可能的。此外，所需要考虑的事实是最大工作距离也由红外发射机的传输功率和检测器25的灵敏度限制，例如，最大工作距离在30到50米范围内。

例如，对于具有5°的α角度和40cm的距离D的接收圆锥23，通过选择5°和5.2°之间的角度γ，可以获得大于50米的工作距离D2，同时，最小工作距离D1是在2.2米和2.3米之间。此外，为了有好的接收，最好俯仰天线，以便回避任何障碍物(例如，人或舞台道具)。适当的俯仰天线也能够确保最小工作距离。

通过把检测器放置在接收圆锥23内减小检测器25之间的距离，以便改善检测器的操作，但是，通过附加的掩盖区域，也减小了天线的灵敏度。

图6和图7所示的摄像机检测系统是相对简单的。图8显示了详细的检测器25的电操作。在这个实施例中，系统阐明了使用副载波的红外发射机识别摄像机的操作。

红外传感器是一种工作在红外辐射的光三极管30。光三极管30的集电极-发射极连接在电压源VCC和经由电阻31的地之间。光三极管30的集电极中的电流与在它的基极接收的红外辐射成比例。在电阻31和光三极管30之间的连接点32的电压变化被发现与光三极管30接收的红外辐射成比例。放大器33放大连接点32的电压变化。在放大器33的输出端接有一带通滤波器34，以便限制检测副载波的频率信号。本领域的技术人员是清楚的，带通滤波器34和放大器33是可以相互交换或组合成一个单个电路。可编程的识别电路35存储将被检测的摄像机的号码，识别电路35的类型与红外发射机使用的识别电路的类型相同。频率合成器36接收摄像机识别号码，并提供与表2所示频率有关的副载波频率。不是说本领域的技术人员不能通过选择使用单个识别电路35和/或单个频率合成器或把一个或两个电路并入每一个检测器25。

混频器37把带通滤波器34的一端产生的信号和频率合成器36的另一端产生的信号相乘。混频器37输出的信号对应带通滤波器34的输出信号，信号的频谱由频率合成器36提供的信号的频率偏移。低通滤波器38连接到混频器37的输出端。选择低通滤波器的截止频率和滤波斜率用于对应其它副载波的最大频率抑制，在我们的例子中，至少在大于或等于10kHz的频率中确保了100db的缩小率。本领域的技术人员可以观察到，由频率合成器36、混频器37和低通滤波器38构成的集合包括可以调节中心谱线的带通滤波器。当光三极管30接收到红外信号时，红外信号的副载波对应频率合成器36输出的信号，那么，低通滤波器38的输出信号不是零。

比较器39一端接收低通滤波器38的输出信号，另一端接收参考电压Vref。比较器39提供表明正确的摄像机是否被检测到的二元信号。比较器39的输出信号对应红外检测器25的输出信号。参考电压Vref必须尽可能的低，以便在红外检测器25的覆盖区域内增加检测灵敏度，但是，它必须足够高，以使得红外检测器25对噪声不敏感。

电动机控制电路40从两个直径上面对的红外检测器25接收输出信号，并向电动机M1或M2提供预置的功能。每一个电动机M1或M2与反射器20连接，以便产生垂直于连接到控制电路40的两个传感器的轴的周围旋转。向电动机提供信号的目标将是在一个或另一个连接到控制电路40的检测器25的方向移动反射器20。如果正好由控制电路接收的两个信号之一显示摄像机的存在，那么，控制电路40在接收该信号的传感器的方向接通有关的电动机M1或M2。如果两个红外检测器25同时显示相同的信息，控制电路40不接通电动机。

如已经表明的一样，第一实施例有许多变体。在可能的变体中，为了定位摄像机，不需要使用四个红外检测器，如图9所示，三个检测器25是足够的。本领域的技术人员知道可以使用任何数量和任何位置的检测器执行定位功能，但是，图7所示的特殊设置可以简化控制装置。

使用可见光呈现出一个优点，可以设想，摄像机和天线之间的距离是相当大的。例如，应当理解术语“相当大的距离”意味着大于100米的距离。这是因为红外中的高功率是可以调节的。应当小心，不要使摄像机位于另一台摄像机的拍摄场景中，以避免损坏图像。对于使用可见光的第一实施例，最好使用集中在所用二极管波长的光学传感器，以限制周围的噪声。

下面参考图10和11描述接收天线12的第二实施例。接收天线12包括一个抛物面形状的反射器50和由至少一个臂52固定在抛物面焦点的馈源51。反射器50和馈源51按照众所周知的原理合作，以便接收到达接收圆锥体53的电磁波。圆锥体23的母线与抛物面的中心轴54形成夹角θ。

矩阵传感器装置55放置在中心轴54。例如，矩阵传感器装置包括具有孔径角φ的广角物镜，物镜聚焦在对IR二极管15的波长敏感的CCD的矩阵传感器上(用于发射可见光的二极管的常规CCD)。孔径角φ必须相对大，以便具有不管摄像机移动到哪里都有宽的视野。例如，孔径角φ是135°。

尽管物镜的宽角度，传感器点的精度是非常小的。具有640×480点的空间分辨率的传感器可以获得小于1°的角度精度ε。从矩阵传感器装置55接收图像的图像处理装置56滤波图像，以便定位闪烁点，点的闪烁表示对应摄像机号码的基带信息。图像处理装置向电动机控制电路57发射摄像机的坐标，该控制电路设计了分配给电动机M1和M2的预置功能。分配给电动机的预置目标将是移动天线，以便把代表摄像机的点放置在矩阵传感器的中心。

当然，其它变化是可能的。可以使用其它系统的传感器。例如，像附属于第一实施例一样，使用装有二向色过滤片或变化密度的过滤片的单独中心传感器，该过滤片的透明性随入射角的函数变化。中心传感器提供一个信号，该信号的幅度取决于接收光线的入射角。天线的移动随中心传感器的信号幅度的增加或减少变化。天线的从动装置把这个信号幅度保持最大。

同样，在优选实施例中，所用的天线是抛物面型，但本领域技术人员可以使用其它类型的方向性天线。在方向性天线中，特别要使用有源天线或电开关天线。不需要移动开关天线，因为天线的方向性是由切换接收的天线方向图获得的，结果，控制电路可以调整。

Claims (19)

1.一种视频传输系统，包括装有发射机(11)的摄像机(10)，用于发射无线电频率的图像，方向性接收天线(12)，用于接收发射机(11)的图像，其特征在于摄像机(10)包括发射定位信号的识别装置，天线(12)包括定位装置(13)，用于定位该定位信号，伺服控制装置，用于指引摄像机(10)的发射机(11)上的天线。

2.按权利要求1所述的系统，其特征在于识别装置是光学装置。

3.按权利要求2所述的系统，其特征在于光学装置是可见光的发射体。

4.按权利要求2所述的系统，其特征在于光学装置包括红外发射体(14)。

5.按权利要求2到4任一权利要求所述的系统，其特征在于定位装置包括矩阵传感器(55)。

6.按权利要求5所述的系统，其特征在于矩阵传感器(55)放置在方向性天线的中心。

7.按权利要求2到4任一权利要求所述的系统，其特征在于定位装置(13)至少包括三个检测器(25、25’)。

8.按权利要求7所述的系统，其特征在于检测器(25、25’)放置在天线的周界周围。

9.按权利要求1到8任一权利要求所述的系统，其特征在于定位信号从几个摄像机中识别一个摄像机。

10一种视频摄像机，包括用于发射无线电频率图像的发射机(11)，其特征在于它包括一个发射定位信号的识别装置(14)，用于定位摄像机。

11.按权利要求10所述的摄像机，其特征在于识别装置是光学装置。

12.按权利要求11所述的摄像机，其特征在于光学装置是可见光的发射体。

13.按权利要求11所述的摄像机，其特征在于光学装置包括红外发射体(14)。

14.按权利要求10到13任一权利要求所述的摄像机，其特征在于定位信号从几个摄像机中识别一个摄像机。

15.一种方向性天线，用于从权利要求8到10之一的摄像机接收图像，其特征在于它包括定位装置(13)，用于定位该定位信号，伺服控制装置，用于指引摄像机(10)的发射机(11)上的天线。

16.按权利要求15所述的天线，其特征在于定位装置(13)包括矩阵传感器(55)。

17.按权利要求16所述的天线，其特征在于矩阵传感器(55)放置在方向性天线的中心。

18.按权利要求15所述的天线，其特征在于定位装置(13)至少包括三个红外检测器(25、25’)。

19.按权利要求18所述的天线，其特征在于检测器(25、25’)放置在天线的周界周围。

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