RU2552711C1 - Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов и телевизионная камера для ее реализации - Google Patents

Abstract

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. Техническим результатом является устранение избыточной полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером. Результат достигается использованием для фотоприемника телевизионной камеры кристалла мишени в форме кругового кольца и с организацией «кольцевого» растра изображения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

Description

Предлагаемая группа изобретений содержит два изобретения по техническим решениям «устройство» и имеет отношение 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.

Наиболее близким по технической сущности к первому 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

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем.

Недостаток прототипа компьютерной системы панорамного наблюдения - избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером.

Наиболее близким по технической сущности ко второму заявляемому изобретению следует считать устройство телевизионной камеры [2], содержащее последовательно расположенные и оптически связанные объектив и матрицу приборов с зарядовой связью (матрицу ПЗС), состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции, первого горизонтального регистра, первого блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН), разделительного электрода, секции памяти, второго горизонтального регистра и второго БПЗН, причем площадь затвора S₁ полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, а площадь затвора S₂ аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, при этом S₁<S₂, генератор управляющих импульсов, состоящий из последовательно соединенных временного контроллера (ВК) и первого преобразователя уровней (ПУ), а также второго ПУ; сигнальный процессор, содержащий первый видеоусилитель и второй видеоусилитель, а также формирователь комбинированного изображения (ФКИ), первый блок задержки на кадр (БЗК) и второй БЗК, при этом первый выход первого ПУ подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной секции и секции памяти, второй выход первого ПУ - соответственно к управляющим входам первого горизонтального регистра и второго горизонтального регистра, а выход второго ПУ - к управляющему входу разделительного электрода, выход первого БПЗН подключен через первый видеоусилитель соответственно к первому информационному входу ФКИ и к входу первого БЗК, а выход второго БПЗН подключен через второй видеоусилитель соответственно ко второму информационному входу ФКИ и к входу второго БЗК, выход первого БЗК подключен к третьему информационному входу ФКИ, а выход второго БЗК - к четвертому информационному входу ФКИ, вход синхронизации которого подключен ко второму выходу ВК, третий выход которого подключен к управляющему входу сигнального процессора, а первый и второй управляющие входы ВК - соответственно к первому и второму выходам управления ФКИ, третий выход управления которого подключен к входу второго ПУ, причем первый управляющий ФКИ является входом «Пуск» телекамеры, второй управляющий вход ФКИ - входом «Стоп» телекамеры, а информационный выход ФКИ - выходом «Видео» телекамеры.

Фотоприемник телевизионной камеры прототипа выполнен по технологии ПЗС в виде прямоугольной матрицы с двумя выходными устройствами, обеспечивающими оптимизацию преобразования «заряд - напряжение».

Благодаря этому в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости контролируемых объектов телевизионная камера прототипа обеспечивает расширение динамического диапазона для объектов наблюдаемой сцены путем формирования комбинированного изображения, являющегося результатом синтеза видеосигналов, вырабатываемых матрицей ПЗС при «длинном» и «коротком» по времени зарядовом накоплении.

Но организация фотоприемника телевизионной камеры прототипа, выполненная в виде прямоугольной матрицы, не является благоприятной (оптимальной) применительно к кольцевому оптическому изображению контролируемой сцены, формируемому панорамным объективом.

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.

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.

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, при этом телевизионная камера обеспечивает развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе 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 (1), а само это преобразование выполняется программным путем, реализуется следующее изменение, а именно: телевизионная камера формирует не «прямоугольный», а «кольцевой» растр изображения, передавая на выход цифровой видеосигнал с периодом 2Т_к, где Т_к - длительность кадра, в результате этого на плате видео сервера ввод цифрового видеосигнала в оперативную память осуществляется тоже с периодом 2Т_к, а вывод из нее - с периодом Т_к.

Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере решается тем, что в устройство прототипа [2], содержащее последовательно расположенные и оптически связанные объектив и фотоприемник на ПЗС, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, первого регистра, заканчивающегося первым БПЗН, разделительного электрода, секции памяти и второго регистра, заканчивающегося вторым БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, площадь затвора S₁ полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, а площадь затвора S₂ аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, при этом S₁<S₂; последовательно соединенные по информационным выходам/входам сигнальный процессор и ФКИ, а также генератор управляющих импульсов, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области и секции памяти фотоприемника, второй выход генератора управляющих импульсов - соответственно к управляющим входам первого и второго регистров фотоприемника, а третий выход генератора управляющих импульсов - к управляющему входу разделительного электрода фотоприемника, выход первого БПЗН подключен к первому информационному входу сигнального процессора, выход второго БПЗН - ко второму информационному входу сигнального процессора, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу генератора управляющих импульсов, введен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а генератор управляющих импульсов прототипа является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала заявляемой телевизионной камеры, информационный вход АЦП подключен к выходу ФКИ, управляющий вход АЦП - к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, а выход АЦП является выходом телевизионной камеры, при этом объектив телевизионной камеры является панорамным, а фотоприемник телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, первый и второй регистры, а также разделительный электрод фотоприемника являются «кольцевыми» узлами, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника и числу элементов в его «кольцевых» регистрах.

Заявляемая телевизионная камера формирует не «прямоугольный», а «кольцевой» растр изображения. Она является неотъемлемым элементом (блоком) заявляемой компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения.

Поэтому в ней по отношению к прототипу [2] отсутствует переход от прогрессивного режима разложения видеосигнала в режим чересстрочной развертки, упрощен синтез комбинированного сигнала изображения, а также исключено внешнее управление на устройство при помощи команд «Пуск» и «Стоп», т.к. заявляемый режим работы является основным и единственным.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемая компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения отличается реализацией телевизионной камеры, которая максимально приспособлена (оптимизирована) не только к условиям сложной освещенности и/или яркости объектов контроля, но и к оптическому изображению панорамного сюжета и к самой компьютерной системе.

По отношению к прототипу [2] заявляемая телевизионная камера отличается геометрической формой выполнения фотоприемника, обеспечивающей реализацию нового («кольцевого») растра изображения при сохранении ПЗС-технологии изготовления сенсора и, что не менее важно, при сохранении требуемых сигналов для его управления.

Совокупность известных и новых признаков для каждого из этих двух устройств не известна из уровня техники, поэтому оба предлагаемые технические решения соответствует критерию новизны.

Следовательно, заявляемое решение содержит группу изобретений, образующих единый изобретательский замысел для случая, когда условием объединения в группу является предназначенность одного объекта для осуществления в другом.

Применительно к предлагаемому решению условие единого изобретательского замысла соблюдено, т.к. объект изобретения - устройство телевизионной камеры предназначено для осуществления в другом объекте - устройстве компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения.

В заявляемом решении чрезмерно высокая информационная емкость фотоприемника телевизионной камеры не требуется, сокращается и избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема первого заявляемого изобретения - компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, а также и структурная схема телевизионной камеры, представляющая второе заявляемое изобретение; на фиг. 2 приведена схема организации фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 показан фрагмент фотоприемника по фиг. 2, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 - конструкция «кольцевого» регистра сдвига фотоприемника, у которого электроды переноса выполнены в виде части кругового кольца; на фиг. 6 - временная диаграмма, поясняющая работу телевизионной камеры; на фиг. 7 - возможная электрическая схема ФКИ; на фиг. 8 схематически показано содержимое оперативной памяти сервера, где записано кольцевое панорамное изображение, воспринимаемое фотоприемником, 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 - возможная структурная схема для выполнения сетевого компьютерного решения с использованием заявляемых устройств.

Заявляемая компьютерная система 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, причем сама телевизионная камера формирует «кольцевой» растр изображения, передавая на выход цифровой видеосигнал с периодом 2Т_к, где Т_к - длительность кадра, 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 ввод цифрового видеосигнала в оперативную память осуществляется тоже с периодом 2T_к, вывод из нее - с периодом Т_к, а число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).

Заявляемая телевизионная камера, см. фиг. 1-3, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1 и фотоприемник 1-2, имеющий форму кругового кольца и выполненный по технологии ПЗС, который состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области 1-2-1, первого «кольцевого» регистра 1-2-2, первого БПЗН 1-2-3, «кольцевого» разделительного электрода 1-2-4, секции памяти 1-2-5, второго «кольцевого» регистра 1-2-6 и второго БПЗН 1-2-7, при этом линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-2-1, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти 1-2-5 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в каждой «кольцевой» строке секции памяти 1-2-5 фотоприемника и числу элементов в его «кольцевых» регистрах (1-2-2 и 1-2-6); последовательно соединенные по информационным выходам/входам сигнальный процессор 1-3 и ФКИ 1-5, а также блок 1-4 «кольцевой» развертки видеосигнала, первый выход которого подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области 1-2-1 и секции памяти 1-2-5 фотоприемника, второй выход блока 1-4 - соответственно к управляющим входам «кольцевых» регистров 1-2-3 и 1-2-6, а третий выход блока 1-4 - к управляющему входу «кольцевого» разделительного электрода 1-2-4, выход БПЗН 1-2-3 фотоприемника подключен к первому информационному входу сигнального процессора 1-3, выход БПЗН 1-2-7 - ко второму информационному входу сигнального процессора 1-3, выход которого подключен к информационному входу АЦП 1-5, управляющий вход которого подключен к пятому выходу блока 1-4, а четвертый выход блока 1-4 - к управляющему входу сигнального процессора 1-3, при этом выход АЦП 1-5 является выходом телевизионной камеры.

Указанное различие по числу пикселов в «кольцевых» строках фотоприемной области 1-2-1 необходимо для того, чтобы обеспечить поддержание неизменного показателя разрешающей способности фотоприемника по мере движения к его внешней периферии.

Рассмотрим особенности физических процессов во времени для «кольцевого» фотоприемника заявляемой телевизионной камеры.

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 предыдущая зарядовая «картина» выводится из кристалла фотоприемника.

Из фотоприемной области 1-2-1 зарядовые пакеты могут быть построчно перенесены в первый «кольцевой» регистр 1-2-2 или в секцию памяти 1-2-5. Этот выбор определяет «кольцевой» разделительный электрод 1-2-4 фотоприемника. Когда на этом электроде присутствует низкий логический уровень сигнала (логический «0»), осуществляется перенос зарядов в регистр 1-2-2, а, если на него подан сигнал логической «1», то перенос зарядов выполняется уже в секцию 1-2-5.

Важно отметить, что из-за различного числа элементов в «кольцевых» строках области 1-2-1, которые являются светочувствительными пикселами фотоприемника, в видеосигнале каждой строки, удаленной от «кольцевого» регистра, появляются «пассивные» участки, не несущие информацию о сюжете. На этих временных участках видеосигнала будет передаваться лишь уровень темновой составляющей (темнового тока) фотоприемника

Для заявляемой телевизионной камеры, как и для прототипа [2] в основном режиме работы, накопление зарядовой картины в фотоприемнике осуществляется в соседних (смежных) кадрах с длительностью 10000 мкс и 10 мкс соответственно. При этом видеокадр, имеющий длительность накопления 10000 мкс, считывается через первый БПЗН 1-2-3 и обозначается в дальнейшем изложении как «длинный» сигнал. С другой стороны, видеокадр, имеющий длительность накопления 10 мкс, считывается через второй БПЗН 1-2-7 и обозначается далее как «короткий» сигнал.

Это связано с особенностями проектирования каждого из двух БПЗН точно так же, как и в прототипе [2].

Принципиальным их отличием является различный уровень зарядовых пакетов на входе, который учитывается при конструктивном исполнении полевого транзистора в части емкости его затвора. Для БПЗН 1-2-3 предполагается низкий уровень зарядового сигнала, поэтому емкость затвора должна быть предельно малой, что достигается выбором геометрии его размеров, обеспечивающей малую площадь (S₁). Напротив, для БПЗН 1-2-7 ожидается высокий уровень зарядового сигнала, поэтому необходимо увеличить управляющую способность блока путем увеличения площади затвора (S₂). Так что обязательным при конструировании нагрузочных транзисторов является условие: S₁<S₂.

Заметим, что первый БПЗН 1-2-3 показан на фиг. 2 пунктирными точками для того, чтобы продемонстрировать возможность его размещения в другом технологическом слое кристалла фотоприемника по отношению к электродам переноса в секции памяти 1-2-5.

Для «кольцевого» фотоприемника заявляемой телевизионной камеры электроды переноса в фотоприемной области 1-2-1, в секции памяти 1-2-5 и в «кольцевых» регистрах 1-2-2 и 1-2-6 могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.

Конструкция «кольцевого» регистра сдвига 1-2-6 с такими электродами переноса показана на фиг. 5.

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, совпадающим с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [3].

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.

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника в пользу кругового кольца.

Блок ФКИ 1-5, как и в прототипе [2], предназначен для формирования комбинированного сигнала изображения из двух входных видеосигналов, поступающих с выходов сигнального процессора 1-3, но его устройство по причинам, изложенным выше, существенно проще. Как следует из схемы ФКИ 1-5, представленной на фиг. 7, в его составе два блока: компаратор 1-5-1 и коммутатор-смеситель 1-5-2.

Когда входной видеосигнал на первом информационном входе ФКИ 1-5 превышает опорное напряжение U_n, тогда на выходе компаратора 1-5-1 формируется сигнал логической единицы.

Коммутатор-смеситель 1-5-2 предназначен для синтеза выходного сигнала ФКИ 1-5. Схема этого блока может быть выполнена на базе одного из двух аналоговых коммутаторов отечественной микросхемы КР590КНЗ [4, с. 450-451], как предложено на фиг. 7.

В зависимости от уровней логических сигналов, подаваемых на первый и второй управляющие входы, в соответствии с табл. 1, истинности открывается один из каналов, а именно: 1А или 4А

Компьютерная система 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).

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры проецирует на мишень фотоприемника 1-2 панорамное изображение, получаемое в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов контроля.

Для описания работы телевизионной камеры воспользуемся изображенной на фиг. 6 временной диаграммой. Для пояснения временного положения формируемых видеосигналов на фиг. 6а показана эпюра для сигнала кадровых синхроимпульсов, а на фиг. 6б - эпюра для сигнала управления «кольцевым» разделительным электродом 1-2-4 фотоприемника.

Фотоприемник 1-2 телевизионной камеры формирует на выходе БПЗН 1-2-3 «длинный» видеосигнал, экспозиция которого происходила при длительности 10000 мкс, и одновременно на выходе БПЗН 1-2-7 -«короткий» видеосигнал при длительности накопления 10 мкс.

Отметим, что «длинный» видеосигнал (см. фиг. 6в) и «короткий» видеосигнал (см. фиг. 6д) следуют с периодом 2T_к,ё а в течение паузы (интервала Т_к) «кольцевые» регистры 1-2-2 и 1-2-6 фотоприемника параллельно осуществляют считывание темнового сигнала и удаляют паразитную информацию из сенсора.

«Длинный» видеосигнал поступает на первый информационный вход сигнального процессора 1-3, а «короткий» видеосигнал - на его второй информационный вход. Затем, аналогично прототипу [2], на первом и втором выходах сигнального процессора 1-3 будут параллельно сформированы необходимые композитные видеосигналы.

Далее в ФКИ 1-5 (см. фиг. 7) выполняется сравнение «длинного» видеосигнала с пороговым напряжением U_n при помощи компаратора 1-5-1, который формирует на выходе импульсы, показанные на фиг. 6г. Длительность этих импульсов определяет время превышения в видеосигнале порогового напряжения. Очевидно, что временное положение этих импульсов определяется только наличием в этом районе растра избыточной освещенности и/или яркости наблюдаемого панорамного сюжета.

Синтез комбинированного сигнала изображения в аналоговой форме осуществляется в коммутаторе-смесителе 1-5-2 при помощи двухканальной коммутации составляющих видеосигналов (см. фиг. 7 и табл. 1). Когда на первом и втором управляющих входах 1-5-2 присутствуют логические «0», то на это время открывается канал 1А, а на выход транслируется видеосигнал с первого информационного входа. Если на первом и втором управляющих входах устанавливается сигнал логической «1», тогда на это время открывается канал 4А, а на выход транслируется видеосигнал со второго информационного входа.

Синтезированный видеосигнал (см. фиг. 6е) обладает расширенным динамическим диапазоном, т.к. в нем оптимизировано преобразование «заряд - напряжение» для светлых и темных фрагментов сцены в матрице ПЗС с новой организацией.

Аналоговый комбинированный видеосигнал преобразуется далее при помощи АЦП 1-5 на выходе телевизионной камеры в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра. Затем ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.

Предположим, что горизонтальный угол поля зрения (γ_г) предъявляемого оператору изображения составляет 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.

По сравнению с прототипом [1], ввод цифрового видеосигнала в оперативную память сервера 2 осуществляется с периодом 2Т_к, а вывод из нее - с периодом T_к.

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. Каждый из этих массивов памяти заполнен видеоинформацией неравномерно из-за различного числа пикселов, расположенных на «кольцевых» строках мишени. Как показано на рис. 8, светлые области каждого из массивов иллюстрируют активные (занятые) ячейки памяти, а темные области - пассивные (свободные) ячейки памяти.

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.

Как и в прототипе [1], 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.

Отметим, что операция считывания «прямоугольных» кадров включает и коррекцию геометрических искажений соответствующего участка панорамного изображения точно так же, как это имеет место в прототипе [1].

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.

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.

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. 10. Стрелки на линиях связи этой схемы иллюстрируют передачу сигнала изображения.

Здесь компьютер 4 оператора дополнительно выполняет функции сервера. Благодаря использованию в данной системе маршрутизатора 5, информация, хранящаяся на сервере, становится доступной любому другому пользователю компьютера в локальной сети, например компьютеру 7.

Модем 6 позволяет предоставить видеоинформацию и по сети Интернет, т.е. она может поступить на компьютер удаленного пользователя, например на компьютер 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.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2371880. МПК H04N 7/00. Способ панорамного телевизионного наблюдения и устройство для его осуществления. / В.М. Смелков // Б.И. - 2009. - №30.

2. Патент РФ №2416171. МПК H04N 5/225. Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов. / В.М. Смелков // Б.И. - 2011. - №10.

3. Патент РФ №2185645. МПК G02B13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.

4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С. В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. - М.: «Радио и связь», 1990.

Claims (4)

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, 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, 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

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, отличающееся тем, что телевизионная камера формирует «кольцевой» растр изображения, передавая на выход цифровой видеосигнал с периодом 2Т_к, где Т_к - длительность кадра, при этом на плате видео сервера ввод цифрового видеосигнала в оперативную память осуществляется тоже с периодом 2Т_к, а вывод из нее - с периодом Т_к.

2. Телевизионная камера, содержащая последовательно расположенные и оптически связанные объектив и фотоприемник, который выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) на единственном кристалле и состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, первого регистра, заканчивающегося первым блоком преобразования заряда в напряжение (БПЗН), разделительного электрода, секции памяти и второго регистра, заканчивающегося вторым БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, площадь затвора S₁ полевого транзистора, выполняющего сбор зарядовых носителей в первом БПЗН, выполнена по критерию минимального внесения в сигнал изображения собственных шумов, а площадь затвора S₂ аналогичного полевого транзистора во втором БПЗН - по критерию максимальной управляющей способности зарядового преобразования, при этом S₁<S₂; последовательно соединенные по информационным выходам/входам сигнальный процессор и ФКИ, а также генератор управляющих импульсов, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области и секции памяти фотоприемника, второй выход генератора управляющих импульсов - соответственно к управляющим входам первого и второго регистров фотоприемника, а третий выход генератора управляющих импульсов - к управляющему входу разделительного электрода фотоприемника, выход первого БПЗН подключен к первому информационному входу сигнального процессора, выход второго БПЗН - ко второму информационному входу сигнального процессора, а четвертый выход генератора управляющих импульсов подключен к управляющему входу сигнального процессора, отличающаяся тем, что введен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а генератор управляющих импульсов является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, информационный вход АЦП подключен к выходу ФКИ, управляющий вход АЦП - к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, а выход АЦП является выходом телевизионной камеры, при этом объектив телевизионной камеры является панорамным, а кристалл фотоприемника телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, первый и второй регистры, а также разделительный электрод фотоприемника являются «кольцевыми» узлами, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника и числу элементов в его «кольцевых» регистрах.

3. Телевизионная камера по п. 2, отличающаяся тем, что электроды переноса фотоприемной области, секции памяти и «кольцевых» регистров фотоприемника выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

4. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что компьютер оператора является сервером для компьютера местного пользователя в локальной сети и для компьютера удаленного пользователя в сети Интернет.

Images