RU2611421C1 - Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance - Google Patents
Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611421C1 RU2611421C1 RU2016100967A RU2016100967A RU2611421C1 RU 2611421 C1 RU2611421 C1 RU 2611421C1 RU 2016100967 A RU2016100967 A RU 2016100967A RU 2016100967 A RU2016100967 A RU 2016100967A RU 2611421 C1 RU2611421 C1 RU 2611421C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- photodetector
- output
- scan
- shift register
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The proposed group of inventions relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a television circular camera in a region close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе последовательно расположенные и связанные твердотельный фотоприемник и блок фотоприемника, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр изображения, а ее «кольцевой» фотоприемник выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и имеет кристалл мишени в виде кругового кольца, а блок фотоприемника обеспечивает развертку аналогового видеосигнала и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, при этом «кольцевой» фотоприемник содержит на общем кристалле фотоприемную область, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементов, расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок 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 k, 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 the last solidly located and connected solid-state photodetector and photodetector unit, the television camera forming a “ring” image raster, and its “ring” photodetector made by charge-coupled device (CCD) technology and has a target crystal in the form of a circular ring, and the photodetector unit provides a scan analog video signal and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, while the "ring" photodetector contains a photodetector region on the common crystal, "ring "Shift register, ending with a charge-voltage converter (BPS), and on the photodetector area, the lines of photosensitive elements, alternating with the lines of elements shielded from light, are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the" ring "located there the shift register, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region is equal to the number of elements in the “ring” shift register, while in the expansion connector on the motherboard a video card is installed on the server, coordinated via input / output channels, control and power with the server bus, containing a block for converting a "ring" frame into "rectangular" frames (BPCP), the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the output of the "network", and the number of "rectangular" frames k corresponding to one current "ring" frame, satisfies the ratio:
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.
Для прототипа предполагается, что кристалл «кольцевого» фотоприемника выполнен из кремния. БПЗН «кольцевого» фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала. Блок фотоприемника содержит блок «кольцевой» развертки видеосигнала, а также соединенные последовательно сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, первый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП.For the prototype, it is assumed that the crystal of the "ring" photodetector is made of silicon. The CTLR of the “ring” photodetector is organized as a “floating diffusion region” [2], and therefore has a control input that provides an element-by-element voltage drop of the generated video signal. The photodetector unit contains a “ring” scan signal block, as well as a signal processor and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series, while the information input of the signal processor is connected to the output of the OCR “ring” photodetector, the first output of the “ring” scan unit is connected to the control the inputs of the photodetector region of the “ring” photodetector, the second output of the “ring” scan unit — to the control inputs of the “ring” shift register of the “ring” photodetector, the third output of the ring "Scanning - to the control input BPZN" annular "photodetector fourth output" ring "scanner - to the input synchronizing signal processor, the fifth output block" ring "scanner - to the clock input of the ADC.
Недостаток телевизионной камеры прототипа - переменная величина разрешающей способности изображения в пределах кадра, изменяющаяся в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии «кольцевого» фотоприемника из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами, которые имеют одинаковый показатель по геометрической площади.The disadvantage of the television camera of the prototype is a variable resolution of the image within the frame, changing in the direction of decreasing towards the outer periphery of the "ring" photodetector due to the increasing size of the gap between its photosensitive elements, which have the same geometric area.
Задачей изобретения является выравнивание разрешающей способности изображения телевизионной камеры путем реализации в «кольцевом» фотоприемнике различной по площади светочувствительных элементов и управления зарядовым считыванием в видеосигнале сенсора с одинаковой величиной площади апертуры.The objective of the invention is to equalize the resolution of the image of the television camera by implementing in the "ring" photodetector of a different area of photosensitive elements and control charge reading in the video signal of the sensor with the same size of the aperture.
Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере для компьютерной системы панорамного наблюдения решается тем, что в камеру прототипа [1], формирующую «кольцевой» растр изображения, состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и «кольцевого» фотоприемника, а также блока «кольцевой» развертки видеосигнала и соединенных последовательно сигнального процессора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, первый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к шестому выходу блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к седьмому выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - к управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:The problem in the inventive television camera for a panoramic panoramic computer system is solved by the fact that the prototype camera [1], which forms a "ring" image raster, consisting of sequentially located and optically connected panoramic lens and a "ring" photodetector, as well as a block "ring" sweep of the video signal and the signal processor and the analog-to-digital converter (ADC) connected in series, moreover, the information input of the signal processor is connected to the output a photodetector, the first output of the “circular” scan unit to the control inputs of the photodetector region of the “circular” photodetector, the second output of the block of “circular” scan to the control inputs of the “circular” shift register of the “circular” photodetector, to BPZN control input of the “ring” photodetector, the fourth output of the “ring” scan block to the synchronization input of the signal processor, the fifth output of the “ring” scan block - to the ADC clock input, an aperture formation block is introduced (BFA), the information input of which is connected to the sixth output of the “circular” scan unit, the synchronizing input of BFA - to the seventh output of the “circular” scan unit, and the output of BFA - to the control input of the “circular” scan unit, while the period of control pulses T r formed at the output of BPA is determined by the ratio:
где Tp - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;where T p is the reading period of the element in the "ring"photodetector;
nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the "ring" photodetector is equal to the ratio:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;where Δ 1 is the area of the photosensitive element for the first read line in the "ring"photodetector;
Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.Δ m is the area of the photosensitive element for the current read line in the "ring" photodetector.
Поставленная задача в заявляемом «кольцевом» фотоприемнике для заявляемой телевизионной камеры решается тем, что «кольцевой» фотоприемник прототипа, выполненный по технологии ПЗС, который имеет кристалл мишени в виде кругового кольца и содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН с организацией «плавающая диффузия», при этом на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементов, расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, вносятся следующие конструкторско-технологические изменения, а именно: на фотоприемной области площадь светочувствительных элементов и равная ей площадь экранированных элементов от строки к строке различны, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента «кольцевого» регистра сдвига, при реализации в выходном видеосигнале сенсора одинаковой площади считывающей апертуры.The problem in the inventive "ring" photodetector for the claimed television camera is solved by the fact that the "ring" photodetector of the prototype, made by CCD technology, which has a target crystal in the form of a circular ring and contains a photodetector region, a "ring" shift register on a common silicon crystal, ending with an FPRS with the organization "floating diffusion", while on the photodetector area the lines of photosensitive elements, alternating with the lines of elements shielded from light, are located along dial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector is equal to the number of elements in the “ring” shift register, the following design and technological changes are introduced, namely : on the photodetector area, the area of photosensitive elements and the equal area of shielded elements from row to row are different, increasing as they move to the outer periphery to the maximum us not exceeding element "annular" shift register area, when implemented in a video output equal area sensor reading aperture.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство телевизионной камеры для компьютерной системы панорамного наблюдения отличается тем, что в ее «кольцевом» фотоприемнике светочувствительные элементы имеют геометрическую площадь, которая монотонно увеличивается по радиали в направлении к внешней периферии. При этом при помощи вводимого в состав телевизионной камеры БФА реализуется одинаковый показатель площади считывающей апертуры сенсора, что обеспечивает одинаковую чувствительность сенсора по всей его мишени и без внесения шумовых потерь для видеосигнала, а также осуществляется выравнивание параметра разрешающей способности изображения в пределах всего «кольцевого» телевизионного кадра.Comparative analysis with the prototype [1] shows that the inventive device of a television camera for a computer panoramic observation system is characterized in that in its “ring” photodetector, the photosensitive elements have a geometric area that monotonically increases radially towards the outer periphery. At the same time, using the BFA introduced into the television camera, the same reading area of the sensor aperture is realized, which ensures the same sensitivity of the sensor along its entire target and without introducing noise loss for the video signal, as well as leveling the image resolution parameter within the entire “ring” television frame.
Совокупность известных и новых признаков для заявляемого устройства не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features for the claimed device is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Выравнивание разрешающей способности изображения выполняется в «кольцевом» растре изображения. Поэтому данное техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Image resolution equalization is performed in the “ring” image raster. Therefore, this technical solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой телевизионной камеры в составе компьютерной системы панорамного наблюдения; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации заявляемого «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 5 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой заявляемого «кольцевого» сенсора; на фиг. 6, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.In FIG. 1 shows a structural diagram of the inventive television camera as part of a computer system for panoramic observation; in FIG. 2 shows the circuit organization of the inventive "ring" photodetector of a television camera; in FIG. 3 shows a fragment of this photodetector, illustrating the details of its design; in FIG. 4, according to [2, p. 19], a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region" is presented; in FIG. 5 shows a plot of the output signal of BFA, which controls the aperture of the inventive "ring" sensor; in FIG. 6, according to [3], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented.
Заявляемая телевизионная камера 1 (см. фиг. 1) содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1 и «кольцевой» фотоприемник 1-2; блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, соединенные последовательно сигнальный процессор 1-4 и АЦП 1-5, а также БФА 1-6, причем заявляемый «кольцевой» фотоприемник 1-2 имеет форму кругового кольца из кремния, (см. фиг. 2…3), у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-2-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига 1-2-2, оканчивающемуся БПЗН 1-2-3, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2, причем площадь светочувствительных элементов и равная ей площадь экранированных элементов фотоприемной области 1-2-1 от строки к строке различны, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента «кольцевого» регистра сдвига 1-2-2, при этом информационный вход сигнального процессора 1-4 подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-2, первый выход блока 1-3 - к управляющим входам фотоприемной области 1-2-1 «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига 1-2-2 «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока 1-3 - к управляющему входу БПЗН 1-2-3 «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, пятый выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, шестой выход блока 1-3 - к информационному входу БФА 1-6, седьмой выход блока 1-3 - к синхронизирующему входу БФА 1-6, выход которого подключен к управляющему входу блока 1-3, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением (2).The inventive television camera 1 (see Fig. 1) contains sequentially located and optically coupled panoramic lens 1-1 and a "ring" photodetector 1-2; block 1-3 "circular" scan of the video signal connected in series with the signal processor 1-4 and ADC 1-5, as well as BFA 1-6, and the inventive "ring" photodetector 1-2 has the form of a circular ring of silicon, (see Fig. . 2 ... 3), in which the lines of photosensitive and the lines of light-shielded elements of the photodetector region 1-2-1 are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the "circular" shift register 1-2-2 located there, ending BPZN 1-2-3, and the number of elements in each The “annular” line of the photodetector region 1-2-1 is equal to the number of elements in the “annular” shift register 1-2-2, and the area of the photosensitive elements and the equal area of the screened elements of the photodetector region 1-2-1 are different from row to row, increasing as you move to the outer periphery to a maximum value that does not exceed the area of the element of the "circular" shift register 1-2-2, while the information input of the signal processor 1-4 is connected to the output of the SPS of the "circular" photodetector 1-2, the first output of block 1 -3 - to entry controllers the photodetector region 1-2-1 of the "ring" photodetector, the second output of the block 1-3 - to the control inputs of the "ring" shift register 1-2-2 of the "ring" photodetector, the third output of the block 1-3 - to the control input of the BPZN 1- 2-3 "ring" photodetector, the fourth output of the unit 1-3 - to the synchronization input of the signal processor 1-4, the fifth output of the unit 1-3 - to the clock input of the ADC 1-5, the sixth output of the unit 1-3 - to the information input of the BFA 1-6, the seventh output of the unit 1-3 - to the synchronizing input of the BFA 1-6, the output of which is connected to the control input of the unit 1-3, while ravlyaetsya pulses T r, generated at the output of BPA is defined by the relation (2).
Заявляемая телевизионная камера 1, содержащая заявляемый «кольцевой» фотоприемник 1-2, используется в составе компьютерной системы панорамного наблюдения, например в составе компьютерной системы прототипа [1], которая см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, при этом 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 k, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).The
Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора (кольцевого изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1, совпадающего с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами [3].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype, is designed to form an optical image of a circular view (ring image). As a technical solution for a panoramic lens 1-1, which coincides with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by Russian specialists [3].
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, см. фиг. 6, подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1-2, как и в прототипе, в пользу кругового кольца.The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation. The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens, see FIG. 6, confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector 1-2, as in the prototype, in favor of a circular ring.
Блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-4 и АЦП 1-5 выполнены с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции и ничем не отличаются от блоков такого же наименования у прототипа.Block 1-3 "ring" scan of the video signal, the signal processor 1-4 and the ADC 1-5 are made using a set of specialized microcircuits with a high level of integration and are no different from the blocks of the same name in the prototype.
Для заявляемого «кольцевого» фотоприемника 1-2 электроды переноса на фотоприемной области 1-2-1 и в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2 могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца. Несомненно, что это предоставит и определенные преимущества при изготовлении «кольцевого» фотоприемника по технологии ПЗС.For the inventive "ring" photodetector 1-2 transfer electrodes on the photodetector region 1-2-1 and in the "ring" shift register 1-2-2 can be made with a geometric shape not in the form of a rectangle, but as a part of a circular ring. Undoubtedly, this will provide certain advantages in the manufacture of the “ring” photodetector using CCD technology.
Следует отметить, что при использовании компьютерной системы панорамного наблюдения в охранных целях, где вполне приемлемо черно-белое изображение сцены, разумно кристалл «кольцевого» фотоприемника 1-2 телевизионной камеры выполнить не на основе кремния, а на основе полупроводника из арсенида галлия. Тогда физически реально достигнуть красной границы спектральной характеристики 1,7 мкм и даже 2,2 мкм, не применяя принудительное охлаждение кристалла фотоприемника [4, с. 113], а в результате получить существенный выигрыш в чувствительности телевизионной камеры, а следовательно, и компьютерной системы в целом.It should be noted that when using a computer-based panoramic surveillance system for security purposes, where a black-and-white image of the scene is quite acceptable, it is reasonable to make the “ring” photodetector of a 1-2 television camera not based on silicon, but based on a gallium arsenide semiconductor. Then it is physically realistic to achieve the red boundary of the spectral characteristic of 1.7 μm and even 2.2 μm without using forced cooling of the photodetector crystal [4, p. 113], and as a result get a significant gain in the sensitivity of the television camera, and therefore the computer system as a whole.
На фиг. 4 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала. На этом чертеже приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2, Uф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-2; Uвых з - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.In FIG. Figure 4 shows a possible block diagram of the CCD “ring” photodetector with the organization “floating diffusion region”, which completely coincides with the scheme currently used in CCD arrays for the implementation of rectangular scanning of a video signal. In this drawing, the following notation: U f1 , U f2 , U f3 - voltage on the tires for three-phase control of the "ring" shift register 1-2-2; U o - voltage at the output gate; D o , D sbr - output and reset diodes, respectively.
Перед считыванием информационного заряда очередного элемента (пиксела) в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Дсбр.Before reading the next information charge element (pixel) in the process of converting into voltage charge video information of the previous element must be cleared in an erasing diode D RRF.
Эта процедура осуществляется при помощи управляющих импульсов Tr, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-2-3.This procedure is carried out with the help of control pulses T r , often referred to in the literature as reset pulses, which are supplied to the corresponding control bus BPS 1-2-3.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 предназначен для управления считывающей апертурой в «кольцевом» фотоприемнике 1-2 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-2-3. В результате для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсора.The aperture forming unit (BFA) 1-6 is designed to control the reading aperture in the "ring" photodetector 1-2 when the element-by-element video signal voltage is removed in the BPZN 1-2-3. As a result, for all the lines of the photodetector, the area of the reading aperture is the same across the field, with the area of the electrodes of the photosensitive elements of the sensor varying from line to line.
Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-6, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1-2 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Tc1, а последняя строка - как Tcn.The plot of the output signal T r generated at the output of BFA 1-6 is shown in FIG. 5. It is assumed that the photodetector 1-2 contains n "ring" lines. In this diagram, the first row is denoted by T c1 , and the last row is denoted by T cn .
Управляющие импульсы имеют положительную полярность, малую (короткую) длительность и различный период следования в пределах каждой из «кольцевых» строк.The control pulses have a positive polarity, short (short) duration and a different repetition period within each of the "ring" lines.
Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен Tr1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - Tr n. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Tp, а период считывания Tr n - самым большим, который равен nTr.The period of control pulses for the first “ring” line is denoted by T r1 , and the period of control pulses for the last “ring” line is denoted by T rn . The period T r1 is the smallest and is equal to the reading period of the element T p , and the reading period T rn is the largest, which is equal to nT r .
В физическом плане управление площадью апертуры осуществляется за счет суммирования зарядовых пакетов в соседних элементах каждой текущей «кольцевой» строки сенсора до выполнения процедуры преобразования «заряд - напряжение». Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.In physical terms, the aperture area is controlled by summing the charge packets in the neighboring elements of each current “ring” line of the sensor before performing the charge-voltage conversion procedure. Therefore, this charge addition cannot be an additional source of noise for the video signal at the output of the television camera.
БФА 1-6 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-6 может быть выполнен в составе блока 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала телевизионной камеры.BFA 1-6 in practice can be implemented using the classic set of technical means (logical elements) of digital electronics. It is obvious that BFA 1-6 can be performed as part of the block 1-3 "circular" scan video signal of a television camera.
Заявляемые устройства, а именно: телевизионная камера и ее «кольцевой» фотоприемник (см. фиг. 1…3) - работают следующим образом.The inventive device, namely: a television camera and its "ring" photodetector (see Fig. 1 ... 3) - work as follows.
Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например, при помощи фотоштатива (на фиг. 1 он не показан).As in the prototype [1], it is assumed that the
Фотоприемник 1-2 телевизионной камеры (см. фиг. 2…3) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-2 и формированием на выходе БПЗН 1-2-3 напряжения видеосигнала в аналоговой форме.The photodetector 1-2 of a television camera (see Fig. 2 ... 3) implements a "ring" scan of the charge image on the photodetector region 1-2-1, followed by element-by-element reading of the charge packets in the "ring" shift register 1-2-2 and forming on output BPZN 1-2-3 voltage of the video signal in analog form.
При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета, в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-2-1.At the same time, in the interval of the forward course of 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 1-2-1.
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.During a short period of the subsequent interval of the reverse rotation of the frame scan, a photo shutter opens, and the charges of all the "ring" lines involved in the accumulation are transferred (in one rotation step) to the screened from light pixels located in the same region 1-2-1.
Затем фотозатвор закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода строчной развертки новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-2-2.Then the photo shutter closes and, in a new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred in radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading the “ring” register 1-2 in the reverse scan interval -2.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 управляет работой «кольцевого» фотоприемника по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-3 (см. фиг. 4). В результате этого управления для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры, что гарантирует одинаковую чувствительность для всех элементов (пикселов) мишени, а также эквивалентно реализации одних и тех же пространственных зазоров между соседними пикселами мишени.The aperture forming unit (BFA) 1-6 controls the operation of the "ring" photodetector at the input "Reset pulses" for the BPZN 1-2-3 (see Fig. 4). As a result of this control, the reading aperture area is the same across the field for all photodetector lines, which guarantees the same sensitivity for all elements (pixels) of the target, and is also equivalent to the realization of the same spatial gaps between adjacent pixels of the target.
Напряжение аналогового видеосигнала «кольцевого» фотоприемника формируется на выходе БПЗН 1-2-3 (см. клемму «Точка съема видеосигнала», показанную на фиг. 4). Очевидно, что таким образом для него обеспечено выравнивание разрешающей способности по всей мишени «кольцевого» изображения.The voltage of the analog video signal of the "ring" photodetector is formed at the output of the BPZN 1-2-3 (see the terminal "Video signal pick-up point" shown in Fig. 4). Obviously, in this way, the alignment of resolution over the entire target of the "ring" image is ensured for him.
Затем, как и в прототипе, сформированный аналоговый видеосигнал преобразуется при помощи сигнального процессора 1-4 и АЦП 1-5 в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра на выходе телевизионной камеры.Then, as in the prototype, the generated analog video signal is converted using the signal processor 1-4 and ADC 1-5 into a digital television signal (DTS) of the "ring" frame at the output of the television camera.
Далее ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2 компьютерной системы, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.Further, the DSP via the interface (for example, USB 2.0) is transmitted to the server 2 of the computer system, where the video information is recorded in its main memory per frame.
Предположим, что, как и в прототипе [1], горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого оператору изображения должен составлять 60°. Тогда одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.Suppose that, as in the prototype [1], the horizontal angle of the field of view (γ g ) presented to the operator of the image should be 60 °. Then one sixth of each “ring” line from the “ring” frame is recorded in server 2, respectively, in one of the six arrays of RAM per frame.
Как и в прототипе, в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.As in the prototype, in server 2, using the BKPP element that implements the functions assigned to it programmatically, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted to ordinary “rectangular” frames and the ability to provide this information at the “network” output "Server 2.
В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в k «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности операторам персональных компьютеров 3 локальной вычислительной сети. В нашем примере эта последовательность содержит 6 различных изображений, а оператор каждого персонального ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.As a result, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into k "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence to the operators of personal computers 3 of the local computer network. In our example, this sequence contains 6 different images, and the operator of each personal laptop 3 can select the image proposed by the server 2 and display it on the display screen.
Очевидно, что в предлагаемых операторам «прямоугольных» кадрах будет поддержано программным путем реализованное в «кольцевых» кадрах телевизионной камеры выравнивание разрешающей способности изображения.Obviously, in the “rectangular” frames offered to the operators, the alignment of the image resolution in the “circular” frames of the television camera will be supported by software.
В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of the device 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 №2545519. МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприемника для его реализации / В.М. Смелков // БИ - 2015. - №10.1. Patent of the Russian Federation No. 2545519. IPC H04N 7/00. The device of a computer system for panoramic television surveillance and the organization of a photodetector for its implementation / V.M. Smelkov // BI - 2015. - No. 10.
2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. - Радио и связь, 1986.2. Khromov L.I., Lebedev N.V., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Solid state television. - Radio and communications, 1986.
3. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // БИ - 2002. - №20.3. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror-lens / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // BI - 2002. - No. 20.
4. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.4. Tsytsulin A.K. Television and space: Textbook / Publishing house SPbGETU "LETI", 2003.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016100967A RU2611421C1 (en) | 2016-01-13 | 2016-01-13 | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016100967A RU2611421C1 (en) | 2016-01-13 | 2016-01-13 | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2611421C1 true RU2611421C1 (en) | 2017-02-22 |
Family
ID=58459017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016100967A RU2611421C1 (en) | 2016-01-13 | 2016-01-13 | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611421C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657458C1 (en) * | 2017-08-16 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
| RU2657459C1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
| RU2657455C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
| RU2657449C1 (en) * | 2017-09-04 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for forming a video signal in "ring" photodetector and server for panoramic surveillance computer system in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects |
| RU2683241C1 (en) * | 2018-03-02 | 2019-03-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of controlling element-by-element transfer of charge packets in ring photodetector on ccd for panoramic television and computer surveillance |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5040057A (en) * | 1990-08-13 | 1991-08-13 | Picker International, Inc. | Multi-mode TDI/raster-scan television camera system |
| RU2014747C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-06-15 | Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационно-оптических систем - Головной институт Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" | Object tv observing system |
| US5920337A (en) * | 1994-12-27 | 1999-07-06 | Siemens Corporate Research, Inc. | Omnidirectional visual image detector and processor |
| US20020197077A1 (en) * | 2001-06-21 | 2002-12-26 | Tohru Eguro | Lens shutter for cameras |
| US7349129B2 (en) * | 1999-10-29 | 2008-03-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Controller for photosensor array with multiple different sensor areas |
| US20140085518A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Teledyne Dalsa Inc. | Cmos tdi image sensor with rolling shutter pixels |
| RU2545519C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-04-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor |
-
2016
- 2016-01-13 RU RU2016100967A patent/RU2611421C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5040057A (en) * | 1990-08-13 | 1991-08-13 | Picker International, Inc. | Multi-mode TDI/raster-scan television camera system |
| RU2014747C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-06-15 | Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационно-оптических систем - Головной институт Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" | Object tv observing system |
| US5920337A (en) * | 1994-12-27 | 1999-07-06 | Siemens Corporate Research, Inc. | Omnidirectional visual image detector and processor |
| US7349129B2 (en) * | 1999-10-29 | 2008-03-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Controller for photosensor array with multiple different sensor areas |
| US20020197077A1 (en) * | 2001-06-21 | 2002-12-26 | Tohru Eguro | Lens shutter for cameras |
| US20140085518A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Teledyne Dalsa Inc. | Cmos tdi image sensor with rolling shutter pixels |
| RU2545519C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-04-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657458C1 (en) * | 2017-08-16 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
| RU2657459C1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
| RU2657449C1 (en) * | 2017-09-04 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method for forming a video signal in "ring" photodetector and server for panoramic surveillance computer system in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects |
| RU2657455C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-06-14 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
| RU2683241C1 (en) * | 2018-03-02 | 2019-03-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Method of controlling element-by-element transfer of charge packets in ring photodetector on ccd for panoramic television and computer surveillance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2611421C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2545519C1 (en) | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor | |
| RU2625163C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2552101C1 (en) | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end | |
| RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2706011C1 (en) | Panoramic television surveillance computer system device | |
| RU2633758C1 (en) | Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system | |
| RU2640755C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2631830C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2611424C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2640756C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
| RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image | |
| RU2592855C1 (en) | Device for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2675244C1 (en) | Ring photo-receiver of color image for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2710779C1 (en) | Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2615142C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2641284C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer observation | |
| RU2611422C1 (en) | High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2625164C1 (en) | Computer system device for panoramic television observation | |
| RU2611426C1 (en) | Videosignal sensor of primary colours for panoramic television surveillance of colour images | |
| RU2592831C1 (en) | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2631828C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2611423C1 (en) | Sensor device of digital monochrome videosignal for television camera of panoramic observation "day - night" | |
| RU2683241C1 (en) | Method of controlling element-by-element transfer of charge packets in ring photodetector on ccd for panoramic television and computer surveillance |