RU2611422C1 - High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance - Google Patents
High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611422C1 RU2611422C1 RU2016103832A RU2016103832A RU2611422C1 RU 2611422 C1 RU2611422 C1 RU 2611422C1 RU 2016103832 A RU2016103832 A RU 2016103832A RU 2016103832 A RU2016103832 A RU 2016103832A RU 2611422 C1 RU2611422 C1 RU 2611422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- photodetector
- output
- circular
- elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N7/00—Television systems
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The invention relates to panoramic television surveillance, which is carried out by a television system using a television circular camera in a region close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.
Наиболее близким по технической сущности к 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 фотоприемник выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и имеет кристалл мишени в виде кругового кольца, реализуя «кольцевую» мишень сенсора и встроенную «кольцевую» память на кадр, а блок фотоприемника обеспечивает развертку аналогового видеосигнала и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, реализуя «кольцевой» растр изображения, при этом «кольцевой» фотоприемник содержит на общем кристалле фотоприемную область, секцию памяти, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементами, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области и в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника равно числу элементов в его «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 соотношениюThe closest in technical essence to the invention should be considered the device of a computer system for panoramic television surveillance [1], containing a television camera connected in series and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected, while the television camera consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens and a digital television signal sensor, which contains in series located and connected by a solid-state photodetector and a photodetector unit, the television camera forming an “annular” image raster, and its photodetector is made using charge-coupled device (CCD) technology and has a target crystal in the form of a circular ring, realizing a “ring” sensor target and an integrated “ ring "memory per frame, and the photodetector block provides a scan of the analog video signal and the formation of a digital television signal at the output of the television camera, realizing a" ring "image raster, etc. and this “ring” photodetector contains a photodetector region, a memory section, a “ring” shift register on the common crystal, ending with a charge-voltage converter (BPS), and on the photodetector region there are lines of photosensitive elements alternating with lines of elements shielded from light, and also the lines of light-shielded elements of the memory section are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there a, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region and in each “ring” line of the photodetector memory section is equal to the number of elements in its “ring” shift register, while a video card matched to the channels is installed in the expansion slot on the server motherboard input / output, control and power supply with a server bus, containing a block for converting a “ring” frame into “rectangular” frames (BPCP), the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the output “network”, and the number “ straight angular "frames k, corresponding to one current" circular "frame, satisfies the relation
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, where γ g is the horizontal angle of the field of view in degrees observed by the operator of the image,
а само это преобразование выполняется программным путем.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 секции памяти «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, шестой 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 area of the "ring" photodetector, the second output of the "ring" scan unit - to the control inputs of the memory section of the "ring" photodetector, the third output of the "ring" scan unit - the governing inputs of the “circular” shift register of the “circular” photodetector, the fourth output of the “ring” scan unit - to the control input of the overhead protection device of the “ring” photodetector, the fifth output of the “ring” scan unit - to the synchronization input of the signal processor, the sixth output of the “ring” scan unit - to the clock input of the ADC.
«Кольцевой» фотоприемник прототипа выполнен соответствии с организацией «строчно-кадровый перенос» и по аналогии с прямоугольными матрицами ПЗС той же концепции [3, с. 135] потенциально обладает наилучшим показателем в части отношения сигнал/шум. Поэтому телевизионная камера с таким фотоприемником должна быть отнесена к категории камер повышенной чувствительности.The "ring" photodetector of the prototype is made in accordance with the organization "line-frame transfer" and by analogy with rectangular CCD arrays of the same concept [3, p. 135] potentially has the best performance in terms of signal-to-noise ratio. Therefore, a television camera with such a photodetector should be classified as a camera of increased sensitivity.
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 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 секции памяти «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, шестой 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 соотношениемThe 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" the sweep of the video signal and the signal processor and the ADC connected in series, the information input of the signal processor is connected to the output of the SPS of the “ring” photodetector, the first output of the block circular "sweep - to the control inputs of the photodetector region of the" circular "photodetector, the second output of the block of" circular "sweep - to the control inputs of the memory section of the" circular "photodetector, the third output of the block of" circular "sweep - to the control inputs of the" ring "shift register" ring ”The photodetector, the fourth output of the“ circular ”scan unit - to the control input of the CCD of the“ circular ”photodetector, the fifth output of the“ circular ”scan unit - to the synchronization input of the signal processor, the sixth output of the“ ring ” "Sweep - to the ADC clock input, an aperture forming unit (BFA) has been introduced, the information input of which is connected to the sixth output of the" ring "sweep block, the synchronizing input of the BFA - to the seventh output of the" ring "sweep block, and the BFA output - to the control input of the block “Circular” sweep, while the period of control pulses T r generated at the output of the 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 отношениюn m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the "ring" photodetector is equal to
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, секцию памяти и «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН с организацией «плавающая диффузия», при этом на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементами, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области и в каждой «кольцевой» строке секции памяти 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 секции памяти, 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" prototype photodetector made by CCD technology, which has a target crystal in the form of a circular ring and contains a photodetector region, a memory section and a "ring" on a common silicon crystal a shift register ending with an FPRS with the organization "floating diffusion", while on the photodetector area there are lines of photosensitive elements alternating with lines of elements shielded from light, and the lines of light-shielded elements of the memory section are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there, with the number of elements in each “ring” line of the photodetector region and in each “ring” line of the memory section equal to the number of elements in the “circular” shift register, the following design and technological changes are introduced, namely, on the photodetector area, the area of the photosensitive elements and its equal area strand elements shielded from row to row are different, increasing as it moves toward the outer periphery to the maximum value not exceeding the memory section area of the element, 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 [4], 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 [4], 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 и 3), у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-2-1, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти 1-2-2 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига 1-2-3, оканчивающемуся БПЗН 1-2-4, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 и в каждой «кольцевой» строке секции памяти 1-2-2 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3, 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 секции памяти 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 секции памяти 1-2-2, третий выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига 1-2-3 «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока 1-3 - к управляющему входу БПЗН 1-2-4 «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, шестой выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, седьмой выход блока 1-3 - к информационному входу БФА 1-6, восьмой 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 and 3), in which the lines of photosensitive and the lines of light-shielded elements of the photodetector region 1-2-1, as well as the lines of light-shielded elements of the memory section 1-2-2 are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer the periphery and the “ring” the shift histogram 1-2-3, ending in BPZN 1-2-4, and the number of elements in each “ring” line of the photodetector region 1-2-1 and in each “ring” line of the memory section 1-2-2 is equal to the number of elements in A “circular” shift register 1-2-3, 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 they move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the section element memory 1-2-2, while the information input of the signal percent the quarrel 1-4 is connected to the output of the CPSU of the "ring" photodetector 1-2, the first output of the block 1-3 is to the control inputs of the photodetector region 1-2-1 of the "ring" photodetector, the second output of the block 1-3 is to the control inputs of the memory section 1-2-2, the third output of block 1-3 - to the control inputs of the "circular" shift register 1-2-3 of the "circular" photodetector, the fourth output of block 1-3 - to the control input of the BPZN 1-2-4 "ring" photodetector, the fifth output of block 1-3 is to the synchronization input of the signal processor 1-4, the sixth output of block 1-3 is to the clock input of the ADC 1-5, the seventh output is lock 1-3 - to the information input of BFA 1-6, the eighth output of block 1-3 - to the synchronizing input of BFA 1-6, the output of which is connected to the control input of block 1-3, while the period of control pulses T r generated at the output BPA is determined by 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 [4].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype, is designed to form an optical image of a circular view (ring image). As a technical solution for a panoramic lens 1-1, which coincides with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed [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 (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, в секции памяти 1-2-2 и в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3 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, in the memory section 1-2-2 and in the "ring" shift register 1-2-3 can be made with a geometric shape not in the form of a rectangle , but as 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 [5, 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 [5, p. 113], and as a result get a significant gain in the sensitivity of the television camera, and, consequently, 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 фиг. 4 приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2, Uф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-3; UвыхЗ - 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 FIG. 4, the following designations are adopted: U ф1 , U ф2 , U ф3 - bus voltage for three-phase control of the "ring" shift register 1-2-3; U output - 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 1-2-4.This procedure is carried out using control pulses T r , often referred to in the literature as reset pulses, which are fed to the corresponding control bus BPS 1-2-4.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 предназначен для управления считывающей апертурой в «кольцевом» фотоприемнике 1-2 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-2-4. 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 shaping unit (BFA) 1-6 is designed to control the reading aperture in the "ring" photodetector 1-2 when the element-by-stage video signal voltage is removed in the BPZN 1-2-4. 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 - Trn. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Tp, а период считывания Trn - 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 и 3) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-2-1 с последующим переносом зарядовых пакетов всех строк кадра в секцию памяти 1-2-2 и заключительным поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3 с формированием на выходе БПЗН 1-2-4 напряжения видеосигнала в аналоговой форме.A photodetector 1-2 of a television camera (see Figs. 2 and 3) implements a “ring” scan of the charge image on the photodetector region 1-2-1 with subsequent transfer of charge packets of all the lines of the frame to the memory section 1-2-2 and the final element-wise reading charge packets in the “ring” shift register 1-2-3 with the formation of the output voltage 1-2-2-4 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.
В том же интервале обратного хода по кадру накопленные ранее зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся из области 1-2-1 в секцию 1-2-2.In the same interval of the reverse stroke along the frame, the previously accumulated charge packets in the radial directions are transferred from the region 1-2-1 to the section 1-2-2.
Затем фотозатвор закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а предыдущая зарядовая «картина» выводится из кристалла фотоприемника. При этом в интервале обратного хода строчной развертки происходит загрузка новыми зарядами из секции 1-2-2 в «кольцевой» регистр 1-2-3, которые затем в каждом последующем интервале прямого хода по строке переносятся в направлении к БПЗН 1-2-4, где для сигнала изображения выполняется поэлементное конвертирование уровня заряда в уровень напряжения.Then the photo shutter closes and in a new frame cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the previous charge “picture” is output from the photodetector crystal. At the same time, in the interval of the reverse stroke of horizontal scanning, new charges are loaded from section 1-2-2 into the “circular” register 1-2-3, which are then transferred to the BPZN 1-2-4 in each subsequent interval of the forward stroke along the line where, for the image signal, element-by-unit conversion of the charge level to the voltage level is performed.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 управляет работой «кольцевого» фотоприемника по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-4 (см. фиг. 4). В результате этого управления для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры, что гарантирует одинаковую чувствительность сенсора по пространству мишени.The aperture forming unit (BFA) 1-6 controls the operation of the "ring" photodetector at the input "Reset pulses" for the BPZN 1-2-4 (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 sensor sensitivity over the target space.
Напряжение аналогового видеосигнала «кольцевого» фотоприемника формируется на выходе БПЗН 1-2-4 (см. клемму «Точка съема видеосигнала», показанную на фиг. 4). Очевидно, что таким образом для него обеспечено выравнивание разрешающей способности по всей мишени «кольцевого» изображения, реализуя практически одинаковую четкость изображения в пределах всего кадра.The voltage of the analog video signal of the "ring" photodetector is formed at the output of the BPZN 1-2-4 (see the terminal "Video signal pick-up point" shown in Fig. 4). Obviously, in this way, for him, the resolution is equalized over the entire target of the “ring” image, realizing almost the same image sharpness within the entire frame.
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, в состав которой входят предлагаемая телевизионная камера и ее «кольцевой фотоприемник, 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, which includes the proposed television camera and its "ring photodetector, mastered or can be mastered by domestic industry.
Поэтому следует считать предполагаемую группу изобретений соответствующей требованию о промышленной применимости.Therefore, the proposed group of inventions should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент РФ №2552101, МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприемника для его реализации / В.М. Смелков // Б.И. - 2015. - №16.1. RF patent No. 2552101, 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 // B.I. - 2015. - No. 16.
2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. – М.: Радио и связь, 1986.2. Khromov L.I., Lebedev N.V., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Solid state television. - M.: Radio and Communications, 1986.
3. Владо Дамьяновски. CTV. Библия видеонаблюдения, Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. - М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.3. Vlado Damianowski. CTV. Bible CCTV, Digital and Network Technology. / Translation from English. - M .: LLC "IS-ES Press", 2006.
4. Патент РФ №2185645, МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.4. RF patent No. 2185645, IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror lens. / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // B.I. - 2002. - No. 20.
5. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие. / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.5. Tsytsulin A.K. Television and Space: A Study Guide. / Publishing house SPbGETU "LETI", 2003.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016103832A RU2611422C1 (en) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016103832A RU2611422C1 (en) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2611422C1 true RU2611422C1 (en) | 2017-02-22 |
Family
ID=58459018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016103832A RU2611422C1 (en) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611422C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0245998A3 (en) * | 1986-05-16 | 1989-12-06 | THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c. | Image sensors |
| US5040057A (en) * | 1990-08-13 | 1991-08-13 | Picker International, Inc. | Multi-mode TDI/raster-scan television camera 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 |
| US20140085518A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Teledyne Dalsa Inc. | Cmos tdi image sensor with rolling shutter pixels |
| US8964088B2 (en) * | 2011-09-28 | 2015-02-24 | Semiconductor Components Industries, Llc | Time-delay-and-integrate image sensors having variable intergration times |
| RU2552101C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-06-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end |
-
2016
- 2016-02-05 RU RU2016103832A patent/RU2611422C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0245998A3 (en) * | 1986-05-16 | 1989-12-06 | THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c. | Image sensors |
| US5040057A (en) * | 1990-08-13 | 1991-08-13 | Picker International, Inc. | Multi-mode TDI/raster-scan television camera 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 |
| US8964088B2 (en) * | 2011-09-28 | 2015-02-24 | Semiconductor Components Industries, Llc | Time-delay-and-integrate image sensors having variable intergration times |
| US20140085518A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Teledyne Dalsa Inc. | Cmos tdi image sensor with rolling shutter pixels |
| RU2552101C1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-06-10 | Вячеслав Михайлович Смелков | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2625163C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| 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 | |
| RU2552101C1 (en) | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end | |
| RU2706011C1 (en) | Panoramic television surveillance computer system device | |
| RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2633758C1 (en) | Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system | |
| RU2631830C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2611422C1 (en) | High sensitive television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2640756C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2611424C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image | |
| RU2625164C1 (en) | Computer system device for panoramic television observation | |
| RU2631828C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
| RU2675244C1 (en) | Ring photo-receiver of color image for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
| RU2600308C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
| RU2592855C1 (en) | Device for panoramic television-computer monitoring | |
| RU2611426C1 (en) | Videosignal sensor of primary colours for panoramic television surveillance of colour images | |
| RU2710779C1 (en) | Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2530879C1 (en) | Device for panoramic television surveillance "day-night" | |
| RU2641284C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer observation | |
| RU2611423C1 (en) | Sensor device of digital monochrome videosignal for television camera of panoramic observation "day - night" | |
| RU2615142C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2564678C1 (en) | Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance |