RU2611423C1

RU2611423C1 - Sensor device of digital monochrome videosignal for television camera of panoramic observation "day - night"

Info

Publication number: RU2611423C1
Application number: RU2016104524A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-02-22

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method is carried out by implementing different in size photosensitive elements in its "ring" photodetector and by controlling the charge reading in the sensor video signal with the same size of the aperture area.

EFFECT: aligning the image resolution abilities of the monochrome sensor television camera.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение имеет отношение к панорамному телевизионному наблюдению «день - ночь», которое выполняется в вечернее и/или в ночное время суток телевизионной камерой 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 day-to-night panoramic television surveillance, which is carried out in the evening and / or at night by an all-round television camera in an area close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению следует считать устройство датчика цифрового монохромного видеосигнала для телевизионной камеры панорамного наблюдения «день - ночь» [1], которое формирует «кольцевой» растр изображения, передавая на выход цифровой композитный видеосигнал черно-белого изображения, и содержит в своем составе «кольцевой» фотоприемник, блок «кольцевой» развертки и соединенные последовательно сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом цифрового телевизионного сигнала (ЦТС) датчика, при этом «кольцевой» фотоприемник, выполненный по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеет кристалл мишени в виде кругового кольца и состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, «кольцевого» регистра сдвига и преобразователя «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, число элементов которого равно числу элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области, при этом блок «кольцевой» развертки состоит из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и второго ПУ, причем первый управляющий вход фотоприприемной области «кольцевого» фотоприемника подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника - к выходу второго ПУ, а выход БПЗН «кольцевого» фотоприемника - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией которого подключен к управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход временного контроллера - к входу второго ПУ, третий выход временного контроллера - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход временного контроллера - к тактовому входу АЦП.The closest in technical essence to the invention should be considered a digital monochrome video signal sensor device for a day-night panoramic television camera [1], which forms an “annular” image raster, transmitting a digital composite video signal of black and white image to the output, and contains It includes a “ring” photodetector, a “ring” scan unit and a signal processor and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series, the output of which is the output of a digital the left-handed signal (DTC) of the sensor, while the “ring” photodetector, made by the technology of charge-coupled devices (CCD), has a target crystal in the form of a circular ring and consists of a photodetector region connected in series by charge coupling, a “ring” shift register, and a transducer charge - voltage ”(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 to a ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there, the number of elements of which is equal to the number of elements in each “ring” line of the photodetector region, while the “ring” scan block consists of a time controller, a first level converter (PU) and a second PU moreover, the first control input of the photodetector region of the "ring" photodetector is connected to the output of the first control unit, the control input of the "ring" shift register of the "ring" photodetector is connected to the output of the second control unit, and the output of the OCR of the "ring" photodetector the receiver to the information input of the signal processor, the exposure control output of which is connected to the control input of the temporary controller, the first output of which is connected to the input of the first control unit, the second output of the temporary controller to the input of the second control unit, the third output of the temporary controller to the synchronization input of the signal processor, and the fourth output of the temporary controller is to the ADC clock input.

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. Предполагается, что логический сигнал поэлементного сброса формируется на пятом выходе временного контроллера и подается через третий ПУ на управляющий вход БПЗН.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. It is assumed that the logic signal of the elementwise reset is generated at the fifth output of the temporary controller and is fed through the third control unit to the control input of the overhead power supply.

Недостаток датчика цифрового монохромного видеосигнала для 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 digital monochrome video sensor for the television camera of the prototype is the variable resolution of the image within the frame, decreasing towards the outer periphery of the "ring" photodetector due to the increasing gap between its photosensitive elements, which have the same geometric area .

Задачей изобретения является выравнивание разрешающей способности изображения монохромного датчика телевизионной камеры путем реализации в его «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 monochrome sensor of the television camera by implementing in its "ring" photodetector of various sizes of photosensitive elements and controlling charge reading in the video signal of the sensor with the same size of the aperture area.

Поставленная задача в заявляемом датчике цифрового монохромного видеосигнала решается тем, что в устройство его прототипа [1], которое формирует «кольцевой» растр изображения, передавая на выход цифровой композитный видеосигнал черно-белого изображения, и содержит в своем составе «кольцевой» фотоприемник, блок «кольцевой» развертки и соединенные последовательно сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом ЦТС датчика, при этом «кольцевой» фотоприемник, выполненный по технологии ПЗС, имеет кристалл мишени в виде кругового кольца из кремния и состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, «кольцевого» регистра сдвига и 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, число элементов которого равно числу элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области, при этом блок «кольцевой» развертки состоит из временного контроллера, первого ПУ, второго ПУ и третьего ПУ, причем первый управляющий вход фотоприприемной области «кольцевого» фотоприемника подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника - к выходу второго ПУ, управляющий вход БПЗН «кольцевого» фотоприемника – к выходу третьего ПУ, а выход БПЗН «кольцевого» фотоприемника - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией которого подключен к управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход временного контроллера - к входу второго ПУ, третий выход временного контроллера - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход временного контроллера - к тактовому входу АЦП, введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к пятому выходу временного контроллера, синхронизирующий вход БФА - к шестому выходу временного контроллера, а выход БФА - к входу третьего ПУ, при этом на фотоприемной области вносятся следующие конструкторско-технологические изменения топологического характера, а именно площадь светочувствительных элементов и равная ей площадь экранированных элементов различны от строки к строке, 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, причем период управляющих импульсов T_r, формируемых на выходе БФА, определяется соотношениемThe problem in the inventive digital monochrome video sensor is solved by the fact that in the device of its prototype [1], which forms a “ring” image raster, transmitting a digital composite video signal of black and white image and contains a “ring” photodetector, block A “ring” scan and a signal processor and ADC connected in series, the output of which is the output of the DTC of the sensor, while the “ring” photodetector made by CCD technology has a target crystal in the form of a circular of a silicon ring and consists of a photodetector region, a “ring” shift register, and an OTPS, connected in series by charge coupling, and on the photodetector region, lines of photosensitive elements alternating with lines of light-shielded elements are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer the periphery and the “ring” shift register located there, the number of elements of which is equal to the number of elements in each “ring” line of the photodetector region, while the block “to The "ring" scan consists of a temporary controller, the first control unit, the second control unit and the third control unit, the first control input of the photodetector region of the "ring" photodetector connected to the output of the first control unit, the control input of the "ring" shift register of the "ring" photodetector - to the output of the second control unit, the control input of the CWP of the "ring" photodetector - to the output of the third control unit, and the output of the CWP of the "ring" photodetector - to the information input of the signal processor, the exposure control output of which is connected to the control input of the time a controller, the first output of which is connected to the input of the first control unit, the second output of the temporary controller - to the input of the second control unit, the third output of the temporary controller - to the synchronization input of the signal processor, and the fourth output of the temporary controller - to the clock input of the ADC, an aperture generation unit (BFA ), the information input of which is connected to the fifth output of the temporary controller, the synchronizing input of the BFA - to the sixth output of the temporary controller, and the output of the BFA - to the input of the third control unit, while the photodetector area is entered the following design and technological changes of a topological nature, namely, the area of photosensitive elements and the equal area of shielded elements are different from line to line, increasing as they move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the element of the “ring” shift register, when implemented in the output the video signal of the sensor with the same area of the reading aperture, and the period of the control pulses T _r generated at the output of the BPA is determined by the ratio

где T_p - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;where T _p is the reading period of the element in the "ring"photodetector;

n_m - 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 и Δ_m - соответственно площадь светочувствительного элемента для первой и текущей строк считывания в «кольцевом» фотоприемнике.where Δ ₁ and Δ _m are, respectively, the area of the photosensitive element for the first and current read lines in the "ring" photodetector.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство датчика цифрового монохромного видеосигнала отличается тем, что в его «кольцевом» фотоприемнике светочувствительные элементы имеют геометрическую площадь, которая монотонно увеличивается в радиальном направлении на пути к внешней периферии.Comparative analysis with the prototype [1] shows that the inventive digital monochrome video sensor device is characterized in that in its “ring” photodetector, the photosensitive elements have a geometric area that monotonically increases in the radial direction on the way to the outer periphery.

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.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 throughout its target and without introducing noise loss for the video signal.

Учитывая, что в новой топологии фотоприемника зазоры, т.е. промежутки между светочувствительными элементами по всей мишени становятся одинаковыми (или близкими к одинаковым) по величине, осуществляется выравнивание параметра разрешающей способности изображения в пределах всего «кольцевого» телевизионного кадра.Given that in the new photodetector topology, gaps, i.e. the gaps between the photosensitive elements throughout the target become the same (or close to the same) in magnitude, the image resolution parameter is equalized 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 заявляемого устройства датчика цифрового монохромного видеосигнала для телевизионной камеры панорамного наблюдения «день - ночь»; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации «кольцевого» фотоприемника из состава этого датчика; 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 is a structural diagram of the inventive device sensor digital monochrome video signal for a panoramic television camera "day - night"; in FIG. 2 shows the circuit organization of the “ring” photodetector from this sensor; in FIG. 3 shows a fragment of this photodetector, illustrating the details of its design; in FIG. 4, according to [2, p.19], presents a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region"; 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.

Заявляемое устройство датчика цифрового монохромного видеосигнала (см. фиг. 1-3) содержит в своем составе «кольцевой» фотоприемник 1, блок 2 «кольцевой» развертки и соединенные последовательно сигнальный процессор 3 и АЦП 4, выход которого является выходом устройства датчика, при этом «кольцевой» фотоприемник 1 состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области 1-1, «кольцевого» регистра сдвига 1-2 и БПЗН 1-3, при этом блок 2 «кольцевой» развертки состоит из временного контроллера 2-1, первого ПУ 2-2, второго ПУ 2-3, третьего ПУ 2-4 и БФА 2-3, причем первый управляющий вход фотоприприемной области «кольцевого» фотоприемника 1 подключен к выходу первого ПУ 2-1, управляющий вход «кольцевого» регистра сдвига 1-2 «кольцевого» фотоприемника - к выходу второго ПУ 2-3, управляющий вход БПЗН 1-3 «кольцевого» фотоприемника - к выходу третьего ПУ 2-4, а выход БПЗН 1-3 «кольцевого» фотоприемника - к информационному входу сигнального процессора 3, выход управления экспозицией которого подключен к управляющему входу временного контроллера 2-1, первый выход которого подключен к входу первого ПУ 2-2, второй выход временного контроллера 2-1 - к входу второго ПУ 2-3, третий выход временного контроллера 2-1 - к входу синхронизации сигнального процессора 3, а четвертый выход временного контроллера 2-1 - к тактовому входу АЦП 4, при этом информационный вход БФА 2-5 подключен к пятому выходу временного контроллера 2-1, синхронизирующий вход БФА 2-5 - к шестому выходу временного контроллера 2-1, а выход БФА 2-5 - к входу третьего ПУ 2-4.The inventive device of the digital monochrome video signal sensor (see Fig. 1-3) comprises a “ring” photodetector 1, a “ring” scan unit 2 and a signal processor 3 and an ADC 4 connected in series, the output of which is the output of the sensor device, The “ring” photodetector 1 consists of a photodetector region 1-1 sequentially connected by charge coupling, the “ring” shift register 1-2, and the CPS 1-3, while the “ring” scan unit 2 consists of a temporary controller 2-1, the first launcher 2 -2, the second PU 2-3, the third In 2-4 and BFA 2-3, the first control input of the photodetector region of the "ring" photodetector 1 is connected to the output of the first control unit 2-1, the control input of the "ring" shift register 1-2 of the "ring" photodetector is connected to the output of the second control unit 2 -3, the control input BPZN 1-3 of the "ring" photodetector - to the output of the third PU 2-4, and the output BPZN 1-3 of the "ring" photodetector - to the information input of the signal processor 3, the exposure control output of which is connected to the control input of the temporary controller 2-1, the first output of which is connected to the input ne the second control unit 2-2, the second output of the temporary controller 2-1 to the input of the second control panel 2-3, the third output of the temporary controller 2-1 to the synchronization input of the signal processor 3, and the fourth output of the temporary controller 2-1 to the clock input of the ADC 4, while the information input of BFA 2-5 is connected to the fifth output of the temporary controller 2-1, the synchronizing input of BFA 2-5 is connected to the sixth output of the temporary controller 2-1, and the output of BFA 2-5 is connected to the input of the third control unit 2-4 .

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного изображения (см. фиг. 6) подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1, как и в прототипе, в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic image (see Fig. 6) confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector 1, as in the prototype, in favor of a circular ring.

Следует отметить, что в «кольцевом» фотоприемнике 1 электроды переноса на фотоприемной области 1-2 и в «кольцевом» регистре сдвига 1-3 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.It should be noted that in the "ring" photodetector 1, the transfer electrodes on the photodetector region 1-2 and in the "ring" shift register 1-3 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.

При использовании заявляемого датчика цифрового монохромного видеосигнала в системах охранного телевидения разумно кристалл «кольцевого» фотоприемника 1 выполнить не на основе кремния, а на основе полупроводника из арсенида галлия.When using the inventive digital monochrome video signal sensor in CCTV systems, it is reasonable to perform the “ring” photodetector 1 crystal not on the basis of silicon, but on the basis of a gallium arsenide semiconductor.

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 датчика.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 sensor.

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: U_ф1, U_ф2, U_ф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-2; U_выхЗ - напряжение на выходном затворе; Д_вых, Д_сбр - 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 accepted: U _ф1 , U _ф2 , U _ф3 - bus voltage for three-phase control of the "ring" shift register 1-2-2; 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 Д_сбр.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 T_r, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-3.This procedure is carried out using control pulses T _r , often referred to in the literature as reset pulses, which are supplied to the corresponding control bus BPS 1-3.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 предназначен для управления считывающей апертурой в «кольцевом» фотоприемнике 1 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3. 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 when the video signal voltage is taken on an element-by-element basis in BPZN 1-3. 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 T_r, вырабатываемая на выходе БФА 2-5, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как T_c1, а последняя строка - как T_cn.The plot of the output signal T _r generated at the output of BFA 2-5 is shown in FIG. 5. It is assumed that the photodetector 1 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 T_r1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - T_rn. Период T_r1 является самым малым и равен периоду считывания элемента T_p, а период считывания T_rn - самым большим, который равен nT_r.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 2-5 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 2-5 может быть выполнен в составе временного контроллера 2-1 блока 2 «кольцевой» развертки.BFA 2-5 in practice can be implemented using the classic set of hardware (logic elements) of digital electronics. Obviously, BFA 2-5 can be performed as part of the temporary controller 2-1 of block 2 of the "circular" scan.

Остальные блоки заявляемого датчика, а именно временной контроллер 2-1, ПУ 2-2, ПУ 2-3, ПУ 2-4, сигнальный процессор 3 и АЦП 4, - ничем не отличаются от блоков прототипа, имеющих те же наименования.The remaining blocks of the inventive sensor, namely the time controller 2-1, PU 2-2, PU 2-3, PU 2-4, signal processor 3 and ADC 4, are no different from the prototype blocks having the same names.

Устройство датчика цифрового монохромного видеосигнала (см. фиг. 1-5) работает следующим образом.The device sensor digital monochrome video signal (see Fig. 1-5) works as follows.

Как и в прототипе [1], «кольцевой» фотоприемник 1 заявляемого датчика реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-2 и формированием на выходе БПЗН 1-3 напряжения черно-белого видеосигнала в аналоговой форме.As in the prototype [1], the "ring" photodetector 1 of the inventive sensor implements a "ring" scan of the charge image on the photodetector region 1-1, followed by element-by-element reading of charges in the "ring" register 1-2 and the formation of voltage 1-3 black and white video signal in analog form.

При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных элементах (пикселах) мишени 1-1-1.Moreover, 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 elements (pixels) of the target 1-1-1.

В течение кратковременного промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки открывается фотозатвор мишени 1-1-2, и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы 1-1-3, расположенные на той же мишени 1-1.During the short period of the subsequent interval of the reverse sweep of the frame scan, the 1-1-2 target photo-gate opens, and the charges of all the “ring” lines involved in the accumulation are transferred (in one rotation step) to the 1-1-3 pixels shielded from light located on the same target 1-1.

Затем фотозатвор мишени 1-1-2 закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода по строке новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-2.Then the target photo-lock 1-1-2 closes and in the new frame cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous frame are transferred in the radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading new charges “ circular "register 1-2.

Но в отличие от прототипа [1], процесс текущего поэлементного преобразования «заряд - напряжение», выполняемый в БПЗН 1-3, осуществляется с переменной величиной периода сброса предыдущего зарядового пакета в стирающий диод.But unlike the prototype [1], the process of the current charge-to-voltage element-wise conversion, performed in BPS 1-3, is carried out with a variable value of the period of discharge of the previous charge packet into the erasing diode.

Этот период, обозначенный как T_r, в пределах «кольцевого» кадра меняется по величине от самого малого (T_r1) для первой строки до самого большого (T_cn) для последней строки.This period, designated as T _r , within the "ring" frame varies in magnitude from the smallest (T _r1 ) for the first row to the largest (T _cn ) for the last row.

Благодаря тому, что площадь светочувствительных элементов для «кольцевых» строк на фотоприемной области 1-2 априори изменяется в этом направлении пропорционально, но в сторону уменьшения, обеспечивается одинаковая величина площади считывающей апертуры сенсора.Due to the fact that the area of the photosensitive elements for the "circular" lines on the photodetector region 1-2 a priori varies in this direction proportionally, but in the direction of reduction, the same size of the sensor reading aperture is provided.

Величина же промежутка между отдельными апертурными площадками («апертурными пятнами») за счет новой топологии фотоприемника обеспечивается практически одинаковой по всей площади мишени и равной величине зазоров между светочувствительными элементами сенсора.The gap between the individual aperture areas (“aperture spots”) due to the new topology of the photodetector provides almost the same across the entire target area and the same gap between the photosensitive elements of the sensor.

Следовательно, для заявляемого датчика черно-белого видеосигнала будет достигаться выравнивание параметра разрешающей способности непосредственно в фотоприемнике 1.Therefore, for the inventive sensor black and white video signal will be achieved alignment of the resolution parameter directly in the photodetector 1.

Далее монохромный видеосигнал сенсора, как и в датчике прототипа, преобразуется на выходе сигнального процессора 3 в аналоговый композитный видеосигнал, а затем на выходе АЦП 4 - в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) черно-белого изображения, являющийся и выходным сигналом самого датчика.Next, the monochrome video signal of the sensor, as in the prototype sensor, is converted at the output of the signal processor 3 into an analog composite video signal, and then at the output of the ADC 4 into a digital television signal (DTS) of black and white image, which is also the output signal of the sensor itself.

Техническим результатом заявляемого датчика можно считать получение одинакового показателя четкости монохромного изображения по всему пространству «кольцевого» кадра.The technical result of the proposed sensor can be considered to obtain the same clarity indicator of a monochrome image throughout the space of the "ring" frame.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства датчика цифрового монохромного видеосигнала освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of the digital monochrome video sensor device are mastered or can be mastered by the domestic industry.

Поэтому следует считать изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the invention should be considered consistent with the requirement of industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2555855, МПК H04N 7/00. Устройство панорамного наблюдения «день - ночь» и телевизионная камера для его реализации. / В.М. Смелков // Б.И. - 2015. - №19.1. RF patent No. 2555855, IPC H04N 7/00. A day-night panoramic observation device and a television camera for its implementation. / V.M. Smelkov // B.I. - 2015. - No. 19.

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. Патент РФ №2185645, МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.3. 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.

4. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие. / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.4. Tsytsulin A.K. Television and Space: A Study Guide. / Publishing house SPbGETU "LETI", 2003.

Claims

1. The device of the digital monochrome video signal sensor for a day-night panoramic television camera, which forms an “annular” image raster, transmitting a digital composite video signal of black and white image to the output and contains a “ring” photodetector, a “ring” block "Sweep and connected in series signal processor and analog-to-digital Converter (ADC), the output of which is the output of a digital television signal (DTS) sensor, while the" ring "photodetector, Filled with charge-coupled device (CCD) technology, it has a target crystal in the form of a silicon circular ring and consists of a charge-coupled photodetector region, an “annular” shift register and a charge-voltage converter (CPS) in series, moreover, on the photodetector region the lines of photosensitive elements, alternating with the lines of light-shielded elements, are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” located there y ”a shift register, the number of elements of which is equal to the number of elements in each“ ring ”line of the photodetector region, while the“ ring ”scan block consists of a time controller, a first level converter (PU), a second PU and a third PU, the first control input of the photodetector the area of the “ring” photodetector is connected to the output of the first control unit, the control input of the “circular” shift register of the “ring” photodetector is connected to the output of the second control unit, the control input of the overhead protection device of the “ring” photodetector is connected to the output of the third control unit, and the output d BPZN of the "ring" photodetector - to the information input of the signal processor, the exposure control output of which is connected to the control input of the temporary controller, the first output of which is connected to the input of the first control unit, the second output of the temporary controller - to the input of the second control unit, the third output of the temporary controller - to the input synchronization of the signal processor, and the fourth output of the temporary controller to the ADC clock input, characterized in that an aperture forming unit (BFA) is introduced into it, the information input of which is sub It is accessible to the fifth output of the temporary controller, the synchronizing input of the BFA to the sixth output of the temporary controller, and the output of the BFA to the input of the third PU, while the area of the photosensitive elements and the equal area of the screened elements on the photodetector are different from row to row, increasing as you move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the element of the "circular" shift register when the same area of the reading aperture is realized in the output video signal of the sensor, and the control period yayuschih pulses T _r, generated at the output of BPA is defined by the relation

where T _p - the reading period of the element in the "ring"photodetector;

n _m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the "ring" photodetector is equal to

where Δ ₁ and Δ _m are, respectively, the area of the photosensitive element for the first and current read lines in the "ring" photodetector.

2. The sensor device according to claim 1, characterized in that the "ring" photodetector is made of gallium arsenide.

3. The sensor device according to claim 1, characterized in that in the "ring" photodetector, the charge transfer electrodes on the photodetector region and in the "ring" shift register are made with a geometric shape in the form of a part of a circular ring.

4. The sensor device according to p. 1, characterized in that the BPA is made as part of a temporary controller unit "ring" scan.