RU2641287C1 - Television camera of colour image for panoramic computer scanning - Google Patents
Television camera of colour image for panoramic computer scanning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641287C1 RU2641287C1 RU2017103425A RU2017103425A RU2641287C1 RU 2641287 C1 RU2641287 C1 RU 2641287C1 RU 2017103425 A RU2017103425 A RU 2017103425A RU 2017103425 A RU2017103425 A RU 2017103425A RU 2641287 C1 RU2641287 C1 RU 2641287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- photodetector
- output
- scan
- television camera
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение имеет отношение к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС).The present invention relates to panoramic television scanning, which is performed by a computer system using a color image television camera based on a "ring" photodetector made by the technology of charge-coupled devices (CCD).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионную камеру цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования [1], содержащую последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) и фотоприемник (сенсор), который изготовлен по технологии ПЗС, имеет форму кольца и содержит на кристалле последовательно связанные зарядовой связью «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» регистр и блок преобразования «заряд-напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом в состав телевизионной камеры входит также блок механического сканирования сенсора, блок «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем блок механического сканирования сенсора кинематически связан с фотоприемником и осуществляет его механическое сканирование в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива, при этом первый выход блока «кольцевой» развертки подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области сенсора, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сенсора, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к управляющему входу блока «кольцевой» развертки, пятый выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования сенсора.The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a color television camera for panoramic computer scanning [1], containing sequentially located and optically coupled panoramic lens, infrared cut-off filter (IR-filter) and photodetector (sensor), which is made by CCD technology , has the shape of a ring and contains on the chip sequentially connected by a charge coupling a “ring” four-line photodetector region, a “ring” register, and charge-voltage (LPS), moreover, on the photodetector area, the lines of photosensitive elements alternate with lines of light-shielded elements, and the photodetector area itself is covered with a mosaic filter that separates the light into cyan, yellow, magenta and green components, while in the television The camera also includes a mechanical scanning unit for the sensor, a four-line “ring” scanning unit for the video signal, and a signal processor and an analog-to-digital converter (ADC) connected in series the output of which is the output of a television camera, and the mechanical scanning unit of the sensor is kinematically connected to the photodetector and carries out its mechanical scanning in the perpendicular direction relative to the fixed image plane of the panoramic lens, while the first output of the “circular” scan unit is connected respectively to the control inputs of the photodetector area of the sensor, the second output of the “ring” sweep block - to the control inputs of the “ring” sensor register, the third output of the “ring” block “sweep” scan — to the synchronization input of the signal processor, the fourth output of the “ring” scan block - to the ADC clock input, the output of the signal processor's exposure control is connected to the control input of the “ring” scan block, the fifth output of which is connected to the synchronization input of the sensor mechanical scan unit.
Для прототипа предполагается наличие следующих признаков:For the prototype, the following features are expected:
- площадь светочувствительных элементов и соответственно площадь экранированных элементов на «кольцевой» мишени фотоприемника от строки к строке одинакова;- the area of the photosensitive elements and, accordingly, the area of the shielded elements on the "ring" target of the photodetector from row to row is the same;
- БПЗН фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.- The SPS of the photodetector is organized as a "floating diffusion region" [2], and therefore has a control input that provides an elementwise voltage drop of the generated video signal.
Недостаток прототипа - переменная величина (вдоль строк) разрешающей способности изображения, формируемого четырехстрочным «кольцевым» фотоприемником в пределах кадра, которая изменяется в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии сенсора из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами (пикселами), имеющими одинаковый показатель по геометрической площади,The disadvantage of the prototype is a variable value (along the lines) of the resolution of the image formed by the four-line "ring" photodetector within the frame, which changes in the direction of decreasing towards the outer periphery of the sensor due to the increasing gap between its photosensitive elements (pixels) having the same geometric area indicator,
Задачей изобретения является выравнивание разрешающей способности изображения телевизионной камеры.The objective of the invention is to equalize the resolution of the image of the television camera.
Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере решается тем, что в устройство телевизионной камеры прототипа [1], содержащее последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, ИК-фильтр и фотоприемник (сенсор), который изготовлен по технологии ПЗС, имеет форму кольца и содержит на кристалле последовательно связанные зарядовой связью «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область (мишень), «кольцевой» регистр и БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама мишень накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом в состав телевизионной камеры входит также блок механического сканирования сенсора, блок «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем блок механического сканирования сенсора кинематически связан с фотоприемником и осуществляет его механическое сканирование в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива, при этом первый выход блока «кольцевой» развертки подключен соответственно к управляющим входам мишени сенсора, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сенсора, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к первому управляющему входу блока «кольцевой» развертки, пятый выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования сенсора, введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к выходу импульсов сброса блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - ко второму управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Тr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:The problem in the inventive television camera is solved by the fact that in the prototype television camera device [1], containing sequentially located and optically coupled panoramic lens, an IR filter and a photodetector (sensor), which is made by CCD technology, has the shape of a ring and contains on a crystal successively connected by a charge-coupled “ring” four-line photodetector region (target), a “ring” register, and an SPS, moreover, on the photodetector region, the line of photosensitive elements alternate with the line kami elements shielded from light, and the target itself is covered with a mosaic filter that separates the light into blue, yellow, magenta and green components, while the television camera also includes a mechanical scanning unit for the sensor, a four-line “ring” scan unit of the video signal and connected in series with each other a signal processor and ADC, the output of which is the output of a television camera, and the mechanical scanning unit of the sensor is kinematically connected to the photodetector and implements it mechanically scanning in the perpendicular direction relative to the fixed image plane of the panoramic lens, with the first output of the “circular” scan unit connected respectively to the control inputs of the sensor target, the second output of the “circular” scan unit to the control inputs of the “circular” register of the sensor, the third output of the block ring "sweep - to the input of the synchronization of the signal processor, the fourth output of the block" ring "sweep - to the clock input of the ADC, the output of the exposure control of the signal processor connected to the first control input of the “circular” scan unit, the fifth output of which is connected to the synchronization input of the mechanical scanning unit of the sensor, an aperture forming unit (BFA) is introduced, the information input of which is connected to the output of the reset pulses of the “circular” scan unit, the synchronizing input of the BFA is connected to the corresponding output of the “circular” scan unit, and the BFA output to the second control input of the “circular” scan unit, while the period of the control pulses T r generated at the BFA output is determined by ratio:
где Тр - период считывания элемента в фотоприемнике;where T p - the reading period of the element in the photodetector;
nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в фотоприемнике равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the photodetector is equal to the ratio:
где Δl - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в фотоприемнике;where Δ l is the area of the photosensitive element for the first read line in the photodetector;
Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике,Δ m is the area of the photosensitive element for the current read line in the photodetector,
при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела его «кольцевого» регистра.the area of the photosensitive elements on the target of the photodetector, which coincides with the area of the corresponding “windows” of the mosaic color filter, and the area of the corresponding shielded elements on the target of the photodetector from row to row is different, increasing in the direction along the “annular” row as it moves to the outer periphery to the maximum a value not exceeding the pixel area of its “circular” register.
По отношению к прототипу [1] заявляемая телевизионная камера отличается введением нового блока - БФА, а также реализацией на мишени фотоприемника светочувствительных элементов и «окон» мозаичного фильтра, которые могут различаться величиной их геометрической площади.In relation to the prototype [1], the claimed television camera is distinguished by the introduction of a new unit - BFA, as well as the implementation on the target of the photodetector of photosensitive elements and "windows" of the mosaic filter, which may vary in their geometric area.
Совокупность известных и новых признаков для этого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The set of known and new features for this device is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Заявляемая телевизионная камера, как и в прототипе [1], формирует на выходе цветной цифровой телевизионный сигнал «кольцевого» изображения.The inventive television camera, as in the prototype [1], generates a color digital television signal of the "ring" image at the output.
Выполнение поставленной задачи, а именно выравнивания разрешающей способности цветного изображения, осуществляется путем организации управления зарядовым считыванием в «кольцевом» растре фотоприемника с одинаковой величиной площади апертуры для различных по площади светочувствительных элементов сенсора.The fulfillment of the task, namely, alignment of the resolution of the color image, is carried out by organizing charge reading control in the "ring" raster of the photodetector with the same aperture area for photosensitive sensor elements of different sizes.
Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, the proposed solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - телевизионной камеры в составе компьютерной системы панорамного телевизионного сканирования цветного изображения; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 приведена конструкция «кольцевого» регистра фотоприемника, у которого электроды переноса выполнены в виде части кругового кольца; на фиг. 6 - предлагаемое оператору панорамное изображение текущего «кольцевого» кадра в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 7, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 8 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой «кольцевого» фотоприемника.In FIG. 1 shows a structural diagram of the claimed invention - a television camera as part of a computer system for panoramic television scanning of color images; in FIG. 2 shows the circuit organization of the 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 [3], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. 5 shows the design of the “annular” register of the photodetector, in which the transfer electrodes are made as part of a circular ring; in FIG. 6 - a panoramic image of the current “ring” frame proposed to the operator in the form of a sequence of 6 “rectangular” frames; in FIG. 7, according to [2, p. 19], a structural diagram of the BPS with the organization "floating diffusion region" is presented; in FIG. Figure 8 shows a plot of the output signal of BFA, which performs the control of the aperture of the "ring" photodetector.
Заявляемая телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования, см. фиг. 1, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, ИК-фильтр 1-2 и фотоприемник 1-3, который имеет форму кругового кольца, см. фиг. 2, и содержит на кристалле последовательно связанные зарядовой связью «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область 1-3-1, «кольцевой» регистр 1-3-2 и БПЗН 1-3-3, при этом на мишени 1-3-линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, а число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а сама мишень накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. 3, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входят также следующие блоки: блок 1-4 механического сканирования сенсора, блок 1-5 «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-6, АЦП 1-7 и БФА 1-8; выход БПЗН 1-3-3 фотоприемника подключен к информационному входу сигнального процессора 1-6, соединенному последовательно с АЦП 1-7, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем блок 1-4 кинематически связан с фотоприемником 1-3 и осуществляет его механическое сканирование (с шагом, равным ширине четырех строк) в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива 1-1; первый выход блока 1-5 подключен соответственно к управляющим входам мишени 1-3-1 сенсора, второй выход блока 1-5 - к управляющим входам «кольцевого» регистра 1-3-2 сенсора, третий выход блока 1-5 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-6, четвертый выход блока 1-5 - к тактовому входу АЦП 1-7, выход управления экспозицией сигнального процессора 1-6 подключен к первому управляющему входу блока 1-5, пятый выход которого подключен к входу синхронизации блока 1-4; информационный вход БФА 1-8 подключен к выходу импульсов сброса блока 1-5, синхронизирующий вход БФА 1-8 - к соответствующему выходу блока 1-5, а выход БФА 1-8 - ко второму управляющему входу блока 1-5.The inventive color image television camera for panoramic computer scanning, see FIG. 1 comprises consecutively located and optically coupled panoramic lens 1-1, an IR filter 1-2, and a photodetector 1-3, which has the shape of a circular ring, see FIG. 2, and it contains a “ring” four-line photodetector region 1-3-1, a “ring” register 1-3-2, and an SPS 1-3-3, sequentially connected by charge communication on a crystal, with a 1-3-line of photosensitive and 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 number of elements in each “ring” line of the photodetector is equal to the number of elements in the “ring” register, and the target itself is covered with a mosaic color filter, which is “ring” “in shape”, see FIG. 3, which separates the luminous flux incident on the photosensitive elements, respectively, on its cyan, yellow, magenta and green components; the television camera also includes the following blocks: block 1-4 of the mechanical scanning of the sensor, block 1-5 of the "ring" four-line scan of the video signal, the signal processor 1-6, ADC 1-7 and BFA 1-8; the output of BPZN 1-3-3 of the photodetector is connected to the information input of the signal processor 1-6, connected in series with the ADC 1-7, the output of which is the output of the television camera, and block 1-4 is kinematically connected to the photodetector 1-3 and carries out its mechanical scanning (with a step equal to the width of four lines) in the perpendicular direction relative to the fixed image plane of the panoramic lens 1-1; the first output of block 1-5 is connected respectively to the control inputs of the target 1-3-1 of the sensor, the second output of block 1-5 is connected to the control inputs of the "ring" register 1-3-2 of the sensor, the third output of block 1-5 is connected to the synchronization input signal processor 1-6, the fourth output of block 1-5 is to the ADC 1-7 clock input, the exposure control output of signal processor 1-6 is connected to the first control input of block 1-5, the fifth output of which is connected to the synchronization input of block 1-4 ; the information input of BFA 1-8 is connected to the output of the reset pulses of block 1-5, the synchronizing input of BFA 1-8 is connected to the corresponding output of block 1-5, and the output of BFA 1-8 is connected to the second control input of block 1-5.
Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе [1], 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 из Московского государственного университета геодезии и картографии [3].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype [1], is intended 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 from Moscow State University of Geodesy and Cartography [3].
Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 4. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.
Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемников в пользу кругового кольца.The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens confirms the advisability of choosing the shape of the photodetectors in favor of a circular ring.
ИК-фильтр 1-2, как и в прототипе [1], изменяет спектральную характеристику «кольцевого» фотоприемника 1-3, обеспечивая необходимое согласование со спектральной чувствительностью человеческого глаза.The IR filter 1-2, as in the prototype [1], changes the spectral characteristic of the "ring" photodetector 1-3, providing the necessary agreement with the spectral sensitivity of the human eye.
ИК-фильтр 1-2 может быть выполнен в составе панорамного объектива 1-1 или интегрирован непосредственно в «кольцевой» фотоприемник 1-3.The IR filter 1-2 can be made as part of a panoramic lens 1-1 or integrated directly into the "ring" photodetector 1-3.
Фотоприемник 1-3, выполненный по технологии ПЗС, см. фиг. 2-3, реализует «кольцевую» развертку четырех строк зарядового изображения на фотоприемной области 1-3-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-3-2 и формированием на выходе БПЗН 1-3-3 напряжения цветного видеосигнала в аналоговой форме. При этом в течение одного интервала происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-3-1. В течение кратковременного промежутка последующего интервала 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 1-3-1.Photodetector 1-3 made according to CCD technology, see FIG. 2-3, implements a "circular" scan of four lines of the charge image on the photodetector region 1-3-1, followed by element-by-element reading of charges in the "ring" register 1-3-2 and the formation of the voltage of the color video signal at the output of the CPS 1-3-3 analog form. Moreover, during one interval, 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 1-3-1. During a short period of the subsequent interval, 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 1-3-1.
Затем фотозатвор закрывается и в новом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем цикле зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в промежуточных интервалах новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-3-2.Then the shutter closes and in a new cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the charge packets accumulated in the previous cycle are transferred in radial directions to the periphery of the photodetector crystal, loading the “1-3” register in new intervals with new charges.
Фотоприемник является единственным сенсором видеосигнала цветного изображения, в котором благодаря применению цветного «кольцевого» фильтра пикселы ПЗС становятся чувствительными к голубой (Су), желтой (Ye), пурпурной (Mg) и зеленой (G) цветовым составляющим. Конструкция этого фотоприемника представлена на фиг. 3.The photodetector is the only color image video sensor in which, thanks to the use of a color “ring” filter, CCD pixels become sensitive to cyan (Su), yellow (Ye), magenta (Mg) and green (G) color components. The design of this photodetector is shown in FIG. 3.
Здесь используется известный принцип цветного телевидения, утверждающий, что для успешного восстановления цвета, помимо сигнала яркости (Y), достаточно всего двух дополнительных сигналов. Имеются в виду сигнал цветовой разности красного (R-Y) и сигнал цветовой разности синего (В-Y).It uses the well-known principle of color television, which states that for successful color recovery, in addition to the brightness signal (Y), just two additional signals are enough. This refers to the red color difference signal (R-Y) and the blue color difference signal (B-Y).
Как и в прототипе [1], в заявляемой телевизионной камере реализуется режим накопления поля. Это означает, что перед считыванием в «кольцевом» регистре 1-3-2 зарядовые пакеты соседних (в радиальном направлении) пикселов фотомишени объединяются попарно. Причем выполняется эта процедура раздельно для нечетных «кольцевых» строк (первой и третьей) и соответственно четных «кольцевых» строк (второй и четвертой) формируемого изображения «кольцевого» кадра.As in the prototype [1], in the inventive television camera implements the field accumulation mode. This means that before reading in the “ring” register 1-3-2, the charge packets of neighboring (in the radial direction) photo-target pixels are combined in pairs. Moreover, this procedure is performed separately for the odd "ring" lines (first and third) and, accordingly, even "ring" lines (second and fourth) of the generated image of the "ring" frame.
Поэтому, как и в прототипе [1], первая строка содержит попарные отсчеты: (Mg+Су), (G+Ye), (Mg+Сy), (G+Ye). Аналогичные отсчеты будет содержать и третья строка.Therefore, as in the prototype [1], the first line contains pairwise samples: (M g + C y ), (G + Y e ), (M g + C y ), (G + Y e ). The third line will contain similar readings.
А вторая строка содержит попарные отсчеты: (Сy+G), (Ye+Mg), (Су+G), (Ye+Mg). Аналогичные отсчеты будет содержать и четвертая строка.And the second line contains pairwise samples: (C y + G), (Y e + M g ), (C y + G), (Y e + M g ). The fourth row will contain similar readings.
Для получения яркостного сигнала для нечетной строки производится операция по алгоритму, который заключается в том, что выполняются задержка на элемент разложения, совпадающая по времени с промежутком «кольцевого» поворота зарядов, и суммирование попарных отсчетов:To obtain a brightness signal for an odd line, an operation is performed according to the algorithm, which consists in the fact that a delay is performed on the decomposition element, which coincides in time with the gap of the “ring” rotation of charges, and the summation of pairwise readings:
Коэффициент Ѕ в формуле (3) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах.Coefficient Ѕ in the formula (3) returns the “debt” acquired by summing the charges in pairwise readings.
Очевидно, что выражение (3) можно представить так:Obviously, expression (3) can be represented as follows:
Применив аналогичный алгоритм для четной строки, получим следующее выражение для яркостного сигнала:Applying a similar algorithm for an even line, we obtain the following expression for the luminance signal:
Аналогично представим выражение (5) в основных цветах:Similarly, we represent the expression (5) in primary colors:
Выражения (4) и (6) показывают, что яркостный сигнал для нечетной и четной строки одинаков.Expressions (4) and (6) show that the luminance signal for the odd and even line is the same.
Для получения цветоразностного сигнала синего (В-Y) выполняется операция по другому алгоритму, который заключается в том, что для нечетной строки выполняется задержка по времени на элемент разложения и вычитание попарных отсчетов:To obtain the color difference signal blue (B-Y), an operation is performed according to another algorithm, which consists in the fact that for an odd line, a time delay is performed on the decomposition element and subtraction of pairwise samples:
Для получения цветоразностного сигнала красного (R-Y) выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четной строки:To obtain the color difference signal red (R-Y), the operation is performed according to an algorithm similar to the receipt of the color difference signal blue, but as applied to an even line:
Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.These two color difference signals, together with the luminance signal, are mixed into the CVBS signal in the PAL system. Let us explain that CVBS is an abbreviation of English words: “composite video bar signal”, i.e. full video signal.
Необходимо отметить, что для «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры электроды переноса на мишени 1-3-1 и в «кольцевом» регистре 1-3-2, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.It should be noted that for the “ring” photodetector of a television camera, the transfer electrodes on the targets 1-3-1 and in the “ring” register 1-3-2, as well as light “windows” for the “ring” mosaic filter can be made with a geometric shape not as a rectangle, but as part of a circular ring.
В качестве примера на фиг. 5 показана конструкция «кольцевого» регистра 1-3-2 фотоприемника с такими электродами переноса.As an example in FIG. 5 shows the design of the “annular” register 1-3-2 of the photodetector with such transfer electrodes.
На фиг. 7 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-3 с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала, см. например, [2]. На этом чертеже приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2, Uф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-3; Uвых3 - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.In FIG. Figure 7 shows a possible block diagram of the CCD “ring” photodetector 1-3 with the organization “floating diffusion region”, which completely coincides with the scheme currently used in CCD arrays for realization of rectangular scanning of a video signal, see, for example, [2]. 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 1-2-3; U o3 - 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 Тr, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-3-3.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 1-3-3.
Блок формирования апертуры (БФА) 1-7 предназначен для управления считывающей апертурой фотоприемника 1-3 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3-3. 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) 1-7 is designed to control the reading aperture of the photodetector 1-3 when the element-by-element video signal voltage is removed in the BPZN 1-3-3. 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 Тr, вырабатываемая на выходе БФА 1-7, представлена на фиг. 8. Фотоприемник 1-3 содержит на мишени четыре «кольцевые» строки. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тс1, а последняя строка - как Тс4.The plot of the output signal T r generated at the output of BFA 1-7 is shown in FIG. 8. Photodetector 1-3 contains four “ring” lines on the target. In this diagram, the first line is indicated as T c1 , and the last line is indicated as T c4 .
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 Тr1, а период управляющих импульсов для последней (четвертой) «кольцевой» строки - Тr4. Период Тr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Тр, а период считывания Тr4 - самым большим, который равен nТt.The period of control pulses for the first “ring” line is indicated by T r1 , and the period of control pulses for the last (fourth) “ring” line is indicated by T r4 . The period T r1 is the smallest and is equal to the reading period of the element T p , and the reading period T r4 is the largest, which is equal to nT t .
Коэффициент n в последнем выражении определяется целым числом из соотношения:The coefficient n in the last expression is determined by an integer from 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 reading line in the "ring"photodetector;
Δ4 - площадь светочувствительного элемента для четвертой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.Δ 4 is the area of the photosensitive element for the fourth reading line in the "ring" photodetector.
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».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.
Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.Therefore, this charge addition cannot be an additional source of noise for the video signal at the output of the television camera.
БФА 1-7 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-7 может быть выполнен в составе блока 1-5 «кольцевой» развертки.BFA 1-7 in practice can be implemented using the classic set of technical means (logical elements) of digital electronics. Obviously, BFA 1-7 can be performed as part of the block 1-5 "ring" scan.
Блок 1-5 «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-6 и АЦП 1-7 целесообразно выполнить с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции, в т.ч. и программируемого комплекта, предназначенного для обслуживания цветных матриц ПЗС.Block 1-5 of the "ring" four-line scan of the video signal, the signal processor 1-6 and the ADC 1-7, it is advisable to perform using a set of specialized microcircuits with a high level of integration, including and a programmable kit designed to service CCD color matrices.
Блок 1-4 механического сканирования сенсора предназначен для выполнения пошагового перемещения фотоприемника 1-2 с интервалом по расстоянию, равным ширине четырех его «кольцевых» строк. По физике работы такое перемещение является электромеханическим.Block 1-4 of the mechanical scanning of the sensor is designed to perform step-by-step movement of the photodetector 1-2 with an interval of distance equal to the width of its four "ring" lines. In physics of work, such a movement is electromechanical.
Важно отметить, что для исключения возникновения вертикального смаза формируемого цветного изображения временной промежуток шагового перемещения фотоприемника должен быть достаточно малым относительно интервала накопления зарядов на фотомишени.It is important to note that to exclude the occurrence of a vertical smear of the color image being formed, the time interval of the step-by-step movement of the photodetector should be sufficiently small relative to the interval of charge accumulation on the target.
Очевидно, что при проектировании телевизионной камеры фотоприемник 1-3 может быть выполнен в составе блока 1-4.It is obvious that when designing a television camera, the photodetector 1-3 can be made as a part of block 1-4.
БФА 1-7 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-7 может быть выполнен в составе блока 1-5 «кольцевой» развертки.BFA 1-7 in practice can be implemented using the classic set of technical means (logical elements) of digital electronics. Obviously, BFA 1-7 can be performed as part of the block 1-5 "ring" scan.
Рассмотрим работу заявляемой телевизионной камеры цветного изображения в составе компьютерной системы панорамного сканирования, как это предложено в прототипе [1], см. фиг. 1. Система содержит телевизионную камеру в позиции 1 и сервер 2 в позиции, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3.Consider the operation of the inventive television camera color image as part of a panoramic panoramic computer system, as proposed in the prototype [1], see Fig. 1. The system comprises a television camera in position 1 and a server 2 in position, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected in position 3.
Панорамный объектив 1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение контролируемой сцены, проецируя его через ИК-фильтр 1-2 на мишень 1-3-1 фотоприемника телевизионной камеры. Фотоприемник 1-3 (см. фиг. 2) в неподвижном состоянии реализует зарядовое накопление оптического изображения на мишени 1-3-1, а затем выполняет «кольцевую» четырехстрочную развертку накопленной зарядовой «картины» с поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре 1-3-2 и формированием на выходе БПЗН 1-3-3 напряжения видеосигнала в аналоговой форме.Panoramic lens 1-1 forms an “annular” optical image of the controlled scene, projecting it through an IR filter 1-2 onto the target 1-3-1 of the photodetector of a television camera. Photodetector 1-3 (see Fig. 2) in a stationary state implements charge accumulation of an optical image on a target 1-3-1, and then performs a “ring” four-line scan of the accumulated charge “picture” with element-wise reading of charge packets in the “ring” register 1-3-2 and the formation of the output voltage BPS 1-3-3-3 voltage of the video signal in analog form.
В результате последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал цветного изображения для одной «кольцевой» строки реконструируемого растра. По интерфейсу (например, USB 2,0) в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал этой «кольцевой» строки фотоприемника 1-3, а затем и видеосигнал других «кольцевых» строк при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину четырех строк его мишени.As a result of the subsequent analog-to-digital conversion of the video signal at the output of the television camera 1, a digital television signal of a color image is generated for one “ring” line of the reconstructed raster. Using the interface (for example, USB 2.0), the digital video signal of this “ring” line of photodetector 1-3 will be transmitted to the RAM of server 2, and then the video signal of other “ring” lines when the photodetector itself is moved stepwise four lines wide of its target.
В итоге в оперативную память сервера 2 будет занесена видеоинформация о «кольцевом» кадре, полученном при помощи «сканерной» записи составляющих его «кольцевых» строк.As a result, video information about the “circular” frame obtained using the “scanner” recording of the “circular” lines constituting it will be recorded in the RAM of server 2.
Допустим, что, как и в прототипе, горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного изображения составляет 60 градусов.Suppose that, as in the prototype, the horizontal angle of the field of view (γ g ) of the presented panoramic image is 60 degrees.
Тогда должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.Then it should be provided that 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.
Предположим, что полное число «кольцевых» строк в «кольцевом» кадре составляет m. Необходимость разнесения во времени процесса накопления зарядов в фотоприемнике и процесса шагового перемещения сенсора определяет режим формирования «кольцевого» кадра как медленный, т.е. малокадровый.Suppose that the total number of “ring” lines in a “ring” frame is m. The need for time diversity of the process of accumulation of charges in the photodetector and the process of stepwise movement of the sensor determines the mode of formation of the "ring" frame as slow, i.e. small frame.
Далее, как и в прототипе, в сервере 2 осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры вещательного телевидения и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.Further, as in the prototype, in the server 2, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted into the usual “rectangular” frames of broadcast television and the ability to provide this information at the network output of the server 2.
Поэтому цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) операторам компьютеров 3.Therefore, the digital video recording signal for each "ring" image frame is converted into 6 "rectangular" frames, which can be offered in the form of a selected sequence (see Fig. 6) to computer operators 3.
Это означает, что в реальном масштабе времени может быть реализован контроль шести изображений с одинаковой по полю и повышенной четкостью наблюдаемой «картины».This means that real-time control of six images can be implemented with the same field and increased clarity of the observed "picture".
В настоящее время все элементы структурной схемы телевизионной камеры цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of a color television television camera for panoramic computer scanning are 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 №2579003, МПК H04N 7/00, H04N 5/225. Устройство компьютерной системы для панорамного сканирования цветного изображения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2016. - №9.1. RF patent No. 2579003, IPC H04N 7/00, H04N 5/225. A computer system device for panoramic scanning of a color image. / V.M. Smelkov // B.I. - 2016. - No. 9.
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 // 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.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103425A RU2641287C1 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Television camera of colour image for panoramic computer scanning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103425A RU2641287C1 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Television camera of colour image for panoramic computer scanning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2641287C1 true RU2641287C1 (en) | 2018-01-17 |
Family
ID=68235749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017103425A RU2641287C1 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Television camera of colour image for panoramic computer scanning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2641287C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2675245C1 (en) * | 2018-02-26 | 2018-12-18 | Вячеслав Михайлович Смелков | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU621123A1 (en) * | 1975-07-04 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я В-8584 | Optomechanical scanning device |
US4554585A (en) * | 1983-08-12 | 1985-11-19 | Rca Corporation | Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems |
US5166511A (en) * | 1989-05-08 | 1992-11-24 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Radiaton-sensitive sensor having a plurality of radiation sensitive elements arranged substantially circular with radially decreasing density |
SU1804273A1 (en) * | 1987-11-04 | 1996-10-10 | Производственное объединение "Азовский оптико-механический завод" | Optomechanical sweep method |
US6426774B1 (en) * | 1996-06-24 | 2002-07-30 | Be Here Corporation | Panoramic camera |
US7259788B1 (en) * | 2002-01-28 | 2007-08-21 | Pixim, Inc. | Image sensor and method for implementing optical summing using selectively transmissive filters |
US20110090335A1 (en) * | 2009-10-21 | 2011-04-21 | Yi-Jen Cheng | Surveillance camera capable of recording color or monochrome images based on time settings |
RU2579003C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Computer system device for panoramic colour image scanning |
-
2017
- 2017-04-21 RU RU2017103425A patent/RU2641287C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU621123A1 (en) * | 1975-07-04 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я В-8584 | Optomechanical scanning device |
US4554585A (en) * | 1983-08-12 | 1985-11-19 | Rca Corporation | Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems |
SU1804273A1 (en) * | 1987-11-04 | 1996-10-10 | Производственное объединение "Азовский оптико-механический завод" | Optomechanical sweep method |
US5166511A (en) * | 1989-05-08 | 1992-11-24 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Radiaton-sensitive sensor having a plurality of radiation sensitive elements arranged substantially circular with radially decreasing density |
US6426774B1 (en) * | 1996-06-24 | 2002-07-30 | Be Here Corporation | Panoramic camera |
US7259788B1 (en) * | 2002-01-28 | 2007-08-21 | Pixim, Inc. | Image sensor and method for implementing optical summing using selectively transmissive filters |
US20110090335A1 (en) * | 2009-10-21 | 2011-04-21 | Yi-Jen Cheng | Surveillance camera capable of recording color or monochrome images based on time settings |
RU2579003C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-27 | Вячеслав Михайлович Смелков | Computer system device for panoramic colour image scanning |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2675245C1 (en) * | 2018-02-26 | 2018-12-18 | Вячеслав Михайлович Смелков | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11678075B2 (en) | Image sensor that includes sensing pixels sharing a floating diffusion node and operation method thereof | |
CN111405204B (en) | Image acquisition method, imaging device, electronic device, and readable storage medium | |
WO2021212763A1 (en) | High-dynamic-range image processing system and method, electronic device and readable storage medium | |
WO2021223364A1 (en) | High-dynamic-range image processing system and method, electronic device, and readable storage medium | |
RU2611421C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
RU2625163C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
WO2022007215A1 (en) | Image acquisition method, camera assembly, and mobile terminal | |
RU2633758C1 (en) | Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system | |
RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
RU2641287C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer scanning | |
RU2640756C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
RU2675245C1 (en) | Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image | |
RU2641284C1 (en) | Television camera of colour image for panoramic computer observation | |
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 | |
RU2631830C1 (en) | Computer system of panoramic television observation | |
RU2579003C1 (en) | Computer system device for panoramic colour image scanning | |
CN111835971B (en) | Image processing method, image processing system, electronic device, and readable storage medium | |
RU2611426C1 (en) | Videosignal sensor of primary colours for panoramic television surveillance of colour images | |
RU2600308C1 (en) | Device of computer system for panoramic television surveillance | |
RU2564678C1 (en) | Computer system for high-sensitivity panoramic video surveillance | |
WO2022226702A1 (en) | Image processing method, imaging processing apparatus, electronic device, and storage medium | |
RU2579002C1 (en) | Computer system device for panoramic scanning of monochromatic image | |
RU2611424C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
RU2570348C1 (en) | Computer system for panoramic colour image television surveillance |