RU2657451C1

RU2657451C1 - Method for forming video signal in a “ring” photodetector for computer system of panoramic television surveillance

Info

Publication number: RU2657451C1
Application number: RU2017125433A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Смелков
Original assignee: Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2018-06-14

Abstract

FIELD: video monitoring.

SUBSTANCE: invention relates to television technology and is oriented towards the use of panoramic surveillance in all-around television cameras, which are based on "ring" television sensors using the technology of charge-coupled devices (CCD) and are designed to work in conditions of possible light overloads at the monitoring facility. Result is achieved by the fact that the cameras provide simultaneously a surround-view of the situation in a area close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in the elevation angle, the frame transfer of the information charges from the target to the memory section is carried out in the final interval of the interval of the retrace of the classical (rectangular) frame sweep, with the corresponding time delay of the accumulation time of the information charges, and in the interval period of classical frame unfolding reverse course, preceding the transfer of information charges, purge the memory section of parasitic charges by moving them with the frequency of frame transfer to the "ring" shift register and/or by removing spurious charges in the substrate of the "ring" photodetector by the technological organization of the anti-brewing region and the electronic shutter in its memory section.

EFFECT: expansion of the dynamic range of the "ring" photodetector.

1 cl, 10 dwg

Description

Предлагаемое изобретение на способ относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах панорамного наблюдения, которые выполнены на базе «кольцевых» телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и предназначены для работы в условиях возможных световых перегрузок на объекте контроля. Эти камеры осуществляют одновременно круговой обзор обстановки в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The present invention relates to a method for television technology and is focused on the use of panoramic cameras in television cameras, which are made on the basis of "ring" television sensors using charge-coupled device (CCD) technology and are designed to operate under conditions of possible light overloads at the monitoring object. These cameras simultaneously perform a circular overview of the situation in the region close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ формирования видеосигнала, в «кольцевом» фотоприемнике для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], заключающийся в том, что в «кольцевом» фотоприемнике, выполненном по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), который имеет кристалл в виде кругового кольца и содержит в его пределах «кольцевую» мишень, «кольцевую» секцию памяти, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), причем всю площадь мишени фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, при этом линейки светочувствительных элементов мишени и линейки элементов экранированной от света секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, число «кольцевых» строк, сформированных на мишени фотоприемника, равно числу «кольцевых» строк, образованных на его секции памяти, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, причем площадь светочувствительных и экранированных элементов на фотоприемной области одинакова по величине в каждой «кольцевой» строке и от строки к строке по мере движения к внешней периферии фотоприемника, в котором накапливают с периодом кадров информационные заряды на светочувствительных элементах мишени, осуществляют «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени, выполняя при этом следующие операции, а именно: перенос информационных зарядов с частотой кадрового переноса из мишени в секцию памяти, построчный перенос информационных зарядов из секции памяти в «кольцевой» регистр сдвига в интервале обратного хода классической (прямоугольной) строчной развертки, а в интервале прямого хода классической строчной развертки - поэлементный перенос информационных зарядов из «кольцевого» регистра сдвига в БПЗН с одновременным преобразованием заряда в напряжение видеосигнал, причем на мишени в интервале между кадровым переносом текущего кадра и циклом накопления последующего кадра отводят избыточные заряды в подложку фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора на мишени.The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a method of generating a video signal in the "ring" photodetector for a computer system for panoramic television surveillance [1], which consists in the fact that in the "ring" photodetector made by the technology of devices with charge coupling (CCD) , which has a crystal in the form of a circular ring and contains within it a “ring” target, a “ring” section of memory, a “ring” shift register, ending with a charge-voltage converter (BPS), etc. than the entire area of the target of the photodetector is occupied by lines of photosensitive elements that are directly and sequentially connected by charge communication with the lines of elements of the memory section, while the lines of photosensitive elements of the target and the lines of elements of the light-shielded memory section are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “circular” shift register located there, the number of “circular” lines formed on the target of the photodetector is equal to the “ring” lines formed on its memory section, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section of the photodetector is equal to the number of elements in its “ring” shift register, and the area of photosensitive and shielded elements is the photodetector region is the same in size in each “annular” row and from row to row as it moves to the outer periphery of the photodetector, in which information charges are accumulated on the photosensitive elements of the target with a period of frames, they carry out a “circular” scan of the charge image on the target, performing the following operations, namely: transferring information charges with a frame transfer frequency from the target to the memory section, progressive transfer of information charges from the memory section to the “ring” shift register in the interval of the reverse stroke of the classical (rectangular) horizontal scanning, and in the interval of the direct stroke of the classical horizontal scanning - the element-by-element transfer of information charges from the "circular" shift register to the CPS with simultaneous conversion Niemi charge voltage in the video signal, wherein at the target in the interval between the personnel transfer the current frame and the subsequent frame cycle accumulation withdrawn excess charges into the substrate by the photodetector technological organization antiblyumingovoy region and the electronic shutter on the target.

Бесспорным достоинством фотоприемника прототипа [1] является реализация его «кольцевой» развертки при помощи импульсных сигналов управления, которые применяются в матрице ПЗС, имеющей схемотехническую организацию «кадровый перенос» и соответствующий формат. Это означает унификацию управления и соблюдение привязки (по времени) управляющих сигналов «кольцевого» фотоприемника к импульсам классической (прямоугольной) развертки изображения по строкам и кадрам.The indisputable advantage of the prototype photodetector [1] is the implementation of its “ring” sweep using pulse control signals, which are used in the CCD matrix, which has the “personnel transfer” circuitry and the corresponding format. This means the unification of control and compliance with the binding (in time) of the control signals of the "ring" photodetector to the pulses of the classical (rectangular) scan of the image in rows and frames.

За счет технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора на мишени фотоприемника прототипа [1] предусматривается возможность организации автоматического управления длительностью кадрового накопления информационных зарядов в зависимости от освещенности сцены наблюдаемой сцены.Due to the technological organization of the anti-blooming area and the electronic shutter on the target of the prototype photodetector [1], it is possible to automatically control the duration of the personnel accumulation of information charges depending on the illumination of the scene of the observed scene.

Недостатком способа формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике прототипа является ограниченный динамический диапазон сенсора, что при мощных световых перегрузках на объекте может приводить даже к полному заплыванию формируемого изображения.The disadvantage of the method of generating a video signal in the "ring" photodetector of the prototype is the limited dynamic range of the sensor, which with powerful light overloads on the object can even lead to a complete swimming of the generated image.

Задача настоящего изобретения - расширение динамического диапазона «кольцевого» фотоприемника.The objective of the present invention is the expansion of the dynamic range of the "ring" photodetector.

Поставленная задача в заявляемом способе формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в «кольцевом» фотоприемнике прототипа, выполненном по технологии ПЗС, который имеет кристалл в виде кругового кольца и содержит в его пределах «кольцевую» мишень, «кольцевую» секцию памяти, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся преобразователем «заряд - напряжение» (БПЗН), причем всю площадь мишени фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, при этом линейки светочувствительных элементов мишени и линейки элементов экранированной от света секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, число «кольцевых» строк, сформированных на мишени фотоприемника, равно числе «кольцевых» строк, образованных на его секции памяти, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, причем площадь светочувствительных и экранированных элементов на фотоприемной области одинакова по величине в каждой «кольцевой» строке и от строки к строке по мере движения к внешней периферии фотоприемника накапливают с периодом кадров информационные заряды на светочувствительных элементах мишени, осуществляют «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени, выполняя при этом следующие операции, а именно: перенос информационных зарядов с частотой кадрового переноса из мишени в секцию памяти, построчный перенос информационных зарядов из секции памяти в «кольцевой» регистр сдвига в интервале обратного хода классической (прямоугольной) строчной развертки, а в интервале прямого хода классической строчной развертки - поэлементный перенос информационных зарядов из «кольцевого» регистра сдвига в БПЗН с одновременным преобразованием заряда в напряжение видеосигнал, причем на мишени в интервале между кадровым переносом текущего кадра и циклом накопления последующего кадра отводят избыточные заряды в подложку фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора на мишени, отличающийся от прототипа [1] тем, что в процессе получения сигнала изображения кадровый перенос информационных зарядов из мишени в секцию памяти осуществляют на заключительном промежутке интервала обратного хода классической (прямоугольной) кадровой развертки с выполнением соответствующей временной задержки длительности накопления информационных зарядов, а в промежутке интервала обратного хода классической кадровой развертки, предшествующем переносу информационных зарядов, осуществляют очистку секции памяти от паразитных зарядов за счет их перемещения с частотой кадрового переноса в «кольцевой» регистр сдвига и/или за счет отвода паразитных зарядов в подложку «кольцевого» фотоприемника путем технологической организации антиблюминговой области и электронного затвора в его секции памяти.The problem in the claimed method of generating a video signal in the "ring" photodetector for a computer system for panoramic television surveillance is solved by the fact that in the "ring" photodetector of the prototype, made by CCD technology, which has a crystal in the form of a circular ring and contains a "ring" target within it , “Ring” section of memory, “ring” shift register, ending with a charge-voltage converter (BPS), and the entire area of the photodetector target is occupied by lines of photosensitive electric elements that are directly and sequentially connected by charge communication with the line of elements of the memory section, while the line of photosensitive elements of the target and the line of elements of the light-shielded section of the memory are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there , the number of "circular" lines formed on the target of the photodetector is equal to the number of "circular" lines formed on its memory section, and the number of elements in each the “ring” line of the target and in each “ring” line of the photodetector memory section is equal to the number of elements in its “ring” shift register, and the area of the photosensitive and shielded elements on the photodetector is the same in size in each “ring” line and from line to line as they move to the outer periphery of the photodetector, information charges are accumulated on the photosensitive elements of the target with a frame period, and a “circular” scan of the charge image on the target is performed, doing so These operations are, namely, the transfer of information charges with a frame transfer frequency from the target to the memory section, the progressive transfer of information charges from the memory section to the “circular” shift register in the backward interval of the classic (rectangular) horizontal scan, and in the forward stroke interval of the classic horizontal sweep - the element-by-element transfer of information charges from the "circular" shift register to the CPS with the simultaneous conversion of the charge into a voltage video signal, and on the target in the interval between the personnel transfer ohm of the current frame and the accumulation cycle of the next frame, excess charges are diverted to the substrate of the photodetector by technological organization of the anti-blooming region and the electronic shutter on the target, which differs from the prototype [1] in that in the process of obtaining the image signal the frame transfer of information charges from the target to the memory section is carried out on the final interval of the backward interval of the classical (rectangular) frame scan with the corresponding time delay of the accumulation duration information charges, and in the interval of the backward interval of the classic frame scan, prior to the transfer of information charges, the memory section is cleaned of stray charges by moving them with the frame transfer frequency to the “ring” shift register and / or by stray charge removal to the substrate ring "photodetector by technological organization of the anti-blooming area and an electronic shutter in its memory section.

Совокупность известных и новых признаков для заявляемого способа не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features for the proposed method is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.

Согласно заявляемому способу расширение динамического диапазона выполняется применительно к «кольцевому» фотоприемнику, т.е. оно реализуется в «кольцевом» растре телевизионного изображения.According to the claimed method, the expansion of the dynamic range is performed in relation to the "ring" photodetector, i.e. it is implemented in a “ring” raster of a television image.

Поэтому данное техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, this technical solution meets the criterion of the presence of an inventive step.

На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 4 приведены в едином масштабе, с общим отсчетом по времени эпюры управляющих сигналов, необходимые для реализации заявляемого способа формирования видеосигнала, относительно кадрового гасящего импульса длительностью t_о.х.к., показанного на фиг. 1а); на фиг. 3 показаны эпюры фрагмента управляющих сигналов согласно фиг. 2 в другом масштабе; на фиг. 5 дан фрагмент поперечного сечения мишени или секции памяти «кольцевого» сенсора на ПЗС, иллюстрирующий физические процессы, которые сопровождает технологическая организация антиблюминговой области и электронного затвора в этих областях фотоприемника; на фиг. 6 изображена функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ формирования видеосигнала; на фиг. 7 - схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника на ПЗС; на фиг. 8 приведена структурная схема компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, в составе телевизионной камеры которой реализован заявляемый способ формирования видеосигнала; на фиг. 9 показана структурная упомянутой телевизионной камеры; на фиг. 10, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4 are given on a single scale, with a common time reference, diagrams of control signals necessary for implementing the inventive method for generating a video signal relative to a blanking pulse with a duration of t _o.h.c. shown in FIG. 1a); in FIG. 3 shows diagrams of a fragment of control signals according to FIG. 2 on a different scale; in FIG. Figure 5 shows a fragment of the cross section of a target or memory section of a “ring” CCD sensor, illustrating the physical processes that accompany the technological organization of the anti-blooming region and the electronic shutter in these areas of the photodetector; in FIG. 6 shows a functional diagram of a device that implements the inventive method of generating a video signal; in FIG. 7 - circuit design organization of the "ring" photodetector at the CCD; in FIG. 8 shows a structural diagram of a computer system for panoramic television surveillance, as part of a television camera which implements the inventive method of generating a video signal; in FIG. 9 shows the structural of said television camera; in FIG. 10, according to [2], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented.

Устройство на фиг. 6 содержит первый задающий генератор 1, синхрогенератор 2, формирователь 3 импульсов кадрового переноса, формирователь 4 импульсов электронного затвора мишени, второй задающий генератор 5, формирователь 6 импульсов поэлементного переноса, «кольцевой» фотоприемник 7, а также формирователь 8 интервала очистки и импульсов электронного затвора секции памяти.The device of FIG. 6 contains a first master oscillator 1, a sync generator 2, a frame transfer pulse shaper 3, a target electronic shutter pulse shaper 4, a second driver 5, a bit-wise transfer pulse shaper 6, an “annular” photodetector 7, and a cleaning interval and electronic shutter pulse shaper 8 sections of memory.

Блоки 2-4 и 6-8, обведенные на фиг. 6 штрихпунктирной линией, могут быть выполнены в виде большой интегральной схемы (БИС) в составе блока 9 «кольцевой развертки фотоприемника и формирования цифрового телевизионного сигнала, показанного соответственно на фиг. 8…9.Blocks 2-4 and 6-8 circled in FIG. 6 by a dash-dot line, can be made in the form of a large integrated circuit (LSI) as part of a 9 "ring scan unit of the photodetector and the formation of a digital television signal, shown respectively in FIG. 8 ... 9.

«Кольцевой» фотоприемник 7 (см. фиг. 7) содержит мишень 7-1, на всей площади которой в радиальных направлениях (от воображаемого геометрического центра кольца к его внешней периферии) расположены линейки светочувствительных элементов; экранированную от света секцию памяти 7-2, заполненную в тех же радиальных направлениях линейками с таким же числом элементов, что и на мишени, а также «кольцевой» регистр сдвига 7-3, заканчивающийся БПЗН 7-4. При этом число элементов в каждой сформированной «кольцевой» строке мишени 7-1 и в каждой образованной «кольцевой» строке секции памяти 7-2 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 7-3, а линейки светочувствительных элементов мишени 7-1 непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти 7-2.The "ring" photodetector 7 (see Fig. 7) contains a target 7-1, over the entire area of which in radial directions (from the imaginary geometric center of the ring to its outer periphery) there are lines of photosensitive elements; the light-shielded section of memory 7-2, filled in the same radial directions with rulers with the same number of elements as on the target, as well as the “circular” shift register 7-3, ending with OCR 7-4. The number of elements in each formed “ring” line of the target 7-1 and in each formed “ring” line of the memory section 7-2 is equal to the number of elements in the “ring” shift register 7-3, and the line of photosensitive elements of the target 7-1 is directly and sequentially connected by charge communication with the rulers of the elements of the memory section 7-2.

По варианту 1 фотоприемник содержит также встроенные в мишень 7-1 антиблюминговую область и электронный затвор. По варианту 2 антиблюминговая область и электронный затвор интегрированы в сенсор 7 дважды, - соответственно в мишень 7-1 и в секцию памяти 7-2.According to option 1, the photodetector also contains an anti-blooming area and an electronic shutter built into the target 7-1. In option 2, the anti-blooming area and the electronic shutter are integrated into the sensor 7 twice, respectively, in the target 7-1 and in the memory section 7-2.

Как показано на фиг. 5, затвор GA является «электронным» затвором мишени сенсора. Для фотоприемника с n-каналом, если на затворе GA присутствует низкий (относительно подложки) потенциал, последний закрыт, а потенциальные ямы под фазными электродами мишени 7-1 изолированы от стоковой области за счет этого барьерного смещения. Тогда на самой фотомишени инициируется процесс накопления зарядовых фотоэлектронов под электродами Ф2Н (см. фиг. 5а).As shown in FIG. 5, the GA shutter is the “electronic” shutter of the sensor target. For a photodetector with an n-channel, if there is a low potential (relative to the substrate) on the GA gate, the potential is closed, and the potential wells under the phase electrodes of target 7-1 are isolated from the drain region due to this barrier bias. Then, at the photographic target itself, the process of accumulation of charge photoelectrons under the Ф2Н electrodes is initiated (see Fig. 5a).

Когда на затвор GA подается высокий потенциал, то потенциальный барьер снимается, затвор открывается, а на мишени 7-1 исключается процесс накопления фотоэлектронов. Это объясняется тем, что носители, не задерживаясь в потенциальных ямах под фазными электродами Ф2Н, устремляются в более глубокие ямы, создаваемые потенциалом DA в стоковой области, а далее рекомбинируют в подложку фотоприемника (см. фиг. 5б).When a high potential is applied to the GA gate, the potential barrier is removed, the gate opens, and the accumulation of photoelectrons is excluded on target 7-1. This is explained by the fact that the carriers, not lingering in potential wells under the Ф2Н phase electrodes, rush into deeper wells created by the potential DA in the drain region, and then recombine into the photodetector substrate (see Fig. 5b).

С другой стороны, соблюдая физику работы ПЗС, совершенно аналогично можно реализовать в фотоприемнике «электронный» затвор GB с антиблюминговой областью, управляемой потенциалом DB, встроив их в секцию памяти 7-2 вокруг фазных электродов Ф2П, как показано на фиг. 5.On the other hand, observing the physics of CCD operation, in the same way, an “electronic” shutter GB with an anti-blooming area controlled by the potential DB can be implemented in the photodetector by integrating them into the memory section 7-2 around the phase electrodes Ф2П, as shown in FIG. 5.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, в котором применяется заявляемое изобретение, см. фиг. 8, как и для прототипа [1], содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 10 и сервер 11, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 12, при этом телевизионная камера 10 состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива 8, «кольцевого» фотоприемника 7 и блока 9 «кольцевой» развертки фотоприемника и формирования цифрового телевизионного сигнала, при этом управляющие входы фотоприемника 7 подключены к выходам импульсных напряжений блока 9, реализующих «кольцевую» развертку, а выход цифрового телевизионного сигнала, формируемого в блоке 9, является выходом телевизионной камеры 10, при этом на материнской плате сервера 11 установлена плата видео, выполняющая программным путем запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера и преобразование «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:The device of a computer system for panoramic television surveillance in which the claimed invention is applied, see FIG. 8, as for the prototype [1], contains a television camera 10 connected in series and a server 11, which is a local area network node, to which two or more personal computers are connected at position 12, while the television camera 10 consists of sequentially located and optically coupled panoramic lens 8, the "ring" photodetector 7 and the block 9 of the "ring" scan of the photodetector and the formation of a digital television signal, while the control inputs of the photodetector 7 are connected to the pulse outputs block 9, implementing a "ring" scan, and the output of the digital television signal generated in block 9 is the output of the television camera 10, while on the motherboard of the server 11 a video card is installed that programmatically records the "ring" video signal in the server’s RAM and converting the "circular" frames into "rectangular" frames, and the number of "rectangular" frames n corresponding to one current "circular" frame satisfies the relation:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем.where γ _g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this conversion itself is performed programmatically.

Панорамный объектив 8 телевизионной камеры предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора («кольцевого» изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 8, 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 [2].The panoramic lens 8 of the television camera is designed to form an optical image of a circular view ("ring" image). As a technical solution for the panoramic lens 8, which coincides with the 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 [2].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 10. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места. Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника в пользу кругового кольца.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 10. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation. The presence of a passive (non-informative) region in the center of the optical frame of the panoramic lens confirms the advisability of choosing the shape of the photodetector in favor of a circular ring.

Блок 9 телевизионной камеры (см. фиг. 9) содержит временной контроллер 9-1, сигнальный процессор 9-2, первый преобразователь уровней (ПУ) 9-4, второй ПУ 9-5, третий ПУ 9-6, четвертый ПУ 9-7 и пятый ПУ 9-8, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9-2, выход которого является выходом телевизионной камеры.Block 9 of the television camera (see Fig. 9) contains a time controller 9-1, a signal processor 9-2, a first level converter (PU) 9-4, a second PU 9-5, a third PU 9-6, and a fourth PU 9- 7 and the fifth PU 9-8, as well as an analog-to-digital converter (ADC) 9-2, the output of which is the output of a television camera.

Рассмотрим реализацию заявляемого способа формирования видеосигнала в телевизионной камере (см. фиг. 8…9).Consider the implementation of the proposed method for generating a video signal in a television camera (see Fig. 8 ... 9).

Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 10 установлена в фиксированное положение, например при помощи фотоштатива (на фиг. 8…9 он не показан).As in the prototype [1], it is assumed that the television camera 10 is installed in a fixed position, for example using a photographic tripod (in Fig. 8 ... 9 it is not shown).

Оптическое изображение объекта контроля проецируется с выхода панорамного объектива 8 на мишень 7-1 «кольцевого» фотоприемника (см. фиг. 7), при этом секция памяти 7-2 защищена от засветки экраном, нанесенным непосредственно на ее поверхность.An optical image of the control object is projected from the output of the panoramic lens 8 onto the target 7-1 of the "ring" photodetector (see Fig. 7), while the memory section 7-2 is protected from exposure by a screen applied directly to its surface.

В интервале прямого хода кадровой развертки происходит процесс накопления зарядовых пакетов в светочувствительных пикселах мишени 7-1 пропорционально освещенности панорамного сюжета.In the forward scanning interval, a process of accumulation of charge packets in the photosensitive pixels of the target 7-1 occurs in proportion to the illumination of the panoramic plot.

В течение небольшого промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки выполняется перенос зарядов всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, в экранированные от света пикселы, расположенные в секции памяти 7-2.During a short period of the subsequent interval of the reverse scan of the frame scan, the charges of all the “ring” lines involved in the accumulation are transferred to the light-shielded pixels located in the memory section 7-2.

Затем в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а предыдущая зарядовая «картина» выводится из кристалла фотоприемника. При этом в интервале обратного хода строчной развертки происходит загрузка новыми зарядами из секции 7-2 в «кольцевой» регистр сдвига 7-3, которые затем, в каждом последующем интервале прямого хода по строке, переносятся в направлении к БПЗН 7-4, где для сигнала изображения выполняется поэлементное конвертирование уровня заряда в уровень напряжения.Then, in the new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the previous charge “picture” is output from the photodetector crystal. At the same time, in the horizontal scan backward interval, the new charges are loaded from section 7-2 into the “circular” shift register 7-3, which then, in each subsequent forward line interval along the line, are transferred towards BPZN 7-4, where for image signal, the element-by-unit conversion of the charge level to the voltage level is performed.

В условиях световых перегрузок в секции 7-2 памяти образуются паразитные заряды из-за переотражений света и диффузии зарядов в кремнии со стороны мишени 7-1. По мере считывания очередного информационного кадра из секции 7-2 памяти в ее верхней части, т.е. расположенной ближе к внутренней периферии кольца, образуются строки, свободные от информационных зарядов. В потенциальных ямах этих строк происходит накопление паразитных зарядов. К концу считывания информационного кадра все строки секции 7-2 памяти содержат паразитные заряды, но распределение этих зарядов по площади секции 7-2 неравномерно. Наибольший паразитный заряд содержат верхние строки секции памяти, т.к. суммарное время накопления зарядов, там оказавшихся, превышает время накопления для остальных строк, которые расположены ниже их.Under light overload conditions, parasitic charges are formed in the memory section 7-2 due to light re-reflection and charge diffusion in silicon from the side of the target 7-1. As the next information frame is read from the memory section 7-2 in its upper part, i.e. located closer to the inner periphery of the ring, lines are formed that are free of information charges. In potential wells of these lines, parasitic charges accumulate. By the end of reading the information frame, all the lines of memory section 7-2 contain spurious charges, but the distribution of these charges over the area of section 7-2 is uneven. The highest parasitic charge contains the upper lines of the memory section, because the total accumulation time of the charges found there exceeds the accumulation time for the remaining rows, which are located below them.

В заявляемом способе формирования сигнала изображения (по сравнению с прототипом [1]) кадровый перенос информационных зарядов из мишени 7-1 в секцию 7-2 памяти выполняется на заключительной части интервала обратного хода кадровой развертки. Для этого в блоке 3 (см. фиг. 6) производится задержка импульса, определяющего временное положение кадрового переноса на необходимую величину Т_з. Выходной импульсный сигнал блока 3, соответствующий интервалу кадрового переноса согласно этому способу, представлен на фиг. 1к. Одновременно в блоке 3 выполняется задержка на величину Т_з интервала накопления Т_н.In the inventive method of generating an image signal (compared with the prototype [1]), the personnel transfer of information charges from the target 7-1 to the memory section 7-2 is performed on the final part of the frame scan backward interval. For this, in block 3 (see Fig. 6) a pulse is delayed, which determines the temporary position of the personnel transfer by the required value of T _s . The output pulse signal of block 3 corresponding to the frame transfer interval according to this method is shown in FIG. 1 to. At the same time, in block 3, a delay is performed by the value of T _c the accumulation interval T _n .

Отметим, что для прототипа [1] временное положение кадрового переноса в пределах интервала обратного хода кадровой развертки считается произвольным (см. фиг. 1в…1з), но привязанным к положению импульса электронного затвора (GA) мишени (см. фиг. 1б), формируемого блоком 4.Note that for the prototype [1] the temporary position of the personnel transfer within the interval of the reverse motion of the frame scan is considered arbitrary (see Fig. 1c ... 1h), but tied to the position of the pulse of the electronic shutter (GA) of the target (see Fig. 1b), formed by block 4.

Формирование импульсного сигнала, определяющего интервал очистки Т_о секции памяти от паразитных зарядов (см. фиг. 1и) осуществляется в блоке 8 (см. фиг. 6). Сама очистка производится в двух вариантах, которые могут быть реализованы как совместно (сразу оба), так и по выбору (один из них). Эти варианты на фиг. 6 определяются положением переключателя.The formation of a pulse signal that determines the cleaning interval T _about the memory section from stray charges (see Fig. 1i) is carried out in block 8 (see Fig. 6). The cleaning itself is performed in two versions, which can be implemented both jointly (both at once), and optionally (one of them). These options in FIG. 6 are determined by the position of the switch.

По варианту 1 (положение переключателя - «вниз») блок 3 формирует импульсные сигналы управления первой (Ф1Н), второй (Ф2Н) и третьей (Ф3Н) фазой мишени 7-1 (см. фиг. 2б-г), а совместно с блоком 8 - импульсные сигналы управления первой (Ф1П), второй (Ф2П) и третьей (Ф3П) фазой секции 7-2 памяти (см. соответственно фиг. 2д-ж).According to option 1 (the switch position is “down”), block 3 generates pulse control signals of the first (Ф1Н), second (Ф2Н) and third (Ф3Н) phase of the target 7-1 (see Fig. 2b-d), and together with the block 8 - pulse control signals of the first (F1P), second (Ф2П) and third (Ф3П) phase of memory section 7-2 (see, respectively, Fig. 2e-g).

Блок 4 вырабатывает импульс управления электронным затвором (GA) мишени (см. фиг. 2а), а блок 6 - импульсные сигналы управления первой (Ф1Р), второй (Ф2Р) и третьей (Ф3Р) фазой «кольцевого» регистра сдвига 7-3 (на диаграммах не показаны). При этом в интервале Т_о производится перемещение паразитных зарядов из секции 7-2 памяти в «кольцевой» регистр 7-3 с частотой переноса Т_в, как показано на фиг. 2 и 3. Во время обратного хода строчной развертки (t_о.х.с.) зарядовые строки паразитного сигнала складываются (укрупняются) в «кольцевом» регистре 7-3, а затем во время прямого хода строки поэлементно переносятся из него в БПЗН 7-4.Block 4 generates a pulse to control the electronic shutter (GA) of the target (see Fig. 2a), and block 6 generates pulse control signals of the first (F1P), second (Ф2Р) and third (Ф3Р) phase of the “circular” shift register 7-3 ( not shown in the diagrams). Moreover, in the interval T _about , parasitic charges are moved from the memory section 7-2 to the “circular” register 7-3 with the transfer frequency T _в , as shown in FIG. 2 and 3. During the horizontal flyback (t _f.h.s. ), the stray charge lines are added (enlarged) in the “ring” register 7-3, and then during the forward stroke the lines are transferred element-by-bit from it to BPZN 7 -four.

Пусть t_о.х.с. - интервал приема зарядовых строк в «кольцевом» регистре. Тогда интервал Т_о составляет величину:Let t _o.h.s. - the interval of reception of charge lines in the "ring" register. Then the interval T _about is the value:

где N_c - количество строк в секции 7-2;where N _c is the number of lines in section 7-2;

Т_с - период строки.T _with - period of the line.

Очевидно, что полная очистка фотоприемника от паразитных носителей будет успешно проведена, если выбор параметров N_c, Т_с и Т_в позволяет «уложиться» в расчетный интервал Т_о, который не выходит за промежуток (t_о.х.с. - Т_п).Obviously, a complete cleaning of the photodetector from parasitic carriers will be successfully carried out if the choice of parameters N _c , T _c and T _c allows you to "fit" into the calculated interval T _o , which does not go beyond the interval (t _o.h.s. - T _p )

По варианту 2 (положение переключателя - «вверх») блок 3 формирует точно такие же, как и по варианту 1, импульсные сигналы управления первой (Ф1Н), второй (Ф2Н) и третьей (Ф3Н) фазой мишени 7-1 (см. фиг. 2б-г), а также типовые импульсные сигналы управления первой (Ф1П), второй (Ф2П) и третьей (Ф3П) фазой секции 7-2 памяти (см. соответственно фиг. 2д-ж). Аналогично варианту 1 блок 6 формирует импульсные сигналы управления первой (Ф1Р), второй (Ф2Р) и третьей (Ф3Р) фазой «кольцевого» регистра сдвига 7-3, блок 4 - импульс управления электронным затвором (GA) мишени (см. фиг. 2а), а дополнительно блок 8 транслирует на фотоприемник импульс управления электронным затвором (GB) секции памяти (см. фиг. 4з). Благодаря последнему паразитные заряды из секции 7-2 памяти в интервале Т_о отводятся в подложку фотоприемника.In option 2 (the switch position is “up”), block 3 generates exactly the same as in option 1, the pulse control signals of the first (Ф1Н), second (Ф2Н) and third (Ф3Н) phase of the target 7-1 (see FIG. . 2b-d), as well as typical pulse control signals of the first (F1P), second (Ф2П) and third (Ф3П) phase of memory section 7-2 (see, respectively, Fig. 2e-g). Similarly to option 1, block 6 generates pulse control signals of the first (F1P), second (Ф2Р) and third (Ф3Р) phase of the "circular" shift register 7-3, block 4 - pulse control electronic gate (GA) of the target (see Fig. 2a ), and in addition, block 8 transmits to the photodetector a pulse to control the electronic shutter (GB) of the memory section (see Fig. 4h). Thanks to the latter, parasitic charges from the memory section 7-2 in the interval T _about are diverted to the substrate of the photodetector.

Аналоговый видеосигнал фотоприемника, как и в прототипе [1], (см. фиг. 9) преобразуется далее при помощи сигнального процессора 9-2 и АЦП 9-3 в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра на выходе телевизионной камеры.The analog video signal of the photodetector, as in the prototype [1], (see Fig. 9) is further converted using the signal processor 9-2 and ADC 9-3 into a digital television signal (DTS) of the "ring" frame at the output of the television camera.

Затем ЦТС (см. фиг. 8) по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 12, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.Then, the DSP (see Fig. 8) is transmitted via the interface (for example, USB 2.0) to server 12, where video information is recorded in its main memory per frame.

Предположим, что горизонтальный угол поля зрения (γ_г) предъявляемого оператору изображения составляет 60°. Тогда должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 11 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.Suppose that the horizontal field of view angle (γ _g ) of the image presented to the operator is 60 °. Then it should be provided that one sixth of each "ring" line from the "ring" frame is recorded in the server 11, respectively, in one of the six arrays of RAM per frame.

Как и в прототипе [1], в сервере 11, который реализует возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 11.As in the prototype [1], in the server 11, which implements the functions assigned to it programmatically, the video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted into ordinary “rectangular” frames and the ability to provide this information at the “network” output »Server 11.

В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется по соотношению (1) в n «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности операторам локальной вычислительной сети. В нашем примере эта последовательность содержит 6 различных изображений.As a result, the digital video recording signal for each “ring” image frame is transformed by the ratio (1) into n “rectangular” frames, which can be offered as a selected sequence to the operators of the local computer network. In our example, this sequence contains 6 different images.

В настоящее время все блоки функциональной схемы, реализующей предлагаемый способ формирования видеосигнала, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the blocks of the functional circuit that implements the proposed method for generating a video signal are mastered or can be mastered by domestic industry.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение на способ формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the alleged invention should be considered as a method for generating a video signal in a “ring” photodetector for a computer system for panoramic television surveillance, corresponding to the requirement for industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2592831. МПК H04N 5/00. Устройство фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения. / В.М. Смелков // БИ - 2016. - №21.1. RF patent No. 2592831. IPC H04N 5/00. A photodetector device for panoramic television and computer surveillance. / V.M. Smelkov // BI - 2016. - No. 21.

2. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // БИ - 2002. - №20.2. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror lens. / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // BI - 2002. - No. 20.

Claims

A method of generating a video signal in a "ring" photodetector for a computer system for panoramic television monitoring, which consists in the fact that in the "ring" photodetector made by the technology of charge-coupled devices (CCD), which has a crystal in the form of a circular ring and contains within it " annular "target," annular "section of memory," annular "shift register, ending with a charge-to-voltage converter (FPRS), and the entire area of the photodetector target is occupied by lines of photosensitive elements, which are directly and sequentially connected by charge communication with the line of elements of the memory section, while the line of photosensitive elements of the target and the line of elements of the light-shielded section of the memory are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” shift register located there, the number "Ring" lines formed on the target of the photodetector is equal to the number of "ring" lines formed on its memory section, and the number of elements in each "ring" the target target line and in each “ring” line of the photodetector memory section is equal to the number of elements in its “ring” shift register, and the area of photosensitive and shielded elements on the photodetector area is the same in size in each “ring” line and from line to line as movement to the outer periphery of the photodetector, in which information charges are accumulated on the photosensitive elements of the target with a frame period, carry out a “ring” scan of the charge image on the target, while going operations: transfer of information charges with a frame transfer frequency from the target to the memory section, line-by-line transfer of information charges from the memory section to the “ring” shift register in the interval of the reverse stroke of the classical (rectangular) horizontal scanning, and in the interval of the forward stroke of the classical horizontal scanning - elementwise transfer of information charges from the “circular” shift register to the CPS with the simultaneous conversion of the charge into a voltage video signal, and on the target in the interval between the frame transfer of the current frame and the accumulation cycle of the subsequent frame, excess charges are diverted to the photodetector substrate by technological organization of the anti-blooming region and the electronic shutter on the target, characterized in that the personnel transfer information charges from the target to the memory section is carried out at the final interval of the backward interval of the classical (rectangular) frame scan with the implementation of the corresponding time delay for the duration of the accumulation of information charges, and in the interval interval retreat classical frame scan, preceding the transfer of information charges, the memory section is cleaned of stray charges by moving them with the frame transfer frequency to the “ring” shift register and / or by stray charges to the substrate of the “ring” photodetector by technological organization of the anti-blooming area and electronic shutter in its memory section.