RU2706008C1 - Computer system for panoramic scanning of a monochrome image - Google Patents

Computer system for panoramic scanning of a monochrome image Download PDF

Info

Publication number
RU2706008C1
RU2706008C1 RU2019107083A RU2019107083A RU2706008C1 RU 2706008 C1 RU2706008 C1 RU 2706008C1 RU 2019107083 A RU2019107083 A RU 2019107083A RU 2019107083 A RU2019107083 A RU 2019107083A RU 2706008 C1 RU2706008 C1 RU 2706008C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring
output
sensor
television camera
photodetector
Prior art date
Application number
RU2019107083A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Смелков
Original Assignee
Вячеслав Михайлович Смелков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Михайлович Смелков filed Critical Вячеслав Михайлович Смелков
Priority to RU2019107083A priority Critical patent/RU2706008C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2706008C1 publication Critical patent/RU2706008C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

FIELD: television scanning.
SUBSTANCE: invention relates to panoramic television scanning, which is carried out by a computer system using a television camera in a region close to the hemisphere, i.e. in spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees on elevation angle. Scanner sensor is a single-line "circular" photodetector of a monochrome (black-and-white) image, made using the technology of complementary "metal-oxide-semiconductor" (CMOS) structures. Control of ADC of active pixels of sensor target is performed from corresponding output of "circular" scanning multiplexer, wherein the television camera further includes a dimmer-setting cell based on an electrochromic device which transmits the light flux from the output of the panoramic lens to the sensor target or is isolated from the light flux by the control signal from the corresponding output of the "circular" multiplexer, which is simultaneously a control signal for the sensor mechanical scanning unit.
EFFECT: high degree of integration of a television camera.
4 cl, 7 dwg

Description

Предполагаемое изобретение имеет отношение к панорамному телевизионному сканированию, которое осуществляется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Сенсором такого сканера является однострочный «кольцевой» фотоприемник монохромного (черно-белого) изображения, выполненный по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП).The alleged invention relates to panoramic television scanning, which is carried out by a computer system using a television camera in an area close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation. The sensor of this scanner is a single-line “ring” photodetector of monochrome (black and white) image, made using the technology of complementary metal-oxide-semiconductor structures (CMOS).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр сканируемого изображения, содержит в своем составе последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и «кольцевой» фотоприемник (сенсор), который выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и содержит на его кристалле «кольцевую» однострочную фотоприемную область, «кольцевой» фотозатвор, «кольцевой» выходной регистр и блок преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем «кольцевой» фотоприемник кинематически связан с блоком механического сканирования сенсора, который осуществляет его шаговое перемещение в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива; в состав телевизионной камеры также входят блок «кольцевой» однострочной развертки видеосигнала и соединенные последовательно сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока развертки подключен соответственно к управляющим входам «кольцевой» фотоприемной области сенсора и ее «кольцевого» фотозатвора, второй выход блока развертки - к управляющим входам «кольцевого» выходного регистра сенсора, третий выход блока развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, четвертый выход блока развертки - к тактовому входу АЦП, пятый выход блока развертки - к входу синхронизации блока механического сканирования сенсора, а управляющий вход блока развертки - к выходу управления экспозицией сигнального процессора; в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру для цикла механического сканирования сенсора, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered the device of a computer system for panoramic scanning of a monochrome image [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of a local area network, to which two or more personal computers are connected, while a television camera, forming a “circular” raster of the scanned image, contains in its composition sequentially located and optically connected panoramic objects a beam and a “ring” photodetector (sensor), which is made using the technology of charge-coupled devices (CCD) and contains on its crystal a “ring” single-line photodetector region, a “ring” photocell, a “ring” output register and a charge-voltage conversion unit "(LPR), moreover, the" circular "photodetector is kinematically connected with the mechanical scanning unit of the sensor, which carries out its stepwise movement in the perpendicular direction relative to the fixed image plane of the panoramic lens; the television camera also includes a “single-line” ring scan unit of 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 the television camera, the first output of the scanner being connected respectively to the control inputs of the “ring” photodetector area of the sensor and its “ring” photo shutter, the second output of the scanner to the control inputs of the “ring” output register of the sensor, the third output of the scanner to the synchronous input signal processor, the fourth output of the scanner to the ADC clock input, the fifth output of the scanner to the synchronization input of the mechanical scanning unit of the sensor, and the control input of the scanner to the exposure control output of the signal processor; a video card is installed in the expansion slot on the server’s motherboard, matched via the I / O, control and power channels with the server bus, containing a block for converting a “ring” frame into “rectangular” frames (BPKP), the input of which is connected to the output of the RAM block on frame, and the output to the output of the "network", and the number of "rectangular" frames n, corresponding to one current "ring" frame for the cycle of mechanical scanning of the sensor, satisfies the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

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

В прототипе путем шагового перемещения однострочного «кольцевого» фотоприемника на ширину строки в направлении, которое перпендикулярно относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива, реализуется режим работы оригинального сканера с повышенной разрешающей способностью формируемого изображения.In the prototype, by stepping a single-line “ring” photodetector stepwise a line width in a direction that is perpendicular to the fixed plane of the image of the panoramic lens, the mode of operation of the original scanner with increased resolution of the generated image is realized.

Недостаток прототипа - ограниченная степень интеграции телевизионной камеры из-за применяемой технологии ПЗС для изготовления ее «кольцевого» сенсора, принципиально не позволяющей разместить на кристалле электронное «обрамление» фотоприемника.The disadvantage of the prototype is the limited degree of integration of the television camera due to the applied CCD technology for the manufacture of its “ring” sensor, which in principle does not allow placing an electronic “framing” of the photodetector on the crystal.

Здесь под этим термином конкретно подразумевается блоковая совокупность, включающая в себя блок «кольцевой» однострочной развертки видеосигнала, сигнальный процессор и АЦП.Here, this term specifically refers to a block set including a block of “ring” single-line scanning of a video signal, a signal processor, and an ADC.

Задачей изобретения является повышение степени интеграции телевизионной камеры за счет выполнения однострочного «кольцевого» сенсора по технологии КМОП и с размещением на его кристалле электронного «обрамления» фотоприемника.The objective of the invention is to increase the degree of integration of a television camera by performing a single-line "ring" sensor using CMOS technology and placing an electronic "frame" of the photodetector on its chip.

Поставленная задача в заявляемом устройстве компьютерной системы для панорамного сканирования изображения решается тем, что, как и в устройстве прототипа [1], содержащем последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр сканируемого изображения, содержит в своем составе последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и «кольцевой» фотоприемник (сенсор), содержащий «кольцевую» однострочную фотоприемную область (мишень) и кинематически связанный с блоком механического сканирования сенсора, который осуществляет его шаговое перемещение на ширину строки в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива; в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питанию с шиной сервера, содержащая БПКП, вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру для цикла механического сканирования сенсора, удовлетворяет соотношению (1), но при этом, в отличие от прототипа [1], сам сенсор выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, путем реализации метода «координатная адресация», причем однострочная «кольцевая» мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель аналогового видеосигнала с коэффициентом усиления K, а также встроенный АЦП, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого активного пиксела мишени, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника и одновременно выходом телевизионной камеры, причем управление АЦП активных пикселов мишени сенсора осуществляется с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора развертки, а в состав телевизионной камеры дополнительно введена светорегулирующая ячейка, которая выполнена на основе электрохромного прибора, установлена в заднем отрезке панорамного объектива и осуществляет пропускание светового потока на мишень сенсора или ее изолирование от этого светового потока по сигналу управления с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора, который одновременно является управляющим сигналом и для блока механического сканирования сенсора.The problem in the inventive device of a computer system for panoramic image scanning is solved by the fact that, as in the prototype device [1], which contains a series-connected television camera and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected, while The television camera, which forms the “annular” raster of the scanned image, contains in its composition sequentially located and optically connected panoramic lens and the “annular” a photodetector (sensor) containing an “annular” single-line photodetector area (target) and kinematically coupled to a mechanical scanning unit of the sensor, which moves it stepwise across the width of the line in the perpendicular direction relative to the fixed image plane of the panoramic lens; a video card is installed in the expansion slot on the server’s motherboard, matched via the I / O, control and power channels with the server bus, containing a control panel, the input of which is connected to the output of the RAM block per frame, and the output to the “network” output, and the number “Rectangular” frames n, corresponding to one current “ring” frame for the cycle of mechanical scanning of the sensor, satisfies the relation (1), but at the same time, unlike the prototype [1], the sensor itself is made on a crystal made by CMOS technology by real of the “coordinate addressing” method, and the single-line “ring” target of the sensor consists of active photodiode pixels, each of which has an analog video signal amplifier with a gain of K, as well as an integrated ADC, and the blocks performing scanning and are placed on the common photodetector crystal generating an output voltage of a digital video signal, namely: a “ring” video switch containing video switches for each active pixel of the target, which are controlled according to the corresponding output of the “ring” scan multiplexer and ensure the transmission of the video signal to the “ring” video bus, the output of which is the “Video” output of the photodetector and at the same time the output of the television camera, the ADC of the active pixels of the sensor target being controlled from the corresponding output of the “ring” scan multiplexer, and a light-regulating cell, which is made on the basis of an electrochromic device, is installed in the rear section of the panoramic object, as part of the television camera willow and performs transmission of luminous flux at the sensor target or its isolation from this light flux on a control signal output from the corresponding "ring" of the multiplexer, which is also the control signal and to block the mechanical scanning sensor.

По отношению к прототипу [1] заявляемое устройство отличается технологией КМОП взамен ПЗС для изготовления однострочного «кольцевого» фотоприемника и методом «координатная адресация» его организации. Благодаря первому принципиальному отличию обеспечивается возможность интегрирования на общий кристалл не только фотоприемник с АЦП и усилителем для каждого его светочувствительного пиксела, но и блок строчной развертки, что может быть реализовано с существенным понижением общего энергопотребления.In relation to the prototype [1], the claimed device is distinguished by CMOS technology instead of the CCD for the manufacture of a single-line "ring" photodetector and the method of "coordinate addressing" of its organization. Thanks to the first fundamental difference, it is possible to integrate into a common chip not only a photodetector with an ADC and an amplifier for each of its photosensitive pixels, but also a horizontal scanning unit, which can be realized with a significant reduction in the total energy consumption.

Второе же принципиальное отличие, заключается в том, что формирование цифрового видеосигнала непосредственно в каждом активном пикселе сенсора, позволяет отказаться от неизбежного протаскивания заряда для однострочного ПЗС-сенсора по всей строке, а поэтому - избежать специфичных искажений, связанных с неэффективностью переноса зарядовых пакетов.The second fundamental difference is that the formation of a digital video signal directly in each active pixel of the sensor eliminates the inevitable dragging of the charge for a single-line CCD sensor along the entire line, and therefore avoids the specific distortions associated with the inefficiency of transferring charge packets.

Это означает возможность реализации в КМОП-фотоприемниках более высокой частоты опроса, превышающей частоту считывания зарядовых пакетов в односточных ПЗС-сенсорах, или при той же частоте опроса существенно увеличить число пикселов по строке, а в результате добиться адекватного выигрыша в разрешающей способности прибора.This means that CMOS photodetectors can realize a higher polling frequency that exceeds the charge packet read frequency in single-line CCD sensors, or at the same polling frequency, significantly increase the number of pixels per line, and as a result, achieve an adequate gain in the resolution of the device.

В состав телевизионной камеры заявляемого устройства введен и новый блок, а именно: светорегулирующая ячейка, выполняющая функции «кольцевого» фотозатвора применительно к световым потокам, а не к зарядовым пакетам изображения, как в прототипе [1].The composition of the television camera of the claimed device introduced a new unit, namely: a light control cell that performs the functions of a "ring" photo shutter as applied to light fluxes, and not to charge image packets, as in the prototype [1].

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

В заявляемом устройстве путем шагового перемещения нового «кольцевого» фотоприемника на ширину строки в направлении, которое перпендикулярно относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива, реализуется режим работы сканера с потенциально повышенной разрешающей способностью и в цифровом формате изображения.In the inventive device, by stepwise moving a new “ring” photodetector to a line width in a direction that is perpendicular to the fixed image plane of the panoramic lens, the scanner operates with a potentially high resolution and in digital image format.

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

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - устройства компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения; на фиг. 2 - схемотехническая организации нового фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 - подробности этой организации применительно к области «А», отмеченной на фиг. 2 пунктиром; на фиг 4 и 5 - соответственно конструкция и типовая характеристика пропускания светорегулирующей ячейки; на фиг. 6, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 7 - предлагаемое оператору панорамное изображение в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров.In FIG. 1 shows a structural diagram of the claimed invention - a computer system for panoramic scanning of a monochrome image; in FIG. 2 - circuit design organization of a new photodetector of a television camera; in FIG. 3 is the details of this organization as applied to region “A” marked in FIG. 2 dotted line; in Fig 4 and 5, respectively, the design and typical transmission characteristic of the light control cell; in FIG. 6, according to [2], presents a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens; in FIG. 7 - a panoramic image proposed to the operator in the form of a sequence of 6 “rectangular” frames.

Заявляемая компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), который является узлом локальной вычислительной сети, с возможностью подключения к ней двух или более персональных компьютеров в позиции 3.The inventive computer system for panoramic television monitoring (see Fig. 1) contains a series-connected television camera 1 and server 2 (with a video card installed in it), which is a local area network node, with the ability to connect two or more personal computers to it in position 3.

Телевизионная камера 1 содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, светорегулирующую ячейку 1-4 и однострочный «кольцевой» фотоприемник 1-2, выполненный по технологии КМОП, на кристалле которого расположены (см. фиг. 2) «кольцевая» однострочная фотоприемная область 1-2-1, «кольцевой» коммутатор 1-2-2 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-3 развертки. В состав телевизионной камеры входит также блок 1-3 механического сканирования сенсора, который, будучи кинематически связан с фотоприемником 1-2, осуществляет его механическое сканирование (с шагом в ширину строки) в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива 1-1.The television camera 1 contains sequentially located and optically coupled panoramic lens 1-1, a light control cell 1-4 and a single-line "ring" photodetector 1-2, made according to CMOS technology, on the chip of which there is a "ring" single-line (see Fig. 2) photodetector area 1-2-1, a “ring” 1-2-2 video switch and a “ring” sweep 1-2-3 multiplexer. The television camera also includes a mechanical scanning unit 1-3 of the sensor, which, being kinematically connected with the photodetector 1-2, carries out its mechanical scanning (in increments of line width) in the perpendicular direction relative to the fixed image plane of the panoramic lens 1-1.

Однострочный «кольцевой» сенсор 1-2 реализует при формировании видеосигнала метод координатной адресации. Рассмотрим его выполнение применительно к отдельно взятому пикселу 1-2-1 мишени, имеющего светочувствительную площадь 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 аналогового видеосигнала и АЦП 1-2-1-3.The single-line “ring” sensor 1-2 implements the coordinate addressing method when generating a video signal. Consider its implementation in relation to a single pixel 1-2-1 of the target having a photosensitive area 1-2-1-1, an amplifier 1-2-1-2 of an analog video signal and ADC 1-2-1-3.

Цифровой видеосигнал текущего пиксела с выхода АЦП 1-2-1-3 при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-2-1, управляемого с одного из выходов «кольцевого» мультиплексора 1-2-3, передается на «кольцевую» шину видео 1-2-2-2, а затем транслируется по ней на выход сенсора. В интервале считывания информации всей строки то же самое формирование цифрового видеосигнала происходит для всех активных пикселов мишени «кольцевого» фотоприемника 1-2.The digital video signal of the current pixel from the output of the ADC 1-2-1-3 using "its" key MOS transistor of the switch 1-2-2-1, controlled from one of the outputs of the "ring" multiplexer 1-2-3, is transmitted to ring "bus video 1-2-2-2, and then broadcast on it to the output of the sensor. In the interval of reading information of the entire line, the same formation of a digital video signal occurs for all active pixels of the target of the "ring" photodetector 1-2.

Как и в прототипе [1], плата видео в сервере 2 выполняет программным путем следующие операции:As in the prototype [1], the video card in server 2 performs the following operations programmatically:

- запись «кольцевого» видеосигнала последовательно строка за строкой в оперативную память сервера в автоматическом режиме;- recording the “ring” video signal sequentially line by line in the server’s RAM in automatic mode;

- считывание «кольцевого» кадра из оперативной памяти при помощи n «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (1).- reading the "ring" frame from the RAM using n "rectangular" frames, the number of which satisfies the relation (1).

Цифровой видеосигнал текущего пиксела с выхода АЦП 1-2-1-3 при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-2-1, управляемого с одного из выходов «кольцевого» мультиплексора 1-2-3, передается на «кольцевую» шину видео 1-2-2-2, а затем транслируется по ней на выход сенсора.The digital video signal of the current pixel from the output of the ADC 1-2-1-3 using "its" key MOS transistor of the switch 1-2-2-1, controlled from one of the outputs of the "ring" multiplexer 1-2-3, is transmitted to ring "bus video 1-2-2-2, and then broadcast on it to the output of the sensor.

В интервале считывания информации в пределах всей строки то же самое формирование цифрового видеосигнала происходит для всех активных пикселов мишени «кольцевого» фотоприемника 1-2.In the interval of reading information within the entire line, the same formation of a digital video signal occurs for all active pixels of the target of the "ring" photodetector 1-2.

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе [1], предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора («кольцевого» изображения).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).

В качестве близкого примера его технического решения можно считать панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [2].As a close example of its technical solution, we can consider a panoramic mirror-lens lens, the design of which was patented in Russia by Russian specialists from Moscow State University of Geodesy and Cartography [2].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 6. 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. 6. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.

Светорегулирующая ячейка 1-4 предназначена для управляемого скачкообразного изменения облученности мишени сенсора 1-2 и может быть выполнена по технологии [3] на основе электрохромного прибора.The light control cell 1-4 is designed for controlled abrupt changes in the irradiation of the target of the sensor 1-2 and can be performed according to technology [3] based on an electrochromic device.

Светорегулирующая ячейка 1-4 (см. фиг. 4) представляет собой два плоскопараллельных стекла толщиной 2,5 мм, соединенные между собой в кювету так, что между внутренними поверхностями стекол образован зазор порядка 0,1-0,2 мм, заполненный электрохромным материалом ЭХМ-11. Внутренние поверхности стекол покрыты токопроводящим покрытием и образуют электроды, выводы которых расположены снаружи ячейки.The light control cell 1-4 (see Fig. 4) consists of two plane-parallel glasses 2.5 mm thick, interconnected in a cuvette so that a gap of the order of 0.1-0.2 mm filled with electrochromic material is formed between the inner surfaces of the glasses EHM-11. The inner surfaces of the glasses are coated with a conductive coating and form electrodes, the terminals of which are located outside the cell.

Световая характеристика ячейки 6 (см. фиг. 5) определяется свойствами электрохромной жидкости. Изменение коэффициента пропускания от τmax (70%) до τmin (1÷1,5%) составляет для ячейки величину τmaxmin=70÷150 при подаче на выводы постоянного напряжения U, величина которого составляет около 1,2 В.The light characteristic of cell 6 (see Fig. 5) is determined by the properties of the electrochromic liquid. The change in the transmittance from τ max (70%) to τ min (1 ÷ 1.5%) for the cell is τ max / τ min = 70 ÷ 150 when a constant voltage U is applied to the terminals, the value of which is about 1.2 V .

Важно отметить, что физическое быстродействие изменения коэффициента пропускания такой ячейки позволяет обеспечить управление параметром с частотой до 50 Гц.It is important to note that the physical speed of the change in the transmittance of such a cell makes it possible to control the parameter with a frequency of up to 50 Hz.

Как показано на фиг. 1, ячейка 1-4 установлена в заднем отрезке объектива 1-1, но по соображениям конструкторского решения телевизионной камеры может быть установлена на его входе. К этому следует добавить, что при проектировании оптической схемы телевизионной камеры целесообразно рассмотреть вопрос о технологической возможности объединения (интегрирования) ячейки и объектива путем создания монолитного оптического блока.As shown in FIG. 1, cell 1-4 is installed in the rear segment of the lens 1-1, but for reasons of design decision of the television camera can be installed at its input. It should be added that when designing the optical scheme of a television camera, it is advisable to consider the technological feasibility of combining (integrating) the cell and the lens by creating a monolithic optical unit.

Блок 1-3 механического сканирования сенсора предназначен для выполнения шагового перемещения фотоприемника 1-2 с интервалом по расстоянию, равным ширине одной «кольцевой» строки.Block 1-3 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 one "ring" line.

Когда фотоприемник 1-2 находится в статичном (неподвижном) состоянии, осуществляется зарядовое накопление в светочувствительных пикселах его «кольцевой» мишени 1-2-1. При этом коэффициент пропускания светорегулирующей ячейки 1-4 максимален, обеспечивая в фотодиодах сенсора 1-2 сбор информационных зарядов.When the photodetector 1-2 is in a static (stationary) state, charge accumulation in the photosensitive pixels of its “ring” target 1-2-1 is carried out. At the same time, the transmittance of the light-regulating cell 1-4 is maximum, ensuring the collection of information charges in the 1-2 photodiodes of the sensor.

Когда интервал накопления заканчивается, коэффициент пропускания светорегулирующей ячейки 1-4 скачкообразно уменьшается до минимальной величины, изолируя мишень сенсора 1-2, и сохраняется таким в течение всего интервала перемещения фотоприемника 1-2 за один шаг.When the accumulation interval ends, the transmittance of the light control cell 1-4 abruptly decreases to a minimum, isolating the target of the sensor 1-2, and remains so throughout the entire interval of movement of the photodetector 1-2 in one step.

Длительность накопления зарядов информационной строки определяется освещенностью контролируемого объекта и чувствительностью фотоприемника 1-2. Учитывая, что механическое сканирование сенсора осуществляется принципиально медленнее, чем электронное, телевизионная камера 1 может быть справедливо названа камерой малокадрового телевидения.The duration of the accumulation of charges of the information line is determined by the illumination of the controlled object and the sensitivity of the photodetector 1-2. Given that mechanical scanning of the sensor is essentially slower than electronic, the television camera 1 can rightly be called a low-frame television camera.

Устройство компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения (см. фиг. 1) работает следующим образом. Телевизионная камера 1 размещается на штативе (на фиг. 1 он не показан).The device of a computer system for panoramic scanning of a monochrome image (see Fig. 1) works as follows. The television camera 1 is placed on a tripod (in Fig. 1 it is not shown).

Панорамный объектив 1-1 формирует «кольцевое» оптическое контролируемой сцены, проецируя его через светорегулирующую ячейку 1-4 на мишень 1-2-1 фотоприемника телевизионной камеры.Panoramic lens 1-1 forms an “annular” optical of the controlled scene, projecting it through a dimmer cell 1-4 onto the target 1-2-1 of the television camera photodetector.

Фотоприемник 1-2 (см. фиг. 2) реализует «кольцевую» однострочную развертку зарядового изображения на мишени и формированием на выходе сенсора 1-2 напряжения цифрового видеосигнала.Photodetector 1-2 (see Fig. 2) implements a “ring” single-line scan of the charge image on the target and the formation of a digital video voltage at the output of the sensor 1-2.

По интерфейсу (например, USB 2,0) в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал «кольцевой» строки фотоприемника 1-2 при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину пиксела этой строки.Via the interface (for example, USB 2.0), the digital video signal of the “ring” line of the photodetector 1-2 will be transmitted to the RAM of server 2 when the photodetector itself is moved stepwise by the pixel width of this line.

В результате 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 “ring” frame obtained using the “scanner” recording of the “ring” lines constituting it will be recorded in the RAM of server 2.

Допустим, что, как и в прототипе [1], горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного изображения составляет 60 градусов.Assume that, as in the prototype [1], 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. Механическое сканирование 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 mechanical scanning of the sensor determines the mode of formation of the "ring" frame as slow, i.e. small frame.

Поэтому необходимое время записи всех m строк в сервере 2 составит несколько секунд, но вполне оправдано достигаемым результатом - поддержанием неизменного показателя угла места кругового обзора и оптимизацией фотоприемника для ведения такого обзора.Therefore, the required recording time of all m lines in server 2 will be several seconds, but it is completely justified by the achieved result - maintaining a constant indicator of the elevation angle of the circular view and optimizing the photodetector for such a review.

После завершения записи последней строки «кольцевого» кадра блок 1-3 механического сканирования сенсора по сигналу реверсирования, как и в прототипе [1], возвращается назад в исходное положение.After the recording of the last line of the “ring” frame is completed, the block 1-3 of mechanical scanning of the sensor by the reversal signal, as in the prototype [1], returns back to its original position.

А далее в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры вещательного телевидения и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.And then in server 2, using the BKPP element that implements the functions assigned to it programmatically, a video signal is read, and as a result, the “ring” frame is converted into ordinary “rectangular” frames of broadcast television and the ability to provide this information at the “network” output server 2.

Следовательно, цифровой видеосигнал записи для этого и каждого последующего «кольцевого» кадра изображения будет преобразован в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 7) операторам компьютеров 3.Therefore, the digital video recording signal for this and each subsequent “ring” image frame will be converted into 6 “rectangular” frames, which can be offered as a selected sequence (see Fig. 7) to computer operators 3.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the elements of the structural diagram of the device of a computer system for panoramic scanning of a monochrome image are mastered or can be mastered by domestic industry.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the alleged invention should be considered as meeting the requirement for industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2579002. МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2016. - №9.1. RF patent No. 2579002. IPC H04N 7/00. The device of a computer system for panoramic scanning of a monochrome image. / V.M. Smelkov // B.I. - 2016. - No. 9.

2. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.2. 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.

3. Разработка светорегулирующих ячеек и технологического процесса их изготовления. Технический по теме «Балтика». Новгород (Великий Новгород), 1979.3. Development of light control cells and the technological process of their manufacture. Technical on the topic "Baltic". Novgorod (Veliky Novgorod), 1979.

Claims (7)

1. Устройство компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр сканируемого изображения, содержит в своем составе последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и «кольцевой» фотоприемник (сенсор), содержащий «кольцевую» однострочную фотоприемную область (мишень) и кинематически связанный с блоком механического сканирования сенсора, который осуществляет его пошаговое перемещение на ширину строки в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива; в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управления и питания с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру для цикла механического сканирования сенсора, удовлетворяет соотношению:1. The device of a computer system for panoramic scanning of a monochrome image, containing a television camera and a server connected in series to a local area network, to which two or more personal computers are connected, the television camera forming a “ring” raster of the scanned image contains consisting of sequentially located and optically coupled panoramic lens and a “ring” photodetector (sensor) containing a “ring” single-line photodetector emnuyu region (target) and kinematically coupled with the mechanical scanning of the sensor unit, which carries on its incremental line width in perpendicular direction relative to the fixed plane of the panorama image of the lens; a video card is installed in the expansion slot on the server’s motherboard, coordinated via input / output, control and power channels with the server bus, containing a block for converting a “ring” frame into “rectangular” frames (BPCP), the input of which is connected to the output of the RAM block on frame, and the output to the output of the "network", and the number of "rectangular" frames n, corresponding to one current "ring" frame for the cycle of mechanical scanning of the sensor, satisfies the ratio:
Figure 00000002
Figure 00000002
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем,where γ g is the horizontal angle of the field of view in degrees observed by the operator of the image, and this conversion itself is performed programmatically, отличающееся тем, что сам сенсор выполнен на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), путем реализации метода «координатная адресация», причем однострочная «кольцевая» мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель аналогового видеосигнала с коэффициентом усиления K, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого активного пиксела мишени, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника и одновременно выходом телевизионной камеры, причем управление АЦП активных пикселов мишени сенсора осуществляется с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора развертки, а в состав телевизионной камеры дополнительно введена светорегулирующая ячейка, которая выполнена на основе электрохромного прибора, установлена в заднем отрезке панорамного объектива и осуществляет пропускание светового потока с выхода панорамного объектива на мишень сенсора или ее изолирование от этого светового потока по сигналу управления с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора, который одновременно является управляющим сигналом и для блока механического сканирования сенсора.characterized in that the sensor itself is made on a crystal made using the technology of complementary metal-oxide-semiconductor structures (CMOS) by implementing the "coordinate addressing" method, and the single-line "ring" sensor target consists of photodiode active pixels, each of which has an analog video signal amplifier with a gain of K, as well as a built-in analog-to-digital converter (ADC), while blocks that perform a scan and output formation are placed on the common photodetector chip voltage of the digital video signal, namely: a “ring” video switch containing video switches for each active pixel of the target, which are controlled from the corresponding output of the “ring” scan multiplexer and transmit the video signal to the “ring” video bus, the output of which is the “Video” output "The photodetector and simultaneously the output of the television camera, and the ADC of the active pixels of the sensor target is controlled from the corresponding output of the" ring "multiplexer aperture, and a light control cell is added to the television camera, which is based on an electrochromic device, is installed in the rear segment of the panoramic lens and transmits the light flux from the output of the panoramic lens to the sensor target or isolates it from this light flux by the control signal from the corresponding output "Ring" multiplexer, which is also a control signal for the mechanical scanning unit of the sensor. 2. Устройство компьютерной системы по п. 1, отличающееся тем, что электроды мишени для фотоприемника телевизионной камеры выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.2. The device of the computer system according to claim 1, characterized in that the target electrodes for the photodetector of the television camera are made with a geometric shape in the form of a part of a circular ring. 3. Устройство компьютерной системы по п. 1, отличающееся тем, что фотоприемник телевизионной камеры выполнен в составе блока механического сканирования сенсора.3. The device of the computer system according to claim 1, characterized in that the photodetector of the television camera is made as part of a mechanical scanning unit of the sensor. 4. Устройство компьютерной системы по п. 1, отличающееся тем, что светорегулирующая ячейка телевизионной камеры интегрирована с панорамным объективом в оптический блок.4. The device of the computer system according to claim 1, characterized in that the light control cell of the television camera is integrated with the panoramic lens into the optical unit.
RU2019107083A 2019-03-12 2019-03-12 Computer system for panoramic scanning of a monochrome image RU2706008C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107083A RU2706008C1 (en) 2019-03-12 2019-03-12 Computer system for panoramic scanning of a monochrome image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107083A RU2706008C1 (en) 2019-03-12 2019-03-12 Computer system for panoramic scanning of a monochrome image

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2706008C1 true RU2706008C1 (en) 2019-11-13

Family

ID=68579898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019107083A RU2706008C1 (en) 2019-03-12 2019-03-12 Computer system for panoramic scanning of a monochrome image

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2706008C1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5555069A (en) * 1995-02-28 1996-09-10 Eastman Kodak Company Camera with electrochromic filter
US5650813A (en) * 1992-11-20 1997-07-22 Picker International, Inc. Panoramic time delay and integration video camera system
US5764285A (en) * 1995-04-04 1998-06-09 Minolta Co., Ltd. Imaging apparatus having area sensor and line sensor
US6005617A (en) * 1996-03-11 1999-12-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electronic camera with mechanical subscanner
JP2003315838A (en) * 2002-04-19 2003-11-06 Fuji Photo Film Co Ltd Electrochromic diaphragm device and film unit with lens using the same
US6906749B1 (en) * 1998-09-16 2005-06-14 Dalsa, Inc. CMOS TDI image sensor
EP2398230A2 (en) * 2010-06-03 2011-12-21 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Linear image sensor using CMOS technology
CN203722755U (en) * 2013-10-24 2014-07-16 天津大学 Grey and color dual-mode TDI-CMOS image sensor
RU2579002C1 (en) * 2015-03-11 2016-03-27 Вячеслав Михайлович Смелков Computer system device for panoramic scanning of monochromatic image

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5650813A (en) * 1992-11-20 1997-07-22 Picker International, Inc. Panoramic time delay and integration video camera system
US5555069A (en) * 1995-02-28 1996-09-10 Eastman Kodak Company Camera with electrochromic filter
US5764285A (en) * 1995-04-04 1998-06-09 Minolta Co., Ltd. Imaging apparatus having area sensor and line sensor
US6005617A (en) * 1996-03-11 1999-12-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electronic camera with mechanical subscanner
US6906749B1 (en) * 1998-09-16 2005-06-14 Dalsa, Inc. CMOS TDI image sensor
JP2003315838A (en) * 2002-04-19 2003-11-06 Fuji Photo Film Co Ltd Electrochromic diaphragm device and film unit with lens using the same
EP2398230A2 (en) * 2010-06-03 2011-12-21 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Linear image sensor using CMOS technology
CN203722755U (en) * 2013-10-24 2014-07-16 天津大学 Grey and color dual-mode TDI-CMOS image sensor
RU2579002C1 (en) * 2015-03-11 2016-03-27 Вячеслав Михайлович Смелков Computer system device for panoramic scanning of monochromatic image

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2371880C1 (en) Panoramic video surveillance method and device for implementing thereof
RU2552101C1 (en) Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end
RU2723645C1 (en) High-resolution panorama television surveillance computer system device
RU2706011C1 (en) Panoramic television surveillance computer system device
RU2727920C1 (en) Panoramic television surveillance computer system with selective image scaling
RU2723640C1 (en) High-resolution panorama television surveillance computer system device
RU2640755C1 (en) Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines
RU2706008C1 (en) Computer system for panoramic scanning of a monochrome image
RU2579002C1 (en) Computer system device for panoramic scanning of monochromatic image
RU2755809C1 (en) Device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution
RU2709408C1 (en) Computer system for television circular scanning of inner surface of welded seams of pipeline from large diameter pipes
RU2710779C1 (en) Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance
RU2530879C1 (en) Device for panoramic television surveillance "day-night"
RU2592855C1 (en) Device for panoramic television-computer monitoring
CN113890962B (en) Image sensor, 3D camera and control method of image sensor
RU2675245C1 (en) Device of annular photodetector for panoramic television-computer scanning of color image
RU2703967C1 (en) Television color image camera for panoramic computer scanning
RU2625164C1 (en) Computer system device for panoramic television observation
RU2675244C1 (en) Ring photo-receiver of color image for panoramic television-computer monitoring
RU2611424C1 (en) Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance
RU2641287C1 (en) Television camera of colour image for panoramic computer scanning
RU2673454C1 (en) Ring photo-receiver for panoramic television-computer scanning of monochrome image
RU2578193C1 (en) Device for computer system for all-round looking video surveillance of inner surface of pipes and pipelines of large diameter
RU2592831C1 (en) Photodetector device for panoramic television-computer surveillance
RU2720581C1 (en) Panoramic television surveillance computer system device