RU2723645C1 - Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Техническим результатом является увеличение разрешающей способности наблюдаемых раздельно фрагментов «кольцевого» кадра. Результат достигается тем, что телевизионная камера имеет два сенсора: «кольцевой» и дополнительный фотоприемник, являющимся «прямоугольным» (матричным) сенсором, установленным на электромеханической турели и светоделитель, расположенный на выходе панорамного объектива, причем светоделитель содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало, коллективную линзу, отражающее зеркало и дополнительный объектив, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала. При этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Телевизионная камера такой системы имеет два сенсора: «кольцевой» и «прямоугольный» (матричный) фотоприемники, - изготовленные по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок электрического вписывания изображения (БЭВИ), который осуществляет программным путем вставку «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора, причем в режиме 1 наблюдения панорамного сюжета полностью вход БЭВИ подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход БЭВИ - к выходу «сеть» сервера; в состав платы видео входит также блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), который заменяет БЭВИ при переводе компьютерной системы в режим 2 последовательного обзора панорамного сюжета, причем число «прямоугольных» кадров m, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется тоже программным путем,

при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр изображения, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и «кольцевой» фотоприемник (сенсор), который выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, и содержит на мишени линейки светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения.

В прототипе [1] обеспечивается возможность наблюдения панорамного сюжета полностью (в режиме 1) и отдельных его фрагментов (в режиме 2). При этом гарантируется повышенная степень интеграции телевизионной камеры за счет выполнения «кольцевого» сенсора по технологии КМОП, позволяющей разместить на его кристалле и необходимое электронное «обрамление фотоприемника.

Недостаток прототипа - ограниченная разрешающая способность вдоль строки для «прямоугольных» кадров-фрагментов из-за уменьшения в m раз для каждого из них количества светочувствительных элементов (пикселов) по отношению к «кольцевому» изображению.

Задачей изобретения является увеличение разрешающей способности наблюдаемых раздельно фрагментов «кольцевого» кадра при помощи дополнительного фотоприемника, являющимся «прямоугольным» (матричным) сенсором, при обеспечении одинаковой чувствительности телевизионной камеры в обоих режимах работы.

Поставленная задача в заявляемом устройстве системы панорамного телевизионного наблюдения 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 в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая БЭВИ, который осуществляет программным путем вставку «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора, причем в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью вход БЭВИ подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход БЭВИ - к выходу «сеть» сервера; в состав платы видео входит также БПКП, который заменяет БЭВИ при переводе компьютерной системы в режим последовательного обзора панорамного сюжета, причем число «прямоугольных» кадров m, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр изображения, содержит последовательно расположенные панорамный объектив и «кольцевой» фотоприемник (сенсор), который выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП и содержит на мишени линейки светочувствительных пикселов, расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле «кольцевого» фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование на первом выходе «Видео» телевизионной камеры напряжения цифрового «кольцевого» видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, а коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора обеспечивает одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, при этом по сравнению с прототипом в состав телевизионной камеры дополнительно введены матричный фотоприемник, установленный на электромеханической турели и светоделитель, расположенный на выходе панорамного объектива, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу «кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, но в отличие от него, число пикселов в строке превышает показатель, равный числу пикселов в строке у «кольцевого сенсора, деленному на m, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени сохраняется постоянным по величине; электромеханическая турель осуществляет круговое пространственное перемещение матричного фотоприемника в одно из положений, общее число которых за круг составляет m; светоделитель, воспринимающий на входе выходное оптическое изображение панорамного объектива и обеспечивающий формирование на первом выходе оптического изображения одного из m фрагментов «кольцевого» кадра, проецируемого на мишень матричного фотоприемника, а на втором выходе - оптического изображения всего «кольцевого» кадра, проецируемого на мишень «кольцевого» фотоприемника, причем сам светоделитель содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало, коллективную линзу, отражающее зеркало и дополнительный объектив, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала, первый выход светоделителя - с выходом полупрозрачного зеркала, а второй выход светоделителя - с выходом дополнительного объектива; причем коэффициент усиления К_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре;

D/ƒ - относительное отверстие второго объектива светоделителя;

τ₁ - коэффициент пропускания второго объектива светоделителя;

τ₂ - коэффициент пропускания коллективной линзы светоделителя;

при этом матричный фотоприемник осуществляет формирование напряжения цифрового «прямоугольного» видеосигнала, который подключен ко второму выходу «Видео» телевизионной камеры, а далее транслируется на сервер для записи в дополнительные m блоков оперативной памяти на кадр, причем системный блок одного из компьютерных пользователей является сервером.

Перепишем соотношение (3) в следующем виде:

где коэффициент β, определяющий отношение освещенности сцены на первом выходе светоделителя к его освещенности на втором выходе, измеряется величиной

Совокупность известных и новых признаков для заявляемого устройства не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.

Важно отметить следующее. Светочувствительная площадь пикселов мишени «кольцевого» фотоприемника, как и для прототипа [1], от строки к строке различна. Это вызывается необходимостью для «кольцевого» сенсора, имеющего одинаковое число пикселов в каждой строке, выравнивания разрешающей способности в пределах кадра путем обеспечения одинаковой величины технологического (производственного) зазора между светочувствительными элементами.

Но при этом, как в заявляемом решении, так и в прототипе [1], не происходит межстрочного нарушения чувствительности сенсора по следующим обстоятельствам.

Параметр считывающей апертуры для всех пикселов каждой текущей строки «кольцевого» кадра в предлагаемом решении определяется произведением трех величин: коэффициента усиления K_m пиксела, его светочувствительной площади Δ_m и коэффициента β.

Как следует из соотношений (3) и (4), этот показатель остается постоянным (неизменным) для всех светочувствительных пикселов «кольцевого» фотоприемника. Не меняется и величина шумовой «дорожки» для каждого активного пиксела этого сенсора, что является обязательным условием для реализации чувствительности фотоприемника и его отношения сигнал/шум.

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и на этом же чертеже - структурная схема телевизионной камеры в ее составе; на фиг. 2 приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 3 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 4 - оптическая схема светоделителя; на фиг. 5 - иллюстрация замысла решения по конструкции электромеханической турели; на фиг. 6 - иллюстрация выполнения задачи по электрическому вписыванию изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора; на фиг. 7 - иллюстрация выполнения задачи по конвертированию одного «кольцевого» кадра в шесть «прямоугольных» кадров, а также реализации альтернативой задачи получения шести «прямоугольных» кадров с повышенной разрешающей способностью изображения; на фиг. 8, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.

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.

В качестве сервера 2 использован системный блок компьютера 4 оператора системы.

Как и в прототипе [1], плата видео выполняет программным путем следующие операции:

запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера в автоматическом режиме;

электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра из оперативной памяти в «прямоугольный» растр компьютерного монитора в режиме 1 работы системы (наблюдение панорамного сюжета полностью);

считывание «кольцевого» кадра из оперативной памяти при помощи m «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (1) в режиме 2 этой программы.

Но в заявляемом решении в режиме 2 работы системы дополнительно предусмотрена возможность мониторинга фрагментов «кольцевого» кадра с повышенной разрешающей способностью при помощи матричного фотоприемника.

Следует отметить, что в компьютерной программе применительно к операции по реализации электрического вписывания «кольцевого» кадра в «прямоугольный» растр монитора должно быть реализовано соблюдение последовательности передачи телевизионных строк.

При условии размещения вписываемого кадра в центральной части экрана монитора выполнение этой задачи представлено на фиг. 6.

Продемонстрируем заложенный в эту программы алгоритм, используя растровое положение точечных изображений от двух пикселов «А» и «В» для «кольцевого» фотоприемника 1-2.

Пусть, как показано на фиг. 2, пиксел «А» считывается первым в первой «кольцевой» строке сенсора, а пиксел «В» - точно посередине этой строки.

Тогда в «прямоугольном» растре компьютерного монитора (см. фиг. 4) изображение от пиксела «А» будет занимать положение центрального элемента его первой строки, а изображение от пиксела «В» - положение центрального элемента его последней строки.

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора (кольцевого изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1, совпадающим с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами [2].

Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75 - 80) градусов по углу места. Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива, см. фиг. 8, подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1-2, как и в прототипе, в пользу кругового кольца.

Светоделитель 1-3 телевизионной камеры предназначен для направления светового потока с выхода панорамного объектива 1-1 по двум каналам: на мишень матричного фотоприемника 1-4 (выход 1) и на мишень «кольцевого» фотоприемника (выход 2).

В качестве возможного технического решения оптической схемы светоделителя 1-3 может быть использована схема, представленная на фиг. 4, которая была ранее экспериментально проверена и использована в описании к патенту РФ [3].

Светоделитель 1-3 содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало 1-3-1, коллективную линзу 1-3-2, отражающее зеркало 1-3-3 и дополнительный объектив 1-3-4, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала 1-3-1, первый выход светоделителя - с выходом полупрозрачного зеркала 1-3-1, а второй выход светоделителя - с выходом дополнительного объектива 1-3-4.

В заявляемом решении матричный фотоприемник 1-4 на установке 1-5, обозначенной как «электромеханическая турель», которая осуществляет круговое пространственное перемещение мишени матричного фотоприемника 1-4 в одно из m положений на проекции «кольцевого» изображения панорамной сцены, формируемого на первом выходе светоделителя 1-3 (см. фиг. 5).

Отметим, что термин «турель» в настоящей заявке является заимствованным, как наиболее подходящий по названию к блоку 1-5, хотя он (по известным в литературе источникам, см., например, толковый словарь Ушакова) определяет собой «вращающуюся установку для орудий и пулеметов на самолетах и танках».

«Кольцевой» фотоприемник 1-2 (см. фиг. 2) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 1-2-1, «кольцевой» регистр 1-2-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-4.

Как показано на фиг. 2, активные пикселы на мишени фотоприемника объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.

Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 3) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 с коэффициентом усиления K_m для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 1-2-1-3.

«Кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 1-2-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 1-2-3-2.

Отметим, что показанная на фиг. 2 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 3 - латинской буквы L, - являются условными. На практике электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, могут быть выполнены совершенно иначе, например, с геометрической формой в виде части кругового кольца.

Управление АЦП 1-2-1-3 пиксела, как и всех остальных пикселов мишени, осуществляется с управляющего входа «кольцевого» мультиплексора 1-2-3. передающей сигнал управления с соответствующего выхода «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки.

Видеосигнал с выхода каждого АЦП 1-2-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 1-2-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 1-2-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 1-2-3-2, а затем транслируется по ней на выход фотоприемника.

То же самое формирование цифрового видеосигнала происходит и в пределах других радиально расположенных столбцов «кольцевой» мишени 1-2-1 каждого из двух фотоприемников сенсорного блока 1-2.

Отметим, что на фиг. 2 пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 1-2-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки. То, что здесь, как и на фиг. 3, изображены лишь четыре строчные шины является условностью чертежа. На самом деле число шин 1-2-1-4 соответствует показателю действительного числа «кольцевых» строк в заявляемом сенсоре.

Поясним дополнительно на фиг. 2 и другое. Стрелки с непрерывными линиями отмечают передачу сигнала изображения в сенсоре по «радиальным» шинам видео 1-2-1-5 в направлении к «кольцевому» коммутатору 1-2-3 видеосигналов.

В результате в «кольцевом» растре последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой «кольцевой» строки и последовательно строка за строкой для мишени в целом формируется в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала фотоприемника.

Благодаря принятой для изготовления предлагаемого датчика видеосигнала технологии КМОП, обеспечивается возможность интегрировать на один общий кристалл не только фотоприемник с АЦП для каждого активного пиксела, но и блоки цифровой развертки телевизионной камеры. Реализация такого решения обеспечивает существенное снижение общего энергопотребления телевизионной камеры.

Матричный фотоприемник 1-4, выполненный также по технологии КМОП, сохраняет все признаки прибора, реализованного по методу «координатная адресация» американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и подробно комментировалось в отечественной монографии [4, с. 67, рис. 1.21]. Очевидно, что по этой технологии на кристалле матричного фотоприемника 1-4 также реализуется задача по формированию цифрового видеосигнала «прямоугольного» растра с пониженным энергопотреблением.

Возвращаясь к фотоприемнику 1-2, следует признать, что схемотехническая организация на кристалле КМОП «кольцевого» сенсора с аналогичными возможностями не предлагалась.

Несомненно, что «кольцевая» форма мишени КМОП-фотоприемника и блоков развертки позволяет эффективнее использовать в телевизионных камерах полезную площадь используемого кристалла для телевизионно-компьютерного наблюдения панорамных сюжетов.

Заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью работает следующим образом.

Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например при помощи фотоштатива (на фиг. 1 он не показан).

Тогда на мишень «кольцевого» фотоприемника 1-2 проецируется «кольцевое» оптическое изображение контролируемого панорамного сюжета, а на мишень матричного сенсора 1-4 - фрагмент этого изображения.

Вернемся к оценке соотношения (5). Учитывая оптические свойства светоделителя 1-3, освещенность изображения на мишени «кольцевого» фотоприемника 1-2 будет в β раз меньше, чем освещенность мишени матричного сенсора 1-4.

Но в типовом случае, когда площадь (Δ) светочувствительного пиксела матричного фотоприемника 1-4 равна площади Δ₁ «кольцевого» фотоприемника 1-2, не возникает ситуации с различной чувствительность этих фотоприемных каналов. Это объясняется тем, что в заявляемом решении априори предусмотрено, что коэффициент усиления K_m для всех активных пикселов «кольцевого сенсора увеличен по сравнению с аналогичным коэффициентом матричного сенсора в β раз.

Продолжим рассмотрение работы устройства компьютерной системы.

Пусть при ее включении компьютерной системы по умолчанию она начинает действовать в режиме 1. В этом режиме работает только «кольцевой фотоприемник 1-2 телевизионной камеры 1. Тогда по ее первому выходу «Видео» цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в блок оперативной памяти на кадр.

Оператору компьютера 4 первому предоставляется возможность наблюдения на экране монитора панорамной сцены как полностью (см. фиг. 6), так и фрагментарно, используя шесть различных изображений (см. фиг. 7).

Если четкости этих фрагментарных изображений будет недостаточно, то оператор обязан воспользоваться дополнительным режимом 2 работы системы. В этом режиме дополнительно включается в работу матричный фотоприемник 1-4, который в составе электромеханической турели 1-5 осуществляет за ее круговой оборот шесть остановок для экспонирования.

Как отмечалось выше, число светочувствительных пикселов в строке матричного фотоприемника 1-4 должно быть выше показателя, равного числу пикселов для «кольцевой» строки сенсора 1-2, деленному на m.

Это означает формирование на втором выходе «Видео» телевизионной камеры последовательности из шести дополнительных цифровых кадров с обязательным выигрышем по разрешающей способности (четкости) передаваемых ими изображений.

Если число светочувствительных пикселов в строке матричного фотоприемника равно числу пикселов для «кольцевой» строки сенсора 1-2, получаемый выигрыш в четкости изображений составит m раз.

Благодаря выравниванию в телевизионной камере чувствительностей «кольцевого» и матричного фотоприемников, этот выигрыш достигается без потерь отношения сигнал/шум наблюдаемого изображения.

После завершения записи этих изображений в дополнительный блок памяти сервера 2 они также становятся доступными для всех пользователей компьютеров 3.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2706011. МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2019. - №32.

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.

3. Патент РФ №2504100. H04N 5/225. Телевизионная система с селективным масштабированием изображения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2014. - №1.

4. Березин В.В., Умбиталиев А.А., Фахми Ш.С., Цыцулин А.К. и Шипилов Н.Н. Твердотельная революция в телевидении: Телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле. Под ред. А.А. Умбиталиева и А.К. Цыцулина. - М.: «Радио и связь», 2006.

Claims (11)

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок электронного вписывания изображения (БЭВИ), который осуществляет программным путем вложение (вставку) «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора, причем в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью вход БЭВИ подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход БЭВИ - к выходу «сеть» сервера; в состав платы видео входит также блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), который заменяет БЭВИ при переводе компьютерной системы в режим последовательного обзора панорамного сюжета, причем число «прямоугольных» кадров m, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяющему соотношению:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется тоже программным путем,

при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр изображения, содержит последовательно расположенные панорамный объектив и «кольцевой» фотоприемник (сенсор), который выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП и содержит на мишени линейки светочувствительных пикселов, расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, причем мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле «кольцевого» фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование на первом выходе «Видео» телевизионной камеры напряжения цифрового «кольцевого» видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, а коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора обеспечивает одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, отличающееся тем, что в состав телевизионной камеры дополнительно введены матричный фотоприемник, установленный на электромеханической турели и светоделитель, расположенный на выходе панорамного объектива, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу «кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, но в отличие от него, число пикселов в строке превышает показатель, равный числу пикселов в строке у «кольцевого сенсора, деленному на m, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени сохраняется постоянным по величине; электромеханическая турель осуществляет круговое пространственное перемещение матричного фотоприемника в одно из положений, общее число которых за круг составляет m; светоделитель, воспринимающий на входе выходное оптическое изображение панорамного объектива и обеспечивающий формирование на первом выходе оптического изображения одного из m фрагментов «кольцевого» кадра, проецируемого на мишень матричного фотоприемника, а на втором выходе - оптического изображения всего «кольцевого» кадра, проецируемого на мишень «кольцевого» фотоприемника, причем сам светоделитель содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало, коллективную линзу, отражающее зеркало и дополнительный объектив, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала, первый выход светоделителя - с выходом полупрозрачного зеркала, а второй выход светоделителя - с выходом дополнительного объектива; причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре;

D/ƒ - относительное отверстие второго объектива светоделителя;

τ₁ - коэффициент пропускания второго объектива светоделителя;

τ₂ - коэффициент пропускания коллективной линзы светоделителя;

при этом матричный фотоприемник осуществляет формирование напряжения цифрового «прямоугольного» видеосигнала, который подключен ко второму выходу «Видео» телевизионной камеры, а далее транслируется на сервер для записи в дополнительные m блоков оперативной памяти на кадр, причем системный блок одного из компьютерных пользователей является сервером.

2. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью по п. 1, отличающееся тем, что в «кольцевом» фотоприемнике телевизионной камеры электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

Images