RU2812612C1 - Device of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle - Google Patents

Device of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2812612C1
RU2812612C1 RU2023105505A RU2023105505A RU2812612C1 RU 2812612 C1 RU2812612 C1 RU 2812612C1 RU 2023105505 A RU2023105505 A RU 2023105505A RU 2023105505 A RU2023105505 A RU 2023105505A RU 2812612 C1 RU2812612 C1 RU 2812612C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring
photodetector
video
television camera
panoramic
Prior art date
Application number
RU2023105505A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Смелков
Original Assignee
Вячеслав Михайлович Смелков
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Михайлович Смелков filed Critical Вячеслав Михайлович Смелков
Application granted granted Critical
Publication of RU2812612C1 publication Critical patent/RU2812612C1/en

Links

Abstract

FIELD: security systems.
SUBSTANCE: panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a television camera that provides all-round visibility simultaneously or sequentially in four spherical layers of the surrounding spherical region of space. For each of these spherical layers, television surveillance in real time is carried out in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation. The sensor block of a television camera consists of one single photodetector, manufactured using the technology of complementary metal-oxide-semiconductor structures, which has the shape of a target in the form of a circular ring.
EFFECT: elimination of losses of photosensitive elements in a television camera, providing the ability to monitor video information of a panoramic plot in four layers of the surrounding space in non-stop mode.
2 cl, 6 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей последовательно круговой обзор в четырех шаровых слоях окружающей сферической области пространства. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном масштабе времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Сенсорный блок этой телевизионной камеры состоит из изготовленного по технологии комплементарных структур «металл-окисел- полупроводник» (КМОП) одного (единственного) фотоприемника, который имеет форму мишени в виде кругового кольца.The proposed invention relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using a television camera that provides a sequential all-round view in four spherical layers of the surrounding spherical region of space. Moreover, for each of these spherical layers, television monitoring of the situation in real time is carried out in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation. The sensor block of this television camera consists of one (single) photodetector manufactured using complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology, which has the shape of a target in the form of a circular ring.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, третий панорамный объектив, четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник и второй фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника, причем каждый из двух фотоприемников сенсорного блока выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления Km, 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 фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео-число пикселов в каждой строке фотоприемника, 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 Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a device for a computer system for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle [1], containing a serially 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 includes a first panoramic lens, a second panoramic lens, a third panoramic lens, a fourth panoramic lens; and also a sensor block containing a first photodetector and a second photodetector, which have the shape of a circular ring, with the first panoramic lens being optically connected to the target of the first photodetector, the second panoramic lens to the target of the second photodetector, and each of the two photodetectors of the sensor block is made on a crystal made using CMOS technology, and its target consists of photodiode active pixels, each of which has an amplifier with a gain K m , as well as a built-in analog-to-digital converter (ADC), which ensures the transmission of the video signal of the active pixel to its “radial” video bus, while all of them together combine the active pixels of the target into “radial” columns, and the ADC control for pixels located along each “ring” line of the photodetector is carried out using a separate “ring” line bus, the total number of which determines the number of lines in the photodetector, and the number of “radial” video buses is the number of pixels in each row of the photodetector, while on the common crystal of the photodetector there are also blocks that perform scanning and formation of the output voltage of the digital video signal, namely: a “ring” frame scanning register that selects the “ring” line; A "ring" video switcher containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" horizontal multiplexer and provide transmission of the video signal at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output “video” photodetector, and the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the photodetector changes according to the ratio:

где Δ1 и Δm - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, a K1 - коэффициент усиления активного пиксела первой «кольцевой» строки с величиной показателя равной единице, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения,where Δ 1 and Δ m are, respectively, the photosensitive area of the active pixel for the first and current “ring” reading line in the “ring” sensor, and K 1 is the gain coefficient of the active pixel of the first “ring” line with an indicator value equal to unity, ensuring the same reading value apertures within the entire “ring” raster of the image,

причем на кристаллах обоих фотоприемников сенсорного блока имеется разрез (сквозной шлиц), выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между первым и последним пикселами первой «кольцевой строки, при этом первый фотоприемник установлен в консольное соединение со вторым фотоприемником в шлиц под углом 90°, при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора-модулятора, а выход второго фотоприемника - ко второму информационному входу мультиплексора-модулятора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; при этом в состав телевизионной камеры входят шариковый подшипник, устанавливаемый в пространстве, которое состоит из свободной от пикселов области первого и второго фотоприемников, и демодулятор команд оператора, при этом в беспосадочном режиме летательного аппарата по командам, поступающим в телевизионную камеру с компьютера оператора системы, обеспечивается последовательно пространственное перемещение этих фотоприемников при помощи первого и второго блоков поворота якоря электромагнита, устанавливаемых на внешней периферии первого и второго фотоприемников соответственно, причем первый блок поворота реализует пространственный поворот первого фотоприемника на угол 180°, а второй блок поворота реализует пространственный поворот на угол 180° второго фотоприемника, так что мишень первого фотоприемника устанавливается симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а мишень второго фотоприемника - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, при этом плата видео, размещенная на материнской плате сервера, выполняет демодуляцию нового входного цифрового телевизионного сигнала и его демультиплексирование на два дополнительных канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:Moreover, on the crystals of both photodetectors of the sensor unit there is a cut (through slot) made in the radial direction from the imaginary center of the ring to its outer periphery, in a location between the first and last pixels of the first “ring row”, while the first photodetector is installed in a cantilever connection with the second photodetector into a slot at an angle of 90°, while the output of the first photodetector of the sensor unit is connected to the first information input of the multiplexer-modulator, and the output of the second photodetector is connected to the second information input of the multiplexer-modulator, the output of which is the “video” output of the television camera; in this case, the television camera includes a ball bearing installed in the space, which consists of a pixel-free area of the first and second photodetectors, and a demodulator of operator commands, while in the non-stop mode of the aircraft according to commands received by the television camera from the computer of the system operator, sequential spatial movement of these photodetectors is ensured using the first and second rotation blocks of the electromagnet armature, installed on the outer periphery of the first and second photodetectors, respectively, wherein the first rotation block implements a spatial rotation of the first photodetector through an angle of 180°, and the second rotation block implements a spatial rotation through an angle of 180 ° the second photodetector, so that the target of the first photodetector is installed symmetrically in a position opposite the third panoramic lens, and the target of the second photodetector is symmetrically in a position opposite the fourth panoramic lens, while the video card located on the server motherboard demodulates the new input digital television signal and its demultiplexing into two additional channels with subsequent recording of each of the “ring” video signals into the corresponding RAM of the server and sequential conversion of each of the “ring” recording frames into “rectangular” frames, with the number of “rectangular” frames n corresponding to one current “ring” frame, satisfies the relation:

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

Как отмечалось в описании изобретения [1], устройство прототипа может быть установлено в беспилотном летательном аппарате в качестве которого предлагался гексакоптер. Термином «гексакоптер» принято называть в технической литературе радиоуправляемую модель беспилотного летательного аппарата с шестью крыльями, предназначенного для выполнения аэровидео съемки местности.As noted in the description of the invention [1], the prototype device can be installed in an unmanned aerial vehicle, such as a hexacopter. The term “hexacopter” is commonly used in the technical literature to refer to a radio-controlled model of an unmanned aerial vehicle with six wings, designed to perform aerial video shooting of an area.

Очевидно, что мультиплексор-модулятор телевизионной камеры прототипа [1] следует рассматривать как два последовательно соединенных между собой блока, а именно: мультиплексора и модулятора.Obviously, the multiplexer-modulator of the prototype television camera [1] should be considered as two units connected in series, namely: a multiplexer and a modulator.

Недостаток прототипа - неизбежные потери светочувствительных элементов обоих фотоприемников телевизионной камеры, возникающих за счет консольного соединения их между собой путем разреза по методу сквозного шлица.The disadvantage of the prototype is the inevitable loss of photosensitive elements of both photodetectors of the television camera, which occurs due to their cantilever connection to each other by cutting using the through slot method.

Задачей изобретения является принципиальное устранение неизбежных потерь светочувствительных элементов в телевизионной камере путем использования одного (единственного) фотоприемника, исключая необходимость в его разрезе по методу сквозного шлица, при сохранении для беспилотного летательного аппарата возможности мониторинга видеоинформации панорамного сюжета в четырех слоях окружающего пространства в беспосадочном режиме.The objective of the invention is to fundamentally eliminate the inevitable losses of photosensitive elements in a television camera by using one (single) photodetector, eliminating the need to cut it using the through slot method, while maintaining the ability for an unmanned aerial vehicle to monitor video information of a panoramic plot in four layers of the surrounding space in a non-stop mode.

Поставленная задача в заявляемом устройстве системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата 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 состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий фотоприемник, который имеет форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью фотоприемника, а сам он выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления Km, 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 фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео-число пикселов в каждой строке фотоприемника, 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 Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению (1), обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, при этом выход фотоприемника сенсорного блока подключен к информационному входу модулятора цифрового телевизионного сигнала, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры, в состав которой входят также блок поворота и демодулятор команд оператора, выполняющий электромеханическое управление блоком поворота с компьютера сервера, при этом на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демодуляцию входного цифрового телевизионного сигнала с последующей записью «кольцевого» видеосигнала в соответствующую ячейку оперативной памяти сервера и последовательное преобразование «кольцевого» кадра записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2); но при этом, в отличие от прототипа [1], в телевизионную камеру введена оправа, в которой размещаются шариковый подшипник и фотоприемник, а блок поворота выполнен на базе шагового двигателя, вал которого непосредственно или через редуктор механически связан с оправой, обеспечивая по команде оператора с компьютера пространственный поворот оправы фотоприемника на угол 90° в пошаговом режиме четыре раза за цикл, так что его мишень, установленная по умолчанию симметрично в положение напротив первого панорамного объектива, последовательно устанавливается сначала симметрично в положение напротив второго панорамного объектива, затем симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а в заключении - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, а если оператором компьютера будут подаваться на телевизионную камеру альтернативные (противоположные команды), то оправа с фотоприемником будет последовательно и пошагово возвращаться назад в начальное (исходное) положение, причем величина коэффициента усиления активного пиксела K1 для первой строки фотоприемника сенсорного блока телевизионной камеры может быть равна единице или быть больше ее, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения в режиме организации ручной или автоматической регулировки чувствительности фотоприемника в зависимости от освещенности объектов панорамного сюжета, при этом новый цифровой видеосигнал, формируемый в телевизионной камере после завершения каждого из четырех поворотов фотоприемника, поочередно записывается в соответствующую ячейку оперативной памяти сервера, в качестве которого используется системный блок компьютера оператора системы.The stated problem in the proposed device for a panoramic television surveillance system for an unmanned aerial vehicle is solved by the fact that, as in the prototype device [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected, wherein the television camera includes a first panoramic lens, a second panoramic lens, a third panoramic lens and a fourth panoramic lens; as well as a sensor unit containing a photodetector, which has the shape of a circular ring, and the first panoramic lens is optically connected to the target of the photodetector, and it itself is made on a crystal made using CMOS technology, and its target consists of photodiode active pixels, each of which has an amplifier with a gain K m , as well as a built-in ADC that ensures the transmission of the active pixel’s video signal to its “radial” video bus, while all of them collectively combine the active pixels of the target into “radial” columns, with ADC control for pixels located along each “ the ring" line of the photodetector is carried out using a separate "ring" line bus, the total number of which determines the number of lines in the photodetector, and the number of "radial" video buses is the number of pixels in each line of the photodetector, while blocks are placed on the common photodetector crystal performing scanning and generating the output voltage of a digital video signal, namely: a “ring” frame scan register that selects a “ring” line; A "ring" video switcher containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" horizontal multiplexer and provide transmission of the video signal at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output “video” photodetector, and the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the photodetector changes according to relation (1), providing the same value of the reading aperture within the entire “ring” raster of the image, while the output of the photodetector of the sensor unit is connected to the information input of the digital television signal modulator, the output of which is the “video” output of the television camera, which also includes a rotation unit and a demodulator of operator commands that performs electromechanical control of the rotation unit from the server computer, while a video card is installed on the server motherboard that performs demodulation of the input digital television signal with subsequent recording of the “ring” video signal into the corresponding cell of the server’s RAM and sequential conversion of the “ring” recording frame into “rectangular” frames, and the number of “rectangular” frames n, corresponding to one current “ring” frame, satisfies the relation (2 ); but at the same time, unlike the prototype [1], a frame is introduced into the television camera, which houses a ball bearing and a photodetector, and the rotation unit is made on the basis of a stepper motor, the shaft of which is directly or through a gearbox mechanically connected to the frame, providing at the operator’s command from the computer, spatial rotation of the photodetector frame at an angle of 90° in a step-by-step mode four times per cycle, so that its target, set by default symmetrically in a position opposite the first panoramic lens, is sequentially installed first symmetrically in a position opposite the second panoramic lens, then symmetrically in a position opposite third panoramic lens, and finally - symmetrically to a position opposite the fourth panoramic lens, and if the computer operator sends alternative (opposite commands) to the television camera, then the frame with the photodetector will sequentially and step by step return back to the initial (original) position, and the value the gain factor of the active pixel K 1 for the first line of the photodetector of the sensor unit of a television camera can be equal to unity or be greater than it, providing the same value of the reading aperture within the entire “ring” raster of the image in the mode of organizing manual or automatic adjustment of the sensitivity of the photodetector depending on the illumination of objects panoramic plot, while a new digital video signal generated in the television camera after completion of each of the four rotations of the photodetector is alternately recorded in the corresponding RAM cell of the server, which is used as the system unit of the system operator’s computer.

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

Важно отметить следующее. Светочувствительная площадь пикселов «кольцевой» мишени фотоприемника сенсорного блока, как и для прототипа [1], от строки к строке различна. Это вызывается необходимостью для «кольцевого» фотоприемника, имеющего одинаковое число пикселов в каждой строке, выравнивания разрешающей способности в пределах кадра путем обеспечения одинаковой величины технологического зазора между светочувствительными элементами вдоль каждой «кольцевой» строки.It is important to note the following. The photosensitive area of the pixels of the “ring” target of the photodetector of the sensor unit, as for the prototype [1], is different from line to line. This is caused by the need for a “ring” photodetector, which has the same number of pixels in each line, to equalize the resolution within the frame by ensuring the same size of the technological gap between the photosensitive elements along each “ring” line.

Но при этом в заявляемом решении, как и в прототипе [1], не происходит межстрочного нарушения чувствительности сенсора по следующим обстоятельствам.But at the same time, in the proposed solution, as in the prototype [1], there is no interline violation of the sensitivity of the sensor due to the following circumstances.

Параметр считывающей апертуры для всех пикселов каждой текущей строки «кольцевого» кадра определяется произведением коэффициента усиления Km пиксела на величину его светочувствительной площади Δm.The reading aperture parameter for all pixels of each current row of the “ring” frame is determined by the product of the gain coefficient K m of the pixel by the value of its photosensitive area Δ m .

Как следует из соотношения (1), этот показатель остается постоянным (неизменным) для всех светочувствительных пикселов фотоприемника.As follows from relation (1), this indicator remains constant (unchanged) for all photosensitive pixels of the photodetector.

Не меняется и величина шумовой «дорожки» для каждого активного пиксела фотоприемника, что является обязательным условием реализации его высоких показателей по чувствительности и отношению сигнал/шум.The size of the noise “track” for each active pixel of the photodetector does not change either, which is a prerequisite for achieving its high sensitivity and signal-to-noise ratio.

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

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и на этом же чертеже - структурная схема телевизионной камеры в ее составе, когда фотоприемник занимает такое положение, которое обеспечивает ведение мониторинга окружающего пространства в его слое слева; на фиг. 2 показаны все четыре возможные положения фотоприемника телевизионной камеры, реализующие мониторинг окружающего пространства последовательно в четырех слоях: слева, сверху, справа и снизу; на фиг. 3 приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 4 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 5, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи панорамного объектива; на фиг. 6 - приведена иллюстрация принципа действия шагового двигателя, который используется в составе телевизионной камеры.In fig. Figure 1 shows a block diagram of the proposed computer system for panoramic television surveillance and in the same drawing - a block diagram of the television camera in its composition, when the photodetector occupies a position that ensures monitoring of the surrounding space in its layer on the left; in fig. Figure 2 shows all four possible positions of the photodetector of a television camera, which implement monitoring of the surrounding space sequentially in four layers: left, top, right and bottom; in fig. Figure 3 shows the circuitry of a “ring” photodetector; in fig. 4 - details of this organization in relation to a single “radial” column; in fig. Figure 5, according to [2], shows a photograph of an image obtained using a panoramic lens; in fig. 6 - an illustration of the operating principle of a stepper motor, which is used as part of a television camera.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, при этом в состав телевизионной камеры 1 входит первый панорамный объектив 1-1, второй панорамный объектив 1-2, третий панорамный объектив 1-3 и четвертый панорамный объектив 1-4, а также сенсорный блок 1-5, содержащий фотоприемник в позиции 5, шарикоподшипник 1-6, оправу фотоприемника в позици 1-7, а также блок поворота 1-8, который по команде, поступающей из сервера 2 через демодулятор 1-9, выполняет плавный поворот оправы 1-7 по часовой стрелке на угол 90° за одно дискретное перемещение (шаг) вала шагового двигателя, при этом выход «видео» фотоприемника сенсорного блока 1-5 подключен к модулятору телевизионного сигнала 1-10, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры 1.Design of a computer system for panoramic television surveillance, see Fig. 1, contains a serially connected television camera 1 and a server 2 (with a video card installed in it), which is a local area network node to which two or more personal computers are connected in position 3, while the television camera 1 includes the first panoramic lens 1 -1, a second panoramic lens 1-2, a third panoramic lens 1-3 and a fourth panoramic lens 1-4, as well as a sensor unit 1-5 containing a photodetector in position 5, a ball bearing 1-6, a photodetector frame in position 1-7 , as well as a rotation unit 1-8, which, upon command coming from server 2 through the demodulator 1-9, performs a smooth rotation of the frame 1-7 clockwise at an angle of 90° in one discrete movement (step) of the stepper motor shaft, while The “video” output of the photodetector of the sensor unit 1-5 is connected to the television signal modulator 1-10, the output of which is the “video” output of television camera 1.

Панорамные объективы 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4 предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора последовательно для четырех шаровых слоев контролируемого пространства слева, сверху, справа и снизу, соответствующих направлению взгляда телевизионного оператора, как показано на фиг. 2.The panoramic lenses 1-1, 1-2, 1-3 and 1-4 are designed to form all-round optical images sequentially for four spherical layers of the controlled space on the left, top, right and bottom, corresponding to the viewing direction of the television operator, as shown in FIG. 2.

С другой стороны, блок поворота 1-8 может выполнять свои функциональные обязанности, обеспечивая для оператора последовательный мониторинг кругового обзора шаровых слоев наблюдаемого пространства соответственно слева, сзади, справа и спереди.On the other hand, the rotation unit 1-8 can perform its functional duties by providing the operator with sequential monitoring of the all-round view of the spherical layers of the observed space, respectively, from the left, rear, right and front.

В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4, совпадающего с аналогичным решением для прототипа [1], может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [2].As a technical solution for panoramic lenses 1-1, 1-2, 1-3 and 1-4, coinciding with a similar solution for the prototype [1], a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by domestic specialists from Moscow State University of Geodesy and Cartography [2].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 5. 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 a panoramic lens is shown in Fig. 5. The angular field in object space for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.

«Кольцевой» фотоприемник 5 (см. фиг. 3) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 5-1, «кольцевой» регистр 5-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 5-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 5-4.The “ring” photodetector 5 (see Fig. 3) is made using CMOS technology and contains on a common crystal a “ring” photodetector area (target) 5-1, a “ring” frame scanning register 5-2, a “ring” switch 5-3 video signals and a “ring” multiplexer 5-4.

Как показано на фиг. 3, активные пикселы на мишени фотоприемника объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.As shown in FIG. 3, the active pixels on the photodetector target are combined into columns, which are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring.

Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 4) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 5-1-1, усилитель 5-1-2 с коэффициентом усиления Km для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 5-1-3.Each active pixel of the target (see Fig. 4) includes a photosensitive region (area) 5-1-1, an amplifier 5-1-2 with a gain K m for each current “ring” line and an ADC 5-1- 3.

«Кольцевой» коммутатор 5-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 5-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 5-3-2.The “ring” video switch 5-3 consists of individual video switches 5-3-1, the number of which corresponds to the number of active pixels in a row, connected by a “ring” video bus 5-3-2.

Отметим, что показанная на фиг. 3 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 4 - 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.Note that shown in FIG. 3 the shape of the photosensitive pixel area is in the form of a rectangle, and in FIG. 4 - the Latin letter L - are conditional. In practice, the charge accumulation electrodes of the active pixels of the sensor target, which coincide with the area of their photosensitive area, can be made completely differently, for example, with a geometric shape in the form of part of a circular ring.

Видеосигнал с выхода каждого АЦП 5-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 5-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 5-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 5-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 5-3-2, а затем транслируется по ней на выход фотоприемника.The video signal from the output of each ADC 5-1-3 for each active pixel of a single “radial” column is transmitted to the “radial” video bus 5-1-5. Next, using “its own” key MOS transistor of the switch 5-3-1, controlled from one of the outputs of the multiplexer 5-4, the digital video signal of the current pixel is transmitted to the “ring” video bus 5-3-2, and then transmitted through it to photodetector output.

Отметим, что на фиг. 3 пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 5-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 5-2 кадровой развертки. То, что здесь, как и на фиг. 4, изображены лишь четыре строчные шины является условностью чертежа. Как отмечалось выше, число шин 5-1-4 соответствует показателю действительного числа «кольцевых» строк в предлагаемом фотоприемнике.Note that in FIG. 3 dotted arrows show the control of the “ring” line buses 5-1-4 of the photodetector from the side of the “ring” register 5-2 frame scanning. What is here, as in Fig. 4, only four line buses are shown; this is a convention of the drawing. As noted above, the number of buses 5-1-4 corresponds to the actual number of “ring” lines in the proposed photodetector.

Поясним дополнительно на фиг. 3 и другое. Стрелки с непрерывными линиями отмечают передачу сигнала изображения в сенсоре по «радиальным» шинам видео 5-1-5 в направлении к «кольцевому» коммутатору 5-3 видеосигналов.Let us further explain in Fig. 3 and more. The solid line arrows mark the transfer of the image signal in the sensor along the 5-1-5 video "radial" buses towards the 5-3 video "ring" switch.

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.As a result, in a “ring” raster, sequentially one after the other for each pixel of an individual “ring” line and sequentially line by line for the target as a whole, the voltage of the output video signal of the photodetector is generated in digital form.

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.Thanks to the CMOS technology adopted for the manufacture of the proposed video signal sensor, it is possible to integrate onto one common crystal not only a photodetector with an ADC for each active pixel, but also digital scanning units of a television camera. The implementation of such a solution ensures a significant reduction in the overall energy consumption of the television camera.

Необходимо признать, что концепция матричного (прямоугольного) фотоприемника с активным пикселом, встроенным в него АЦП и цифровым видеосигналом на выходе, который предполагалось выполнить по технологии КМОП путем реализации метода «координатная адресация», была разработана американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и в отечественной монографии [3, с. 67, рис. 1.21]. Однако схемотехническая организация на кристалле КМОП «кольцевого» фотоприемника с аналогичными возможностями там не упоминалась.It must be recognized that the concept of a matrix (rectangular) photodetector with an active pixel, an ADC built into it and a digital video signal at the output, which was supposed to be implemented using CMOS technology by implementing the “coordinate addressing” method, was developed by American specialists in the “zero” two thousand years. This was also reported in the domestic monograph [3, p. 67, fig. 1.21]. However, the circuitry of a “ring” photodetector on a CMOS chip with similar capabilities was not mentioned there.

Предлагаемая же здесь «кольцевая» форма мишени КМОП- фотоприемника и блоков развертки позволяет эффективнее использовать полезную площадь используемого кристалла для телевизионнокомпьютерного наблюдения панорамных сюжетов.The “ring” shape of the target of the CMOS photodetector and scanning units proposed here makes it possible to more effectively use the useful area of the crystal used for television and computer observation of panoramic scenes.

Демодулятор команд оператора 1-9 предназначен для преобразования эфирных цифровых сигналов, поступающих с сервера 2 на телевизионную камеру 1, в логические сигналы «1» или «О», передаваемые по проводам.The demodulator of operator commands 1-9 is designed to convert on-air digital signals coming from server 2 to television camera 1 into logical signals “1” or “O” transmitted over wires.

Модулятор телевизионного сигнала 1-10 служит для преобразования выходного видеосигнала телевизионной камеры в форму, необходимую для передачи его по эфирному каналу (беспроводной сети).The television signal modulator 1-10 is used to convert the output video signal of the television camera into the form necessary for transmitting it over the air channel (wireless network).

Очевидно, что благодаря технологии КМОП, модулятор 1-10 может быть выполнен в составе фотоприемника сенсорного блока 1-5.Obviously, thanks to CMOS technology, the modulator 1-10 can be made as part of the photodetector of the sensor unit 1-5.

Шарикоподшипник 1-6 предназначен для обеспечения плавности хода оправы 1-7 с фотоприемником, которая механически связана с блоком поворота 1-8.The ball bearing 1-6 is designed to ensure smooth running of the frame 1-7 with the photodetector, which is mechanically connected to the rotation unit 1-8.

Блок поворота 1-8 выполнен на базе шагового двигателя, который представляет собой электрическую машину, предназначенную для преобразования электрической энергии в механическую энергию, см. например, монографию [4, с. 95] и публикацию интернете [5].The turning unit 1-8 is made on the basis of a stepper motor, which is an electrical machine designed to convert electrical energy into mechanical energy, see, for example, the monograph [4, p. 95] and publication on the Internet [5].

Конструктивно шаговый двигатель состоит из обмоток статора и магнитно мягкого или магнитно твердого ротора.Structurally, a stepper motor consists of stator windings and a magnetically soft or magnetically hard rotor.

Отличительной особенностью шагового двигателя является дискретное вращение, при котором заданному числу импульсов соответствует определенное число совершаемых шагов. Очевидно, что при конструктивной необходимости шаговый двигатель может быть оснащен редуктором.A distinctive feature of a stepper motor is discrete rotation, in which a given number of pulses corresponds to a certain number of steps taken. Obviously, if necessary, the stepper motor can be equipped with a gearbox.

Принцип действия шагового двигателя, применяемого в блоке поворота 1-8 заявляемого устройства, показан на фиг.6. На этом чертеже изображены 4 обмотки, которые относятся к статору двигателя, а их расположение устроено так, что они находятся под углом 90° относительно друг друга. Из чего следует, что такая машина характеризуется размером шага в 90°.The operating principle of the stepper motor used in the rotation unit 1-8 of the proposed device is shown in Fig.6. This drawing shows 4 windings that belong to the motor stator, and their arrangement is arranged so that they are at an angle of 90° relative to each other. From which it follows that such a machine is characterized by a step size of 90°.

В момент подачи высокого уровня импульсного напряжения U1 в первую обмотку происходит перемещение ротора на эти 90°. В случае поочередной подачи высокого уровня импульсного напряжения U2, U3, U4 в соответствующие обмотки, вал продолжит вращение до завершения полного круга. После чего цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить очередность подачи импульсов в соответствующие обмотки статора шагового двигателя.At the moment a high level of pulse voltage U1 is supplied to the first winding, the rotor moves by these 90°. If a high level of pulse voltage U2, U3, U4 is alternately supplied to the corresponding windings, the shaft will continue to rotate until the full circle is completed. After which the cycle repeats again. To change the direction of rotation, it is enough to change the sequence of pulses supplied to the corresponding stator windings of the stepper motor.

Для подачи потенциала на обмотки на обмотки шагового двигателя необходим механизм, способный выдать управляющий импульс или группу импульсов в конкретной последовательности. В роли такого механизма выступает блок управления шаговым двигателем, который содержит драйвер на основе микропроцессора, а также контроллер, обеспечивающий непосредственное подключение цифровых сигналов к данному двигателю.To apply potential to the windings of the stepper motor, a mechanism is required that can issue a control pulse or group of pulses in a specific sequence. The role of such a mechanism is the stepper motor control unit, which contains a microprocessor-based driver, as well as a controller that provides direct connection of digital signals to this motor.

Очевидно, что в заявляемом устройстве компьютерной системы блок поворота 1-8 телевизионной камеры содержит последователь соединенные между собой шаговый двигатель, обеспечивающий четыре фиксированных положения вала под углом 90°, и блок управления шаговым двигателем, вход которого может быть подключен через USB интерфейс к внешнему блоку цифрового управления (со стороны компьютера 4).It is obvious that in the inventive computer system device, the rotation unit 1-8 of the television camera contains a successor-connected stepper motor, providing four fixed shaft positions at an angle of 90°, and a stepper motor control unit, the input of which can be connected via a USB interface to an external unit digital control (from computer side 4).

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата (см. фиг. 1) работает следующим образом.The device of a computer system for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle (see Fig. 1) works as follows.

Пусть телевизионная камера 1 установленная на гексакоптере и расположена на некоторой высоте относительно Земли.Let television camera 1 be mounted on a hexacopter and located at a certain height relative to the Earth.

Будем считать, что линии связи телевизионной камеры 1 с компьютером 4 оператора системы по видеосигналу и управлению реализованы в стандарте IEEE 802/11 для беспроводных сетей [6, с. 380-381]. Это означает, что передача данных осуществляется на одной из двух скоростей (1 или 2 Мбит/с) в полосе частот 2.4 ГГц.We will assume that the communication lines of the television camera 1 with the computer 4 of the system operator for video signal and control are implemented in the IEEE 802/11 standard for wireless networks [6, p. 380-381]. This means that data transmission occurs at one of two speeds (1 or 2 Mbit/s) in the 2.4 GHz frequency band.

Пусть конструкторское решение сенсорного блока 1-5 в составе телевизионной камеры 1, см. фиг. 1 и фиг. 2 реализовано так, что в исходном положении 1 ось визирования первого панорамного объектива 1-1, а, следовательно, и оптическая ось фотоприемника 5 направлена по горизонтали влево. Отметим, что мишень фотоприемника 5 занимает в данной ситуации положение, которое показано линиями из квадратных точек.Let the design solution of the sensor unit 1-5 as part of the television camera 1, see Fig. 1 and fig. 2 is implemented in such a way that in the initial position 1 the viewing axis of the first panoramic lens 1-1, and, consequently, the optical axis of the photodetector 5 is directed horizontally to the left. Note that the target of the photodetector 5 occupies a position in this situation, which is shown by lines of square dots.

Экспонирование «кольцевой» мишени фотоприемника 5 производится непрерывно. Поэтому на выходе сенсорного блока 1-5 формируется цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра фотоприемника 5.The “ring” target of the photodetector 5 is exposed continuously. Therefore, at the output of the sensor unit 1-5, a digital video signal of the “ring” frame of the photodetector 5 is generated.

Полученный цифровой телевизионный сигнал (ЦТС), содержащий видеоинформацию о шаровом слое слева для окружающего пространства затем подвергается высокочастотному модулированию в блоке 1-10, становясь доступным для эфира, и поступает на выход телевизионной камеры 1.The received digital television signal (DTS), containing video information about the spherical layer on the left for the surrounding space, is then subjected to high-frequency modulation in block 1-10, becoming available for broadcast, and is sent to the output of television camera 1.

Затем этот ЦТС по беспроводной сети передается на сервер 2, где (на плате видео) выполняется его демодуляция с последующей записью видеоинформации в первый блок оперативной памяти на кадр.Then this DTS is transmitted wirelessly to server 2, where (on the video board) it is demodulated and subsequently recorded in the first RAM block per frame.

Для получения в телевизионной камере 1 ЦТС применительно к трем другим шаровым слоям окружающего пространства без посадки гексакоптера на Землю достаточно подавать с компьютера 4 необходимые команды (в ручном или автоматическом режимах) обеспечивающих последовательно поворот фотоприемника 5 (по часовой стрелке) на угол 90° при помощи шагового двигателя блока 1-8.To obtain the PZT in the television camera 1 in relation to the other three spherical layers of the surrounding space without landing the hexacopter on Earth, it is enough to submit from the computer 4 necessary commands (in manual or automatic modes) that ensure sequential rotation of the photodetector 5 (clockwise) at an angle of 90° using stepper motor block 1-8.

В результате мишень фотоприемника 5 сначала оказывается в положении 2 напротив второго панорамного объектива 1-2, затем в положении 3 - напротив третьего панорамного объектива 1-3, а в завершении цикла - напротив четвертого панорамного объектива 1-4.As a result, the target of the photodetector 5 first appears in position 2 opposite the second panoramic lens 1-2, then in position 3 - opposite the third panoramic lens 1-3, and at the end of the cycle - opposite the fourth panoramic lens 1-4.

Как и первый ЦТС, каждый из трех новых ЦТС последовательно будет подвержен высокочастотному модулированию (детектированию) в блоке 1-10 телевизионной камеры, а затем в сервере 2 - демодуляции видеосигнала и и его последующей записи соответственно во второй, третий и четвертый блок оперативной памяти на кадр.Like the first DZT, each of the three new DZTs will sequentially be subject to high-frequency modulation (detection) in block 1-10 of the television camera, and then in server 2 - demodulation of the video signal and its subsequent recording, respectively, into the second, third and fourth block of RAM on frame.

Последовательное преобразование по соотношению (2) в сервере 2 каждого из четырех «кольцевых» кадра записи в «прямоугольные» кадры успешно завершает выполнение задачи последовательного мониторинга видеоинформации для четырех шаровых слоев окружающего пространства (слева, сверху, справа и снизу).Sequential conversion according to relation (2) in server 2 of each of the four “ring” recording frames into “rectangular” frames successfully completes the task of sequential monitoring of video information for four spherical layers of the surrounding space (left, top, right and bottom).

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата, см. фиг. 1 освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all elements of the block diagram of a computer system for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle, see FIG. 1 have been mastered or can be mastered by domestic industry.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the proposed invention should be considered to meet the requirement of industrial applicability.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №2780801. МПК H04N 5/225. СПК H04N 5/2251; H04N 5/2258; H04N 5/2259; H04N 5/23203. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата. / В.М. Смелков // Б.И. - 2022. - №28.1. RF patent No. 2780801. IPC H04N 5/225. SPK H04N 5/2251; H04N 5/2258; H04N 5/2259; H04N 5/23203. Design of a computer system for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle. / V.M. Smelkov // B.I. - 2022. - No. 28.

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 reflex lens. / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // B.I. - 2002. - No. 20.

3. 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», 2006.3. Berezin V.V., Umbitaliev A.A., Fakhmi Sh.S., Tsytsulin A.K. and Shipilov N.N. Solid-state revolution in television: Television systems based on charge-coupled devices, systems on a chip, and video systems on a chip. Ed. A.A. Umbitaliev and A.K. Tsytsulina. - M.: “Radio and Communication”, 2006.

4. Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов B.C. Основы автоматики и телемеханики. Под общ. ред. С.А. Гинзбурга. Изд. 4-е переработанное. Пер. с англ. - «Энергия», 1968.4. Ginzburg S.A., Lekhtman I.Ya., Malov V.S. Fundamentals of automation and telemechanics. Under general ed. S.A. Ginsburg. Ed. 4th revised. Per. from English - “Energy”, 1968.

5. https//www.asutpp.ru/shagovyy-dvigatel.html5. https//www.asutpp.ru/shagovyy-dvigatel.html

6. Владо Дамьяновски. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. Издание 2-е. Пер. с англ. ООО «Ай -Эс-ЭС Пресс», 2006.6. Vlado Damjanovski. CCTV. The CCTV Bible. Digital and network technologies. 2nd edition. Per. from English ISS Press LLC, 2006.

Claims (6)

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий фотоприемник, который имеет форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью фотоприемника, а сам он выполнен на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления Km, 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 фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео-число пикселов в каждой строке фотоприемника, 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 Кm активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению:1. A computer system device for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle, containing a serially connected television camera and a server, which is a local area network node to which two or more personal computers are connected, wherein the television camera includes a first panoramic lens, a second panoramic lens , a third panoramic lens and a fourth panoramic lens; as well as a sensor unit containing a photodetector, which has the shape of a circular ring, and the first panoramic lens is optically connected to the target of the photodetector, and it itself is made on a crystal made using complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology, and its target consists of photodiode active pixels, each of which has an amplifier with a gain K m , as well as a built-in analog-to-digital converter (ADC), which ensures the transmission of the active pixel video signal to its “radial” video bus, while all of them together combine the active pixels targets into “radial” columns, and the ADC control for pixels located along each “ring” line of the photodetector is carried out using a separate “ring” line bus, the total number of which determines the number of lines in the photodetector, and the number of “radial” video buses the number of pixels in each line of the photodetector, while on the common crystal of the photodetector there are also blocks that perform scanning and formation of the output voltage of the digital video signal, namely: a “ring” frame scanning register that selects the “ring” line; a “ring” video switch containing video switches for each “radial” column, which are controlled from the corresponding output of the “ring horizontal multiplexer and provide transmission of the video signal at the output of each “radial” video bus to the “ring” video bus, the output of which is the output of “ video" photodetector, and the gain K m of the active pixel for each current "ring" line of the photodetector changes according to the ratio: где Δ1 и Δm - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, a K1 - коэффициент усиления активного пиксела первой «кольцевой» строки с величиной показателя равной единице, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, при этом выход фотоприемника сенсорного блока подключен к информационному входу модулятора цифрового телевизионного сигнала, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры, в состав которой входят также блок поворота и демодулятор команд оператора, выполняющий электромеханическое управление блоком поворота с компьютера сервера, при этом на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демодуляцию входного цифрового телевизионного сигнала с последующей записью «кольцевого» видеосигнала в соответствующую ячейку оперативной памяти сервера и последовательное преобразование «кольцевого» кадра записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:where Δ 1 and Δ m are, respectively, the photosensitive area of the active pixel for the first and current “ring” reading line in the “ring” sensor, and K 1 is the gain coefficient of the active pixel of the first “ring” line with an indicator value equal to unity, ensuring the same reading value apertures within the entire “ring” raster of the image, while the output of the photodetector of the sensor unit is connected to the information input of the digital television signal modulator, the output of which is the “video” output of the television camera, which also includes a rotation unit and a demodulator of operator commands that performs electromechanical control rotation unit from the server computer, while a video card is installed on the server motherboard, which demodulates the input digital television signal with subsequent recording of the “ring” video signal into the corresponding cell of the server’s RAM and sequential conversion of the “ring” recording frame into “rectangular” frames, and the number of “rectangular” frames n, corresponding to one current “ring” frame, satisfies the relation: где - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, отличающееся тем, что в телевизионную камеру введена оправа, в которой размещаются шариковый подшипник и указанный фотоприемник, а блок поворота сенсорного блока телевизионной камеры содержит последовательно соединенные между собой шаговый двигатель и блок управления шаговым двигателем, вход которого подключен к выходу демодулятора команд оператора, причем вал шагового двигателя непосредственно или через редуктор механически связан с оправой фотоприемника, обеспечивая по команде оператора с компьютера пространственный поворот оправы фотоприемника на угол 90° в пошаговом режиме четыре раза за цикл, так что его мишень, установленная по умолчанию симметрично в положение напротив первого панорамного объектива, последовательно устанавливается сначала симметрично в положение напротив второго панорамного объектива, затем симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а в заключении - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, при этом новый цифровой видеосигнал, формируемый в телевизионной камере после завершения каждого из четырех поворотов фотоприемника, поочередно записывается в соответствующую ячейку оперативной памяти сервера, в качестве которого используется системный блок компьютера оператора системы.Where - the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this transformation itself is performed by software, characterized in that a frame is introduced into the television camera in which a ball bearing and the specified photodetector are placed, and the rotation unit of the sensor block of the television camera contains series-connected a stepper motor and a stepper motor control unit, the input of which is connected to the output of the operator command demodulator, wherein the stepper motor shaft is directly or through a gearbox mechanically connected to the photodetector frame, providing, upon the operator’s command from the computer, a spatial rotation of the photodetector frame at an angle of 90° in step-by-step mode four times per cycle, so that its target, set by default symmetrically in front of the first panoramic lens, is successively set first symmetrically in front of the second panoramic lens, then symmetrically in front of the third panoramic lens, and finally symmetrically in front of the fourth panoramic lens , while the new digital video signal generated in the television camera after completion of each of the four rotations of the photodetector is alternately recorded in the corresponding RAM cell of the server, which is used as the system unit of the system operator’s computer. 2. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что в фотоприемнике сенсорного блока телевизионной камеры электроды зарядового накопления активных пикселов мишени, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.2. The device of a computer system for panoramic television surveillance according to claim 1, characterized in that in the photodetector of the sensor unit of the television camera, the charge accumulation electrodes of the active pixels of the target, coinciding with the area of their photosensitive area, are made with a geometric shape in the form of part of a circular ring.
RU2023105505A 2023-03-09 Device of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle RU2812612C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2812612C1 true RU2812612C1 (en) 2024-01-30

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5790183A (en) * 1996-04-05 1998-08-04 Kerbyson; Gerald M. High-resolution panoramic television surveillance system with synoptic wide-angle field of view
WO2016101155A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 SZ DJI Technology Co., Ltd. Uav panoramic imaging
US10084960B2 (en) * 2014-10-10 2018-09-25 Iec Infrared Systems, Llc Panoramic view imaging system with drone integration
RU2780801C1 (en) * 2021-11-03 2022-10-04 Вячеслав Михайлович Смелков Device of a panoramic television surveillance computer system for an unmanned aerial vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5790183A (en) * 1996-04-05 1998-08-04 Kerbyson; Gerald M. High-resolution panoramic television surveillance system with synoptic wide-angle field of view
US10084960B2 (en) * 2014-10-10 2018-09-25 Iec Infrared Systems, Llc Panoramic view imaging system with drone integration
WO2016101155A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 SZ DJI Technology Co., Ltd. Uav panoramic imaging
RU2780801C1 (en) * 2021-11-03 2022-10-04 Вячеслав Михайлович Смелков Device of a panoramic television surveillance computer system for an unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9681057B2 (en) Exposure timing manipulation in a multi-lens camera
US8908054B1 (en) Optics apparatus for hands-free focus
US20040207726A1 (en) Method for recording a stereoscopic image of a wide field of view
US20120182455A1 (en) Solid-state image pickup device and image pickup device
US8937639B2 (en) Interlaced focal plane array for wide-area surveillance
CN103685922A (en) Image processing apparatus, image pickup apparatus, and image processing method
US20200358959A1 (en) Imaging device and signal processing device
US20070126867A1 (en) High resolution surveillance camera
RU2706011C1 (en) Panoramic television surveillance computer system device
RU2812612C1 (en) Device of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle
US8018489B2 (en) Surveillance system
US20090278947A1 (en) Imager and Imaging Method for Digital Cinematography
US12475928B2 (en) Video creation method
RU2723640C1 (en) High-resolution panorama television surveillance computer system device
RU2798684C1 (en) Device of a computer system for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle
RU2812334C1 (en) Computer system device for panoramic television surveillance
RU2780801C1 (en) Device of a panoramic television surveillance computer system for an unmanned aerial vehicle
RU2818644C1 (en) Design of a computer system for panoramic television surveillance for an unmanned aerial vehicle
RU2819551C1 (en) Design of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle
US20240305910A1 (en) Imaging element and imaging device
RU2830650C1 (en) Design of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle
RU2755809C1 (en) Device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution
RU2708630C1 (en) Panoramic television surveillance computer system device
RU2774399C1 (en) Device of the computer system of panoramic television surveillance
RU2710777C1 (en) Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance