RU2785152C1 - Design of a computer panoramic video surveillance system with high resolution - Google Patents
Design of a computer panoramic video surveillance system with high resolution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785152C1 RU2785152C1 RU2022107799A RU2022107799A RU2785152C1 RU 2785152 C1 RU2785152 C1 RU 2785152C1 RU 2022107799 A RU2022107799 A RU 2022107799A RU 2022107799 A RU2022107799 A RU 2022107799A RU 2785152 C1 RU2785152 C1 RU 2785152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- sensor
- photodetector
- output
- video
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000295 complement Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000001131 transforming Effects 0.000 claims description 2
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000009432 framing Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предполагаемое 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).The proposed invention relates to panoramic television surveillance, which is performed by a computer system using an all-round television camera in an area close to a hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation. The television camera of such a system has two sensors: "ring" and "rectangular" (matrix) photodetectors, made using the technology of complementary structures "metal-oxide-semiconductor" (CMOS).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью [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 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, удовлетворяет соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a device for a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of a local area network to which two or more personal computers are connected, while in the expansion connector on the server motherboard is equipped with a video board, coordinated by input / output channels, control and power supply with the server bus, containing an electrical image inscribing unit (BEVI), which programmatically inserts a “ring” frame of a television camera into a “rectangular” raster of a computer monitor, and in the mode of observing a panoramic plot, the BEVI input is completely connected to the output of the RAM block per frame, and the BEVI output is connected to the "network" output of the server; the video board also includes a block for converting a "ring" frame into "rectangular" frames (RRR), which replaces the BEVI when transferring the computer system to the sequential view of a panoramic plot, and the number of "rectangular" frames m corresponding to one current "ring" frame , satisfies the relation:
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется тоже программным путем,where γ g is the horizontal angle of the field of view in degrees of the image observed by the operator, and this transformation itself is also performed by software,
при этом телевизионная камера, формирующая «кольцевой» растр изображения, содержит последовательно расположенные панорамный объектив и светоделитель, воспринимающий на входе выходное оптическое изображение панорамного объектива и обеспечивающий формирование на первом выходе оптического изображения одного из 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; при этом «кольцевой» фотоприемник (сенсор) 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, т.е. светочувствительная площадь активного пиксела для первой строки (Δ1) является максимальной, причем мишень сенсора 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 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» «кольцевого» фотоприемника, при этом второй сенсор телевизионной камеры - матричный фотоприемник, установленный на блоке наведения, 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 Km активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени матричного сенсора сохраняется постоянным и неизменным по величине; причем блок наведения осуществляет плавное пространственное перемещение матричного фотоприемника в пределах круга в положение, отмечаемое на изображении в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью электронной отметкой, которая одновременно является геометрическим центром предлагаемого к рассмотрению отдельно взятого фрагмента «кольцевого» кадра, при этом управление блоком наведения выполняется по команде оператора системы с компьютера; управление режимом «Видео» тоже выполняется по команде оператора, которая подается на управляющий вход коммутатора-смесителя, первый информационный вход которого подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника, второй информационный вход коммутатора-смесителя - к выходу «Видео» матричного фотоприемника, а третий информационный вход коммутатора-смесителя - к выходу сигнала генератора электронной отметки, управляющий вход которого подключен к выходу датчика положения блока наведения, причем выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника подключен к входу селектора синхроимпульсов, выход кадровых синхроимпульсов (КСИ) которого подключен к первому входу генератора электронной отметки и соответственно к входу синхронизации коммутатора-смесителя, выход строчных синхроимпульсов (ССИ) селектора синхроимпульсов - ко второму входу генератора электронной отметки; а выход смеси синхроимпульсов приемника (ССП) селектора синхроимпульсов - к входу внешней синхронизации матричного сенсора, при этом коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению:at the same time, the television camera that forms the “ring” image raster contains a panoramic lens and a beam splitter arranged in series, which receives the output optical image of the panoramic lens at the input and ensures the formation of an optical image of one of the fragments of the “ring” frame projected onto the target of the matrix photodetector at the first output, and at the second output - an optical image of the entire "ring" frame projected onto the target of the "ring" photodetector, and the beam splitter itself contains a semitransparent mirror, a collective lens, a reflecting mirror and an additional lens, which are optically located and optically connected, the input of the beam splitter is optically connected to the input of the semitransparent mirrors, the first output of the beam splitter - with the output of a translucent mirror, and the second output of the beam splitter - with the output of an additional objective; at the same time, the “ring” photodetector (sensor) is made on a chip manufactured using CMOS technology and contains on the target a line of photosensitive elements (pixels) located along the radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, and the number of photosensitive pixels in each "ring" line of the target is the same, and their area is different from line to line, increasing as it moves towards the outer periphery of the sensor, i.e. the light-sensitive area of the active pixel for the first row (Δ 1 ) is maximum, and the sensor 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) that provides video signal transmission of the active pixel to their “radial” video bus, while all of them combine the active pixels of the target into “radial” columns, and the ADC control for pixels located along each “ring” line of the sensor is carried out using a separate “ring” line bus, the total number of which determines the number of lines in the sensor, and the number of "radial" video buses - the number of pixels in each line of the sensor; at the same time, blocks that perform scanning and generating the output voltage of a digital video signal are also placed on the common crystal of the photodetector, namely: a “ring” vertical scanning register that selects the “ring” line; "ring" video switch containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" line multiplexer and provide video signal transmission at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output "Video" of the "ring" photodetector, while the second sensor of the television camera - a matrix photodetector installed on the guidance unit, like the "ring" sensor, is made using CMOS technology, with a similar organization according to the "coordinate addressing" method, and the number of its "rectangular » lines is equal to the number of "ring" lines of the "ring" sensor, but unlike it, the number of pixels in the line exceeds the indicator equal to the number of pixels in the line of the "ring" sensor, divided by m, and with the same light-sensitive area (Δ) of all active pixels of the target, the gain K m of the active pixel for each current "rectangular" row of the target matrix sensor remains constant and unchanged in magnitude; moreover, the pointing unit performs a smooth spatial movement of the matrix photodetector within a circle to the position marked on the image in the panoramic scene observation mode by a fully electronic mark, which is simultaneously the geometric center of the individual “ring” frame fragment proposed for consideration, while the guidance unit is controlled by command of the system operator from the computer; the control of the "Video" mode is also performed by the operator's command, which is fed to the control input of the switch-mixer, the first information input of which is connected to the "Video" output of the "ring" photodetector, the second information input of the switch-mixer is connected to the "Video" output of the matrix photodetector, and the third information input of the mixer switch - to the signal output of the electronic mark generator, the control input of which is connected to the output of the position sensor of the guidance unit, and the "Video" output of the "ring" photodetector is connected to the input of the sync pulse selector, the output of vertical sync pulses (FSI) of which is connected to to the first input of the electronic marker generator and, accordingly, to the synchronization input of the mixer switch, the horizontal sync output (FSI) of the clock selector to the second input of the electronic marker generator; and the output of the mixture of receiver clock pulses (SSP) of the clock selector - to the input of the external synchronization of the matrix sensor, while the gain K m of the active pixel for each current "ring" line of the "ring" sensor changes according to the ratio:
где Δ1 и Δm - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре;where Δ 1 and Δ m respectively light-sensitive area of the active pixel for the first and the current "ring" line reading in the "ring"sensor;
K1 - коэффициент усиления активного пиксела для первой строки в «кольцевом» сенсоре;K 1 - active pixel gain for the first row in the "ring"sensor;
D/ƒ - относительное отверстие второго объектива светоделителя;D/ƒ - relative aperture of the second lens of the beam splitter;
τ1 - коэффициент пропускания второго объектива светоделителя;τ 1 - transmittance of the second lens of the beam splitter;
τ2 - коэффициент пропускания коллективной линзы светоделителя, причем, если величина показателя Δ1 в «кольцевом» сенсоре больше показателя Δ в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов должна быть увеличена в Δ1/Δ раз величина номинального коэффициента Km активного пиксела матричного сенсора, при этом в качестве сервера компьютерной системы используется системный блок одного из компьютерных пользователей.τ 2 - transmission coefficient of the collective lens of the beam splitter, and if the value of the indicator Δ 1 in the "ring" sensor is greater than the value of Δ in the matrix photodetector, then to equalize the sensitivities of the "ring" and matrix channels, the value of the nominal coefficient must be increased by Δ 1 /Δ times K m of the active pixel of the matrix sensor, while the system unit of one of the computer users is used as a computer system server.
В прототипе [1] обеспечивается возможность наблюдения панорамного сюжета полностью и отдельных его фрагментов с типовой и повышенной разрешающей способностью изображения, а также гарантируется повышенная степень интеграции телевизионной камеры за счет выполнения «кольцевого» и матричного сенсоров по технологии КМОП, позволяющей разместить на их кристаллах и необходимое электронное «обрамление фотоприемников.The prototype [1] provides the possibility of observing a panoramic scene in its entirety and its individual fragments with a typical and increased image resolution, and also guarantees an increased degree of integration of a television camera due to the implementation of "ring" and matrix sensors using CMOS technology, which allows placing on their crystals and the necessary electronic “framing of photodetectors.
Однако необходимо учитывать, что в прототипе [1] формат мишени «кольцевого» фотоприемника априори меньше оптического кадра панорамного объектива в соответствии с условием постановки задачи для разработчика телевизионной камеры данной системы. Отсюда вытекала и необходимость организации оптического светоделения в телевизионной камере путем введения в ее состав светоделителя.However, it must be taken into account that in the prototype [1] the target format of the “ring” photodetector is a priori smaller than the optical frame of the panoramic lens in accordance with the condition of setting the problem for the developer of the television camera of this system. Hence the need to organize optical beam splitting in a television camera by introducing a beam splitter into its composition.
Поэтому недостаток прототипа - ограничение возможности использования в составе телевизионной камеры компьютерной системы «кольцевых» фотоприемников, не отвечающих этому условию, т.е. когда размеры их «кольцевой» мишени совпадают с размерами оптического кадра панорамного объектива.Therefore, the disadvantage of the prototype is the limitation of the possibility of using a computer system of "ring" photodetectors as part of a television camera that does not meet this condition, i.e. when the dimensions of their “ring” target coincide with the dimensions of the optical frame of the panoramic lens.
Задачей изобретения является расширение номенклатуры применяемой комплектации в составе телевизионной камеры системы путем использования в качестве кольцевых» фотоприемников таких сенсоров, которые имеют формат «кольцевой» мишени равный формату кадра панорамного объектива.The objective of the invention is to expand the range of equipment used as part of the television camera of the system by using such sensors as "ring" photodetectors that have a "ring" target format equal to the frame format of a panoramic lens.
Поставленная задача в заявляемом устройстве системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью 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 содержит в своем составе панорамный объектив, «кольцевой» фотоприемник, матричный фотоприемник, блок наведения матричного фотоприемника, коммутатор-смеситель, генератор электронной отметки и селектор синхроимпульсов; при этом «кольцевой» фотоприемник (сенсор) выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, который 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, т.е. светочувствительная площадь активного пиксела для первой строки (Δ1) является максимальной, причем мишень сенсора 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 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» «кольцевого» фотоприемника, а второй сенсор телевизионной камеры - матричный фотоприемник, установленный на блоке наведения, 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 Km активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени матричного сенсора сохраняется постоянным и неизменным, причем величина показателя Δ в матричном фотоприемнике меньше показателя Δ1 в «кольцевом» сенсоре, размеры мишени которого совпадают с размерами оптического кадра панорамного объектива, при этом блок наведения осуществляет плавное пространственное перемещение матричного фотоприемника в пределах круга в положение, отмечаемое на изображении в режиме наблюдения панорамного сюжета полностью электронной отметкой, которая одновременно является геометрическим центром предлагаемого к рассмотрению отдельно взятого фрагмента «кольцевого» кадра, при этом управление блоком наведения выполняется по команде оператора системы с компьютера; управление режимом «Видео» тоже выполняется по команде оператора, которая подается на управляющий вход коммутатора-смесителя, первый информационный вход которого подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника, второй информационный вход коммутатора-смесителя - к выходу «Видео» матричного фотоприемника, а третий информационный вход коммутатора-смесителя - к выходу сигнала генератора электронной отметки, управляющий вход которого подключен к выходу датчика положения блока наведения, причем выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника подключен к входу селектора синхроимпульсов, выход КСИ которого подключен к первому входу генератора электронной отметки и соответственно к входу синхронизации коммутатора-смесителя, выход ССИ селектора синхроимпульсов - ко второму входу генератора электронной отметки; а выход ССП селектора синхроимпульсов - к входу внешней синхронизации матричного сенсора, при этом в качестве сервера компьютерной системы используется системный блок одного из компьютерных пользователей, а по сравнению с прототипом [1], в состав телевизионной камеры введена электромеханическая турель с поворотом на два положения, управляемая по команде с компьютера оператора системы, при этом на турели на регулируемом по высоте фланце расположен «кольцевой» фотоприемник и с разнесением на 180° - блок наведения, на котором установлен на регулируемом по высоте фланце матричный фотоприемник, причем в первом положении турели оптическое изображение панорамного объектива проецируется на мишень «кольцевого фотоприемника, а во втором положении турели фрагмент оптического кадра панорамного объектива проецируется на мишень матричного фотоприемника, при этом коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора изменяется по соотношению:The task in the claimed device of the panoramic television surveillance system with increased resolution is solved by the fact that, as in the device of the prototype [1], containing a series-connected television camera and a server, which is a node of a local area network to which two or more personal computers are connected, at the same time, a video card is installed in the expansion slot on the server motherboard, coordinated by input / output channels, control and power supply with the server bus, containing BEVI, which inserts the "ring" frame of the television camera into the "rectangular" raster of the computer monitor by software, and in the panoramic scene observation mode, the BEVI input is completely connected to the output of the RAM block per frame, and the BEVI output is connected to the server's "network"output; the video board also includes the BPKP, which replaces the BEVI when the computer system is switched to the sequential viewing mode of the panoramic plot, and the number of "rectangular" frames m corresponding to one current "ring" frame satisfies relation (1), while the television camera contains its composition is a panoramic lens, a "ring" photodetector, a matrix photodetector, a guidance unit for a matrix photodetector, a switch-mixer, an electronic mark generator and a sync pulse selector; while the "ring" photodetector (sensor) is made on a chip manufactured using CMOS technology, which contains on the target a line of photosensitive elements (pixels) located along the radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery, and the number of photosensitive pixels in each "ring" line of the target is the same, and their area is different from line to line, increasing as it moves towards the outer periphery of the sensor, i.e. the light-sensitive area of the active pixel for the first row (Δ 1 ) is the maximum, and the sensor 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 transmits the video signal of the active pixel to its "radial" bus video, while all of them combine the active pixels of the target into "radial" columns, and the ADC control for pixels located along each "ring" line of the sensor is carried out using a single "ring" line bus, the total number of which determines the number of lines in the sensor, and the number of "radial" video buses is the number of pixels in each line of the sensor; at the same time, blocks that perform scanning and generating the output voltage of a digital video signal are also placed on the common crystal of the photodetector, namely: a “ring” vertical scanning register that selects the “ring” line; "ring" video switch containing video switches for each "radial" column, which are controlled from the corresponding output of the "ring" line multiplexer and provide video signal transmission at the output of each "radial" video bus to the "ring" video bus, the output of which is the output "Video" of the "ring" photodetector, and the second sensor of the television camera - a matrix photodetector installed on the guidance unit, like the "ring" sensor, is made using CMOS technology, with a similar organization according to the "coordinate addressing" method, and the number of its "rectangular" rows is equal to the number of "ring" lines of the "ring" sensor, but unlike it, the number of pixels in the line exceeds the indicator equal to the number of pixels in the line of the "ring" sensor, divided by m, and with the same light-sensitive area (Δ) of all active pixels of the target gain K m of the active pixel for each current "rectangular" row of the target matrix th sensor remains constant and unchanged, and the value of the index Δ in the matrix photodetector is less than the index Δ 1 in the "ring" sensor, the target dimensions of which coincide with the dimensions of the optical frame of the panoramic lens, while the pointing unit performs a smooth spatial movement of the matrix photodetector within the circle to the position , marked on the image in the panoramic scene observation mode with a fully electronic mark, which is at the same time the geometric center of the individual fragment of the "ring" frame proposed for consideration, while the guidance unit is controlled by the command of the system operator from the computer; the control of the "Video" mode is also performed by the operator's command, which is fed to the control input of the switch-mixer, the first information input of which is connected to the "Video" output of the "ring" photodetector, the second information input of the switch-mixer is connected to the "Video" output of the matrix photodetector, and the third information input of the mixer switch - to the signal output of the electronic mark generator, the control input of which is connected to the output of the position sensor of the guidance unit, and the "Video" output of the "ring" photodetector is connected to the input of the sync pulse selector, the output of the CSI of which is connected to the first input of the electronic signal generator. marks and, accordingly, to the synchronization input of the switch-mixer, the output of the FSI of the clock selector to the second input of the electronic mark generator; and the output of the SSP of the sync pulse selector - to the input of the external synchronization of the matrix sensor, while the system unit of one of the computer users is used as a computer system server, and compared to the prototype [1], an electromechanical turret with two positions is introduced into the television camera, controlled by a command from the computer of the system operator, while on the turret on a height-adjustable flange there is an “annular” photodetector and with a spacing of 180 ° - a guidance unit, on which a matrix photodetector is installed on a height-adjustable flange, and in the first position of the turret there is an optical image of the panoramic lens is projected onto the target of the “ring photodetector”, and in the second position of the turret, a fragment of the optical frame of the panoramic lens is projected onto the target of the matrix photodetector, while the gain K m of the active pixel for each current “ring” line of the “ring” sensor changes according to the ratio:
а для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов должна быть увеличена в Δ1/Δ раз величина номинального коэффициента Km активного пиксела матричного сенсора.and to equalize the sensitivities of the "ring" and matrix channels, the value of the nominal coefficient K m of the active pixel of the matrix sensor should be increased by Δ 1 /Δ times.
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 solution meets the criterion of novelty.
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.It is important to note the following. The light-sensitive area of the target pixels of the "ring" photodetector, as for the prototype [1], is different from line to line. This is caused by the need for a “ring” sensor, which has the same number of pixels in each line, to equalize the resolution within the frame by providing the same technological (production) gap between the photosensitive elements.
Но в заявляемом решении телевизионной камеры компьютерной системы, в отличие от прототипа [1], в качестве «кольцевого» фотоприемника может быть применен сенсор, у которого площадь мишени совпадает с размерами площади оптического кадра панорамного объектива, а величина показателя Δ1 «кольцевого» сенсора больше показателя Δ матричного датчика.But in the claimed solution of the television camera of the computer system, in contrast to the prototype [1], as a "ring" photodetector, a sensor can be used, in which the target area coincides with the size of the area of the optical frame of the panoramic lens, and the value of the index Δ 1 of the "ring" sensor greater than the Δ value of the matrix sensor.
В данном решении обеспечено и необходимое выравнивание чувствительности обоих каналов («кольцевого» и прямоугольного) телевизионного наблюдения, использующих такие сенсоры.This solution also provides the necessary equalization of the sensitivity of both channels ("ring" and rectangular) of television surveillance using such sensors.
Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of the presence 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; на фиг. 2 приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 3 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 4 представлено размещение «кольцевого» и матричного фотоприемников на поворотной турели, штриховкой на этом чертеже показаны котировочные фланцы, которые раздельно регулируются по высоте, обеспечивая точную настройку заднего отрезка объектива (заднего фокуса) для каждого из фотоприемников; на фиг. 5 - иллюстрация возможных положений мишени матричного фотоприемника на платформе блока наведения; на фиг. 6 - иллюстрация выполнения задачи по электрическому вписыванию изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора; на фиг. 7 - пример выполнения электрической схемы блока наведения; на фиг. 8, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.In FIG. 1 shows a block diagram of the inventive computer system for panoramic television surveillance and in the same drawing - a block diagram of the television camera in its composition; in fig. 2 shows the circuit organization of the "ring" photodetector; in fig. 3 - details of this organization in relation to a single "radial" column; in fig. 4 shows the placement of the "ring" and matrix photodetectors on the rotary turret, the shading in this drawing shows the quotation flanges, which are separately adjustable in height, providing fine adjustment of the rear segment of the lens (back focus) for each of the photodetectors; in fig. 5 - illustration of the possible positions of the target of the matrix photodetector on the platform of the guidance unit; in fig. 6 - an illustration of the task of electrically inscribing an image of a "ring" frame into a rectangular raster of a computer monitor; in fig. 7 - an example of the implementation of the electrical circuit of the guidance unit; in fig. 8, according to [2], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens objective is presented.
Заявляемая компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), который является узлом локальной вычислительной сети, с возможностью подключения к ней двух или более персональных компьютеров в позиции 3.The inventive computer system for panoramic television surveillance (see Fig. 1) contains a series-connected television camera 1 and a server 2 (with a video board installed in it), which is a local area network node, with the ability to connect two or more personal computers to it in
В качестве сервера, как и в прототипе [1], использован системный блок компьютера 4 оператора системы.As a server, as in the prototype [1], the system unit of the computer 4 of the system operator is used.
Телевизионная камера 1, см. фиг. 1, содержит панорамный объектив 1-1, «кольцевой» фотоприемник 1-2, электромеханическую турель 1-3, на которой расположены «кольцевой» фотоприемник 1-2 и матричный фотоприемник 1-4, установленный на блок наведения 1-5, также в состав телекамеры 1 входит коммутатор-смеситель 1-6, генератор 1-7 электронной отметки и селектор синхроимпульсов 1-8. Выход коммутатора-смесителя 1-6 является выходом «Видео» телевизионной камеры.Television camera 1, see FIG. 1, contains a panoramic lens 1-1, a "ring" photodetector 1-2, an electromechanical turret 1-3, on which a "ring" photodetector 1-2 and a matrix photodetector 1-4 are located, mounted on a guidance unit 1-5, also in The composition of the camera 1 includes a switch-mixer 1-6, an electronic mark generator 1-7 and a sync pulse selector 1-8. The output of the switch-mixer 1-6 is the "Video" output of the television camera.
По линии связи одна команда управления телевизионной камерой с компьютера 4 оператора системы поступает на управляющий вход коммутатора-смесителя 1-6, вторая команда - на турель 1-3, а третья команда - на блок наведения 1-5. Первый информационный вход блока 1-6 подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника 1-2, его второй информационный вход - к выходу «Видео» матричного фотоприемника 1-4, а его третий информационный вход - к выходу генератора электронной отметки 1-7. На управляющий вход генератора 1-7 электронной отметки подается сигнал с датчика положения блока наведения 1-5. Выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника 1-2 подключен также к входу селектора 1-8 синхроимпульсов, выход КСИ которого подключен к первому входу генератора 1-7 и соответственно к входу синхронизации коммутатора-смесителя 1-6, выход ССИ - ко второму входу генератора 1-7, а выход ССП - к входу внешней синхронизации матричного фотоприемника 1-4.Through the communication line, one command to control the television camera from the computer 4 of the system operator enters the control input of the switch-mixer 1-6, the second command - to the turret 1-3, and the third command - to the guidance unit 1-5. The first information input of the block 1-6 is connected to the "Video" output of the "ring" photodetector 1-2, its second information input is connected to the "Video" output of the matrix photodetector 1-4, and its third information input is connected to the output of the electronic mark generator 1- 7. The control input of the generator 1-7 of the electronic marks receives a signal from the position sensor of the guidance unit 1-5. The “Video” output of the “ring” photodetector 1-2 is also connected to the input of the selector 1-8 sync pulses, the output of the CSI of which is connected to the first input of the generator 1-7 and, accordingly, to the synchronization input of the switch-mixer 1-6, the output of the SSI to the second input generator 1-7, and the output of the SSP - to the input of the external synchronization of the matrix photodetector 1-4.
Как и в прототипе [1], плата видео выполняет программным путем следующие операции:As in the prototype [1], the video board performs the following operations programmatically:
запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера в автоматическом режиме;recording a "ring" video signal into the server's RAM in automatic mode;
электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра из оперативной памяти в «прямоугольный» растр компьютерного монитора в режиме 1 работы системы (наблюдения панорамного сюжета полностью);electrical inscribing of the image of the “ring” frame from the RAM into the “rectangular” raster of the computer monitor in mode 1 of the system operation (observations of the panoramic scene in full);
мониторинг фрагментов «кольцевого» кадра в режиме 2 работы системы с повышенной разрешающей способностью изображения выбранных участков при помощи матричного фотоприемника.monitoring of fragments of the "ring" frame in mode 2 of the system with increased image resolution of selected areas using a matrix photodetector.
Важно отметить, что в режиме 2 принципиально исключаются пропуски видеоинформации на последовательных стыках (между соседними «прямоугольными» кадрами), см. фиг. 5, т.к. эти участки могут быть просмотрены дополнительно.It is important to note that in mode 2 video information gaps at successive junctions (between adjacent "rectangular" frames) are fundamentally excluded, see Fig. 5, because these areas can be viewed additionally.
Как и в прототипе [1], в компьютерной программе применительно к операции по реализации электрического вписывания «кольцевого» кадра в «прямоугольный» растр монитора обеспечено соблюдение последовательности передачи телевизионных строк.As in the prototype [1], in the computer program, in relation to the operation for the implementation of the electrical inscribing of the "ring" frame into the "rectangular" raster of the monitor, the sequence of transmission of television lines is observed.
При условии размещения вписываемого кадра в центральной части экрана монитора выполнение этой задачи представлено на фиг. 6.Provided that the insert frame is placed in the central part of the monitor screen, the execution of this task is shown in Fig. 6.
Продемонстрируем заложенный в эту программы алгоритм, используя растровое положение точечных изображений от двух пикселов «А» и «В» для «кольцевого» фотоприемника 1-2.Let's demonstrate the algorithm embedded in this program, using the raster position of dot images from two pixels "A" and "B" for the "ring" photodetector 1-2.
Пусть, как показано на фиг. 2, пиксел «А» считывается первым в первой «кольцевой» строке сенсора, а пиксел «В» - точно посередине этой строки.Let, as shown in Fig. 2, pixel "A" is read first in the first "ring" row of the sensor, and pixel "B" is read exactly in the middle of this row.
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.Then in the “rectangular” raster of a computer monitor (see Fig. 4), the image from pixel “A” will occupy the position of the central element of its first row, and the image from pixel “B” will occupy the position of the central element of its last row.
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].Panoramic lens 1-1 television camera, as in the prototype, is designed to form an optical image of a circular view (annular image). As a technical solution for a panoramic lens 1-1, coinciding with a similar solution for the prototype, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by domestic specialists [2].
Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.The angular field in object space for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.
Как и в прототипе [1], «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.As in the prototype [1], the "ring" photodetector 1-2 (see Fig. 2) is made using CMOS technology and contains on a common chip a "ring" photodetector area (target) 1-2-1, a "ring" register 1 -2-2 vertical scan, "ring" switch 1-2-3 video signals and "ring" multiplexer 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.As shown in FIG. 2, the active pixels on the photodetector target are arranged in columns which are located along the radial directions from the imaginary center of the circular ring.
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 Km для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 1-2-1-3.Each active pixel of the target (see Fig. 3) includes a photosensitive region (area) 1-2-1-1, an amplifier 1-2-1-2 with a gain K m for each current "ring" line and an ADC 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."Ring" video signal switch 1-2-3 consists of separate video signal switches 1-2-3-1, the number of which corresponds to the number of active pixels in a row, united by a "ring" video bus 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.Note that shown in Fig. 2 the shape of the photosensitive area of the pixel in the form of a rectangle, and in FIG. 3 - the Latin letter L, - are conditional. In practice, the charge accumulation electrodes of the active pixels of the sensor target, coinciding with the area of their light-sensitive area, can be made in a completely different way, for example, with a geometric shape in the form of a part of a circular ring.
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.The control of the ADC 1-2-1-3 pixels, as well as all other pixels of the target, is carried out from the control input of the "ring" multiplexer 1-2-3. transmitting a control signal from the corresponding output of the "ring" register 1-2-2 vertical scan.
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.The video signal from the output of each ADC 1-2-1-3 for each active pixel of a single taken "radial" column is transmitted to the "radial" video bus 1-2-1-5. Further, with the help of "its" key MOS transistor of the switch 1-2-3-1, controlled from one of the outputs of the multiplexer 1-2-4, the digital video signal of the current pixel is transmitted to the "ring" video bus 1-2-3-2, and then transmitted through it to the output of the photodetector.
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.The same formation of a digital video signal occurs within the other radially arranged columns of the "ring" target 1-2-1 of each of the two photodetectors of the sensor unit 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.Note that in Fig. 2 dotted arrows show the control of the "ring" line tires 1-2-1-4 of the photodetector from the side of the "ring" register 1-2-2 of the frame scan. What is here, as in Fig. 3, only four horizontal tires are shown is a convention of the drawing. In fact, the number of tires 1-2-1-4 corresponds to the actual number of "ring" lines in the inventive sensor.
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.Let us further explain in Fig. 2 and more. Arrows with continuous lines mark the transmission of the image signal in the sensor along the "radial" video buses 1-2-1-5 towards the "ring" switch 1-2-3 video signals.
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 the "ring" raster sequentially one by one for each pixel of a single "ring" line and sequentially line by line for the target as a whole, the voltage of the output video signal of the photodetector is formed 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 on one common chip not only a photodetector with an ADC for each active pixel, but also digital scanning units of a television camera. The implementation of this solution provides a significant reduction in the overall power consumption of the television camera.
Как и в прототипе [1], матричный фотоприемник 1-4 выполнен также по технологии КМОП и сохраняет все признаки прибора, реализованного по методу «координатная адресация» американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и подробно комментировалось в отечественной монографии [3, с.67, рис Л .21].As in the prototype [1], the matrix photodetector 1-4 is also made using CMOS technology and retains all the features of the device implemented using the "coordinate addressing" method by American specialists in the "zero" two thousand years. This was reported and commented in detail in the domestic monograph [3, p.67, Fig. L.21].
В той же работе [3, с.65] отмечалось, что применение активного усилителя в пикселе позволяет осуществить в таком сенсоре режим зарядового, т.е. докоммутационного усиления видеосигнала, добиваясь величины эквивалентного преобразования «свет - сигнал» до 250 мкВ/е.In the same work [3, p.65], it was noted that the use of an active amplifier in a pixel makes it possible to implement a charge mode in such a sensor, pre-switching amplification of the video signal, achieving the value of the equivalent conversion "light - signal" up to 250 μV / e.
Именно этот результат явился решающей предпосылкой заявляемого решения, т.к. его можно распространить и на «кольцевой» сенсор, работающий совместно (параллельно) с матричным фотоприемником.It was this result that was the decisive prerequisite for the proposed solution, since it can also be extended to a "ring" sensor operating in conjunction (in parallel) with a matrix photodetector.
Очевидно, что по технологии КМОП на кристалле матричного фотоприемника 1-4 также успешно реализуется задача по формированию цифрового видеосигнала «прямоугольного» растра с пониженным энергопотреблением.Obviously, using CMOS technology on a matrix photodetector chip 1-4, the task of forming a digital video signal of a "rectangular" raster with reduced power consumption is also successfully implemented.
К этому необходимо добавить, что «кольцевой» фотоприемник 1-3 и матричный фотоприемник 1-4 могут формировать телевизионный сигнал как монохромного (черно-белого), так и цветного изображения.To this it must be added that the "ring" photodetector 1-3 and the matrix photodetector 1-4 can form a television signal of both monochrome (black and white) and color images.
Устройство «кольцевого» фотоприемника цветного изображения было предложено в патенте РФ [4]. Отметим, что обязательный в этом решении инфракрасный светофильтр (ИК-фильтр), обеспечивающий согласование фотоприемника со спектральной чувствительностью человеческого глаза, может быть выполнен в составе панорамного объектива или интегрирован непосредственно в «кольцевой» сенсор.The device of a "ring" photodetector of a color image was proposed in the patent of the Russian Federation [4]. Note that the infrared light filter (IR filter) required in this solution, which ensures the matching of the photodetector with the spectral sensitivity of the human eye, can be made as part of a panoramic lens or integrated directly into the “ring” sensor.
Как и в прототипе [1], в заявляемом решении блок наведения 1-5 осуществляет плавное круговое пространственное перемещение мишени матричного фотоприемника 1-4 по проекции «кольцевого» изображения панорамной сцены, но здесь, - когда турель 1-3 занимает новое положение.As in the prototype [1], in the claimed solution, the guidance unit 1-5 performs a smooth circular spatial movement of the target of the matrix photodetector 1-4 along the projection of the "ring" image of the panoramic scene, but here, when the turret 1-3 occupies a new position.
Электрическая схема блока 1-5 может быть реализована на базе технического решения, которое было использовано в описании к патенту РФ для прототипа [1].The electrical circuit of block 1-5 can be implemented on the basis of the technical solution that was used in the description of the RF patent for the prototype [1].
Рассмотрим работу блока 1-5 (см. фиг. 7), электрическая схема которого выполнена на двух оптронах HSSR, обозначенных как VT1 и VT2.Consider the operation of block 1-5 (see Fig. 7), the electrical circuit of which is made on two HSSR optocouplers, designated as VT1 and VT2.
Изделие HSSR-7111 согласно публикации [5] - однополюсный нормально разомкнутый оптрон с выходным каскадом на мощных МОП-транзисторах, имеет очень малое сопротивление во включенном состоянии и работает в точности как полупроводниковое реле.The HSSR-7111 product according to [5] is a single-pole normally open optocoupler with a power MOSFET output stage, has a very low on-resistance and operates exactly like a solid-state relay.
Управление наведением осуществляется командами в соответствии с табл. 1, а подаваемые в телевизионную камеру с компьютера по двухпроводной линии связи сигналы управления блоком 1-5 наведения являются постоянными напряжениями положительной или отрицательной полярности величиной (5…12) Вольт, отсчитываемыми относительно провода «общий».Guidance is controlled by commands in accordance with Table. 1, and the control signals of the pointing unit 1-5 supplied to the television camera from the computer via a two-wire communication line are constant voltages of positive or negative polarity of (5 ... 12) Volts, measured relative to the “common” wire.
При отсутствии команд управления эти напряжений тоже отсутствуют. Поэтому оптроны VT1 и.VT2 разомкнуты, а электродвигатель М обесточен.In the absence of control commands, these voltages are also absent. Therefore, optocouplers VT1 and .VT2 are open, and the electric motor M is de-energized.
Пусть по линии связи на блок 1-5 наведения поступает команда «Управление поворотом» - «Вперед». Тогда оптрон VT2 замыкается, а электродвигатель М подключается к источнику переменного напряжения ~U и начинает вращаться. Если же взамен этой команды поступит команда «Управление поворотом» - «Назад», то замкнется оптрон VT1, а электродвигатель М будет вращаться в другом направлении.Let the command "Turn Control" - "Forward" be sent to the guidance block 1-5 via the communication line. Then the optocoupler VT2 closes, and the electric motor M is connected to an alternating voltage source ~ U and starts to rotate. If, instead of this command, the command "Turn control" - "Back" is received, then the optocoupler VT1 will close, and the electric motor M will rotate in the other direction.
Концевые выключатели SF1 и SF2 обеспечивают границы позиционирования в пределах одного кругового оборота матричного фотоприемника 1-4. Датчик положения выполнен на базе переменного резистора RPn, имеющего линейную зависимость изменения сопротивления от угла поворота, а постоянный резистор
Отметим, что сигнал датчика положения (напряжение Un с потенциометра RPn), поступает на управляющий вход генератора 1-7 электронной отметки, обеспечивая перемещение маркера на «кольцевом» изображении в соответствии с командами, поступающими с блока 1-5.Note that the position sensor signal (voltage U n from the potentiometer RP n ) is fed to the control input of the electronic mark generator 1-7, ensuring the movement of the marker on the "ring" image in accordance with the commands coming from block 1-5.
Управление поворотом турели 1-3 можно выполнить по этой же схеме (см. фиг. 7), при этом концевые выключатели SF1 и SF2 будут обеспечивать точное позиционирование каждого из двух фотоприемников относительно оптического кадра панорамного объектива 1-1. Команды управления турелью 1-3 в этом случае совершенно аналогичны тем, которые приведены в табл. 1.The rotation of the turret 1-3 can be controlled according to the same scheme (see Fig. 7), while the limit switches SF1 and SF2 will provide accurate positioning of each of the two photodetectors relative to the optical frame of the panoramic lens 1-1. Turret control commands 1-3 in this case are completely similar to those given in Table. one.
Заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью (см. фиг. 1) 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).The inventive device computer system panoramic television surveillance with high resolution (see Fig. 1) operates as follows. As in the prototype [1], it is assumed that the television camera 1 is installed in a fixed position, for example using a tripod (not shown in Fig. 1).
Характеристика сигналов управления телевизионной камерой 1 с компьютера 4, сопутствующих команде «Выбор режима видео», представлена в табл. 2. Они являются типовыми логическими сигналами в уровнях ТТЛ.Characteristics of the control signals of the television camera 1 from the computer 4, accompanying the command "Select video mode", is presented in table. 2. They are typical logic signals in TTL levels.
При включении компьютерная система начинает действовать по умолчанию в режиме 1. Тогда на мишень «кольцевого» фотоприемника 1-2 проецируется «кольцевое» оптическое изображение контролируемого панорамного сюжета.When turned on, the computer system starts to act by default in mode 1. Then, a “ring” optical image of the monitored panoramic scene is projected onto the target of the “ring” photodetector 1-2.
По выходу «Видео» сформированный цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в блок оперативной памяти на кадр.At the “Video” output, the generated digital television signal (DTS) is transmitted via an interface (for example, USB 2.0) to server 2, where video information is recorded in a RAM block per frame.
В этом режиме оператор компьютера 4 наблюдает полное изображение панорамной сцены, формируемое «кольцевым» фотоприемником 1-2 и электронную отметку на нем, например «крест», который показывает текущее местоположение геометрического центра мишени матричного фотоприемника 1-4.In this mode, the operator of the computer 4 observes the full image of the panoramic scene formed by the "ring" photodetector 1-2 and an electronic mark on it, for example, a "cross", which shows the current location of the geometric center of the target of the matrix photodetector 1-4.
Будем считать, что наша электронная отметка («крест») априори располагается точно в середине «кольцевого» изображения по его ширине.We will assume that our electronic mark (“cross”) is a priori located exactly in the middle of the “ring” image along its width.
Затем оператор компьютера 4 выполнит переключение системы в режим 2 работы, а на турель 1-3 последует его команда поворота на 180°.Then the operator of computer 4 will switch the system to mode 2 of operation, and the turret 1-3 will be followed by his command to turn 180°.
В результате в оптическом кадре панорамного объектива будет осуществлена замена фотоприемника 1-2 на фотоприемник 1-4, а оператору будет предложено телевизионное изображение фрагмента панорамной сцены, которое формируется в данный момент матричным сенсором 1-4 при его текущем местоположении.As a result, in the optical frame of the panoramic lens, the photodetector 1-2 will be replaced by the photodetector 1-4, and the operator will be offered a television image of a fragment of the panoramic scene, which is currently being formed by the matrix sensor 1-4 at its current location.
Для того, чтобы коммутация режимов работы системы происходила без внесения искажений в наблюдаемые изображения, фотоприемники телевизионной камеры работают в режиме Genlock, который обеспечивается путем подачи на вход внешней синхронизации матричного сенсора 1-4 сигнала синхронизации приемника (ССП) от «кольцевого» сенсора 1-2.In order for the switching of the operating modes of the system to occur without introducing distortions into the observed images, the photodetectors of the television camera operate in the Genlock mode, which is ensured by applying to the external synchronization input of the matrix sensor 1-4 the receiver synchronization signal (SSP) from the "ring" sensor 1- 2.
Дополнительно к этому в коммутаторе-смесителе 1-6 обеспечивается «привязка» временного процесса переключения команд к интервалу кадрового синхроимпульса (КСИ), вырабатываемого на выходе селектора 1-8 синхроимпульсов.In addition to this, the switch-mixer 1-6 provides "binding" the temporary process of switching commands to the interval of the frame sync pulse (FSI) generated at the output of the selector 1-8 sync pulses.
Если число светочувствительных пикселов в строке матричного фотоприемника 1-4 равно числу пикселов для «кольцевой» строки сенсора 1-2, получаемый выигрыш в разрешающей способности (четкости) этого фрагмента панорамного изображения, составит m раз.If the number of light-sensitive pixels in the row of the matrix photodetector 1-4 is equal to the number of pixels for the "ring" row of the sensor 1-2, the gain in resolution (clearness) of this fragment of the panoramic image will be m times.
Благодаря выравниванию в телевизионной камере чувствительностей «кольцевого» и матричного фотоприемников, этот выигрыш достигается без потерь отношения сигнал/шум наблюдаемого изображения.Due to the equalization of the sensitivity of the "ring" and matrix photodetectors in the television camera, this gain is achieved without loss of the signal-to-noise ratio of the observed image.
После завершения записи этого изображения в дополнительный блок памяти сервера 2 оно также становится доступным для всех пользователей компьютеров 3.After this image is written to the additional memory block of server 2, it also becomes available to all users of
К этому следует добавить, что в заявляемом решении, как и в прототипе [1], сохраняется режим последовательного обзора панорамного сюжета с типовой (пониженной) разрешающей способностью, который заложен в плате видео сервера 2. компьютерной системы.To this it should be added that in the claimed solution, as in the prototype [1], the mode of sequential viewing of a panoramic scene with a typical (reduced) resolution, which is embedded in the video server board 2. of the computer system, is preserved.
Целесообразность сохранения этого режима обзора определяется возможностью доступа к видеоинформации в реальном масштабе времени.The expediency of maintaining this view mode is determined by the possibility of access to video information in real time.
Важно отметить, что в заявляемом решении может быть реализовано точное позиционирование мишени матричного фотоприемника 1-4 в пределах всей площади панорамного изображения, формируемого «кольцевым» фотоприемником, но без использования светоделителя, применение которого неизбежно сопровождается световыми потерями при организации процесса оптического деления.It is important to note that in the proposed solution, the exact positioning of the target of the matrix photodetector 1-4 can be implemented within the entire area of the panoramic image formed by the "ring" photodetector, but without the use of a beam splitter, the use of which is inevitably accompanied by light losses during the organization of the optical division process.
В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.At present, all elements of the block diagram of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution have been mastered or can be mastered by the domestic industry.
Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the proposed invention should be considered as meeting the requirement of industrial applicability.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION
1. Патент РФ №2755809. МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения с повышенной разрешающей способностью. / В.М. Смелков // Б.И. - 2021. - №27.1. RF patent No. 2755809. IPC H04N 7/00. The device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution. / V.M. Smelkov // B.I. - 2021. - No. 27.
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 television revolution: Charge-coupled device, system-on-a-chip and video-system-on-a-chip television systems. Ed. A.A. Umbitalieva and A.K. Tsytsulina. - M.: "Radio and communication", 2006.
4. Патент РФ №2710779. МПК H04N 5/374. Устройство «кольцевого» фотоприемника цветного изображения для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2019 - №2.4. RF patent No. 2710779. IPC H04N 5/374. The device of the "ring" color image photodetector for panoramic television-computer surveillance. / V.M. Smelkov // B.I. - 2019 - №2.
5. www.avagotech.com.5. www.avagotech.com.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785152C1 true RU2785152C1 (en) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2813357C1 (en) * | 2023-05-23 | 2024-02-12 | Вячеслав Михайлович Смелков | High-resolution panoramic television surveillance computer system |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5289091A (en) * | 1991-09-09 | 1994-02-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for turning monitoring camera |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| US7796153B1 (en) * | 2005-07-08 | 2010-09-14 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Equalization system and method for an imaging sensor |
| US8520221B2 (en) * | 2010-05-20 | 2013-08-27 | Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg | Optical sensor |
| EP2863176A2 (en) * | 2013-10-21 | 2015-04-22 | Sick Ag | Sensor with scanning unit that can be moved around a rotating axis |
| US9648222B2 (en) * | 2014-06-05 | 2017-05-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Image capturing apparatus that controls supply of amperage when reading out pixel signals and method for controlling the same |
| RU2723645C1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-06-17 | Вячеслав Михайлович Смелков | High-resolution panorama television surveillance computer system device |
| RU2755809C1 (en) * | 2021-01-12 | 2021-09-21 | Вячеслав Михайлович Смелков | Device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5289091A (en) * | 1991-09-09 | 1994-02-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for turning monitoring camera |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| US7796153B1 (en) * | 2005-07-08 | 2010-09-14 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Equalization system and method for an imaging sensor |
| US8520221B2 (en) * | 2010-05-20 | 2013-08-27 | Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg | Optical sensor |
| EP2863176A2 (en) * | 2013-10-21 | 2015-04-22 | Sick Ag | Sensor with scanning unit that can be moved around a rotating axis |
| US9648222B2 (en) * | 2014-06-05 | 2017-05-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Image capturing apparatus that controls supply of amperage when reading out pixel signals and method for controlling the same |
| RU2723645C1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-06-17 | Вячеслав Михайлович Смелков | High-resolution panorama television surveillance computer system device |
| RU2755809C1 (en) * | 2021-01-12 | 2021-09-21 | Вячеслав Михайлович Смелков | Device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2813357C1 (en) * | 2023-05-23 | 2024-02-12 | Вячеслав Михайлович Смелков | High-resolution panoramic television surveillance computer system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230017746A1 (en) | Image acquisition method, electronic device, and non-transitory computerreadable storage medium | |
| EP1986442A1 (en) | Frame sequential-method color camera system | |
| CN102487432A (en) | Image capture apparatus | |
| RU2727920C9 (en) | Panoramic television surveillance computer system with selective image scaling | |
| RU2723645C1 (en) | High-resolution panorama television surveillance computer system device | |
| RU2723640C1 (en) | High-resolution panorama television surveillance computer system device | |
| RU2706011C1 (en) | Panoramic television surveillance computer system device | |
| RU2755809C1 (en) | Device of a computer system for panoramic television surveillance with increased resolution | |
| RU2785152C1 (en) | Design of a computer panoramic video surveillance system with high resolution | |
| RU2743571C1 (en) | Computing system device for panoramic video surveillance with selective image scaling | |
| RU2787358C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance with selective image scaling (options) | |
| EP4117282A1 (en) | Image sensor, imaging apparatus, electronic device, image processing system and signal processing method | |
| KR20080029051A (en) | Device having image sensor and method for getting image | |
| RU2780039C1 (en) | Design of a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling (variants) | |
| RU2710779C1 (en) | Device for "circular" photodetector of color image for panoramic television-computer surveillance | |
| RU2813357C1 (en) | High-resolution panoramic television surveillance computer system | |
| RU2721381C1 (en) | High-resolution panorama television surveillance computer system device | |
| RU2816540C1 (en) | Design of computer system for panoramic television surveillance for unmanned aerial vehicle | |
| RU2504100C1 (en) | Television system with selective image scaling | |
| RU2813358C1 (en) | Design of computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling | |
| RU2756234C1 (en) | Device of a computer system for panoramic television surveillance with selective image scaling | |
| RU2730177C1 (en) | Television system with selective image scaling (versions) | |
| RU2725973C1 (en) | Method of generating a video signal in a television-computer system for monitoring industrial articles having a circular ring shape | |
| RU2504099C1 (en) | Television system with selective image scaling | |
| RU2748754C1 (en) | Selective zoom tv system (options) |