Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью



Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью
Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью

 


Владельцы патента RU 2564678:

Смелков Вячеслав Михайлович (RU)

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи цветной телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Техническим результатом является устранение избыточной полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером. Результат достигается путем использования для фотоприемника кристалла мишени в форме кругового кольца, а также обеспечение повышенной чувствительности устройства путем реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера. 4 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение является техническим решением по категории «устройство» и имеет отношение к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи монохромной или цветной телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе твердотельный фотоприемник с прямоугольной мишенью и блок фотоприемника, обеспечивающий прогрессивную прямоугольную развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, а в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

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

Недостаток прототипа компьютерной системы панорамного наблюдения - избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером и ограниченная чувствительность устройства.

Для датчика цифрового телевизионного сигнала прототипа ее важнейший компонент - фотоприемник, который является матрицей, выполненной по технологии приборов с зарядовой связью (матрицей ПЗС) [2]. Она имеет прямоугольную форму мишени и содержит на общем кристалле фотоприемную секцию, выходной горизонтальный регистр и преобразователь «заряд-напряжение» (БПЗН). Такая схемотехническая организация матричного фотоприемника на ПЗС получила первоначальное название «межстрочный перенос» [2, с. 167]. В последнее время эту организацию матрицы ПЗС чаще упрощенно называют «строчный перенос» (см. например [3, с. 135]).

Фотоприемная секция такого матричного сенсора обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в линейки столбцов. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр сдвига, отделенный от фотодиодов фотозатвором. В интервале прямого хода кадровой развертки, когда на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром, происходит накопление зарядовых пакетов. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно (в интервале обратного хода по кадру) подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах. В последующем интервале прямого хода по кадру зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров переносятся (в интервалах обратного хода строчной развертки) строка за строкой вниз по направлению к горизонтальному выходному регистру. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через БПЗН, образуя на выходе «видео» фотоприемника электрический видеосигнал.

Сенсор прототипа, являющийся матрицей ПЗС, формирует видеосигнал монохромного (черно-белого) или цветного изображения.

Недостаток матричного фотоприемника для телевизионной камеры панорамного наблюдения заключается в том, что его организация с выполнением прямоугольной формы мишени не является благоприятной (оптимальной) применительно к кольцевому оптическому изображению контролируемой сцены, которую формирует панорамный объектив.

Обоснованием этого утверждения служит необходимость иметь для фотоприемника большое число элементов (пикселов) по горизонтали и вертикали, т.е. видеосенсор должен обладать высокой информационной емкостью.

Это следует из того, что для исключения потерь по углу места в оптическом панорамном изображении на входе, следует вписать его полностью в прямоугольник мишени матрицы ПЗС.

При этом значительная часть пикселов матрицы является бесполезной, т.к. не несет информации о наблюдаемом сюжете, но принудительно используется при формировании видеосигнала в телевизионной камере.

Матрица ПЗС имеет одинаковые геометрические размеры для ее составляющих пикселов, а поэтому для такого фотоприемника чувствительность по всей площади оптического кольцевого изображения является априори одинаковой.

Датчик цифрового телевизионного сигнала прототипа, выполненный на базе монохромной или цветной матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», содержит в своем составе фотоприемник, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, горизонтального регистра и БПЗН; генератор управляющих импульсов, состоящий из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и второго ПУ; а также последовательно соединенных сигнального процессора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем управляющий вход фотоприемной области матрицы ПЗС подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход горизонтального регистра матрицы ПЗС - к выходу второго ПУ, а выход БПЗН матрицы ПЗС - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией1 (1 Видеосигнал, формируемый в сигнальном процессоре по выходу управления экспозицией, обеспечивает управление чувствительностью телевизионной камеры за счет регулировки времени накопления зарядов) которого подключен к управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход - к входу второго ПУ, третий выход - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход - к тактовому входу АЦП.

Отметим, что для матрицы ПЗС прототипа, формирующей видеосигнал цветного изображения, предусмотрен встроенный цветной мозаичный фильтр, который накрывает ее фотоприемную секцию. Мозаичный фильтр разделяет свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, см., например [3, с. 154-155].

Задачей изобретения является оптимизация устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения путем устранения избыточной полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером за счет использования для фотоприемника кристалла мишени в форме кругового кольца, а также обеспечение повышенной чувствительности устройства путем реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера.

Поставленная задача в заявляемой компьютерной системе панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в устройство прототипа [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров пользователей, при этом телевизионная камера, обеспечивая развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе цифрового телевизионного сигнала, содержит датчик телевизионного сигнала (ДТС), в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник на ПЗС, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, горизонтального (выходного) регистра и БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а для цветного сенсора в отличие от монохромного фотоприемная область дополнительно накрыта мозаичным цветным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входит также генератор управляющих импульсов и последовательно соединенные сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области, второй выход генератора управляющих импульсов - к управляющим входам выходного регистра фотоприемника, третий выход генератора управляющих импульсов - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход генератора управляющих импульсов - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к управляющему входу генератора управляющих импульсов; в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая БПКП, вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), а само это преобразование выполняется программным путем, реализуются следующие изменения, а именно: фотоприемник телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, выходной регистр фотоприемника по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии, мозаичный цветной фильтр, накрывающий фотоприемную область цветного сенсора, является «кольцевым» по форме и имеет световые «окна», совпадающие с геометрическими размерами пикселов фотоприемной области, а генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, при этом телевизионная камера формирует не «прямоугольный», а «кольцевой» растр изображения, в состав телевизионной камеры введены коммутатор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход - к информационному входу сигнального процессора, и блок механического сканирования ДТС, кинематически связанный с блоком ДТС, причем первый управляющий вход коммутатора подключен к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, шестой выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом блока механического сканирования ДТС, - к входу внешнего управления телевизионной камерой, при этом в качестве сервера используется компьютер оператора системы, в котором формируются команды внешнего управления телевизионной камерой, обеспечивающие ее работу в двух режимах работы «Камера» и «Сканер».

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения отличается реализацией телевизионной камеры, которая максимально приспособлена (оптимизирована) к оптическому изображению панорамного сюжета.

По отношению к прототипу [1] заявляемая телевизионная камера отличается геометрической формой выполнения фотоприемника, а также мозаичного цветного фильтра для цветного варианта сенсора, обеспечивающего реализацию нового («кольцевого») растра изображения при сохранении ПЗС-технологии изготовления сенсора и, что не менее важно, при сохранении требуемых для матрицы ПЗС (с такой же информационной емкостью) сигналов управления.

В состав телевизионной камеры введены и новые блоки, а именно: коммутатор и блок механического сканирования ДТС, которые обеспечивают для нее дополнительно режим сканера, реализующий повышенную чувствительность системы в целом.

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

В заявляемом решении от фотоприемника не требуется чрезмерно высокая информационная емкость, сокращается и избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером.

Благодаря введению в состав телевизионной камеры коммутатора и блока механического сканирования ДТС в ней дополнительно реализуется режим работы с «кольцевым» однострочным фотоприемником, т.е., по сути, режим работы оригинального сканера.

Увеличенная площадь пикселов в этом сканере обеспечивает и повышенную чувствительность сенсора, а, следовательно, и системы в целом. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции для цветного варианта сенсора; на фиг. 4, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 приведена конструкция «кольцевого» регистра фотоприемника, у которого электроды переноса выполнены в виде части кругового кольца; на фиг. 6 - предлагаемое оператору панорамное изображение текущего «кольцевого» кадра в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 7 - размещение телевизионной камеры для контроля внутреннего состояния трубы; на фиг. 8 - электрическая схема коммутатора телевизионной камеры; на фиг. 9 - временные диаграммы, поясняющие работу телевизионной камеры в режиме сканера; на фиг. 10 - эпюра управляющего сигнала (сигнала синхронизации), поясняющая работу блока механического сканирования ДТС.

Заявляемая компьютерная система о панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и компьютер 2 оператора в качестве сервера, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, выполняющая программным путем запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера и преобразование «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), сама телевизионная камера 1 содержит ДТС 1-1, в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1-1 и фотоприемник 1-1-2, который имеет форму кругового кольца, см. фиг. 2, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-1-2-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру 1-1-2-2, оканчивающемуся БПЗН 1-1-2-3, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а фотоприемная область для цветного варианта сенсора накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. 3, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; выход БПЗН фотоприемника 1-1-2-3 подключен через коммутатор 1-2 к информационному входу сигнального процессора 1-4, соединенному последовательно с АЦП 1-5; выход управления экспозицией сигнального процессора 1-4 подключен к управляющему входу блока 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, первый выход которого подключен к управляющим входам фотоприемной области фотоприемника 1-1-2-1, второй выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника 1-1-2-2, третий выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, четвертый выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, пятый выход блока 1-3 - к первому управляющему входу коммутатора 1-2, а шестой выход блока 1-3 - к входу синхронизации блока 1-6 механического сканирования ДТС, при этом второй управляющий вход коммутатора 1-2 объединен с управляющим входом блока 1-6 механического сканирования ДТС и подключен к входу внешнего управления телевизионной камерой, на который поступают команды, обеспечивающие ее работу в режимах «Камера» и «Сканер», причем блок 1-6 механического сканирования кинематически связан с ДТС 1-1, а выход АЦП 1-5 является выходом телевизионной камеры.

Фотоприемник 1-1-2, выполненный по технологии ПЗС, см. фиг. 2-3, реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-1-2-2 и формированием на выходе БПЗН 1-1-2-3 напряжения цветного видеосигнала в аналоговой форме. При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-1-2-1. В течение кратковременного промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки открывается фотозатвор, и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы, расположенные на той же области 1-1-2-1.

Затем фотозатвор закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода по строке новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-1-2-2.

Фотоприемник является единственным сенсором видеосигнала цветного изображения, в котором, благодаря применению цветного «кольцевого» фильтра, пикселы ПЗС становятся чувствительными к голубой (Cy), желтой (Ye), пурпурной (Mg) и зеленой (G) цветовым составляющим. Конструкция этого фотоприемника представлена на фиг. 3.

Здесь используется известный принцип цветного телевидения, утверждающий, что для успешного восстановления цвета, помимо сигнала яркости (Y), достаточно всего двух дополнительных сигналов. Имеются в виду сигнал цветовой разности красного (R-Y) и сигнал цветовой разности синего (В-Y).

Отметим, что именно этот принцип реализован в конструкции мозаичного фильтра для фотоприемника в широко распространенных цветных одноматричных телевизионных камерах, см., например, [3, с. 155].

В заявляемом решении для «кольцевого» ПЗС-фотоприемника цветного изображения используется режим накопления поля, т.е. длительность экспозиции для всех светочувствительных пикселов фотомишени 1-1-2-1 составляет 20 мс.

Рассмотрим некоторые подробности реализации цветного сенсора.

Аналогично режиму, применяемому в одноматричных цветных камерах, здесь перед считыванием в «кольцевом» регистре 1-1-2-2 зарядовые пакеты соседних (в радиальном направлении) пикселов фотомишени объединяются попарно, причем по-разному для последовательно считываемых нечетных и четных «кольцевых» строк формируемого изображения, как показано на фиг. 3.

Отметим, что поскольку размер светочувствительного элемента в режиме накопления поля равен размеру двух пикселов матрицы по вертикали, это приводит к снижению вертикальной разрешающей способности цветного изображения, что вполне допустимо.

Первая строка содержит попарные отсчеты: (Mg+Cy), (G+Ye), (Mg+Cy), (G+Ye) и так далее.

Вторая строка: попарные отсчеты: (Cy+G), (Ye+Mg), (Cy+G), (Ye+Mg) и так далее.

Очевидно, что третья и другие последующие нечетные строки будут содержать такие же попарные отсчеты, как и первая строка, а четвертая и другие последующие четные строки - такие же попарные отсчеты, как и вторая строка.

Для получения яркостного сигнала для нечетных строк производится операция по аналогичному в [3, с. 155] алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка по времени на элемент разложения «кольцевого» поворота и суммирование попарных отсчетов:

Коэффициент Ѕ в формуле (2) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах. Очевидно, что выражение (2) можно представить так:

Применив аналогичный алгоритм для четных строк, получим следующее выражение для яркостного сигнала:

Аналогично представим выражение (4) в основных цветах:

Выражения (3) и (5) показывают, что яркостной сигнал для нечетных и четных строк одинаков.

Для получения цветоразностного сигнала синего (В-Y) выполняется операция по другому алгоритму, который заключается в том, что для нечетных строк выполняется задержка по времени на элемент разложения и вычитание попарных отсчетов:

B-Y=(G+Ye)-(Me+Cy)=[(G+G+R)-(R+B+G+B)]=-[2B-G].

Для получения цветоразностного сигнала красного (R-Y) выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четных строк:

R-Y=(Mg+Ye)-(G+Cy)=[(R+B+G+R)-(G+G+B)]=2R-G.

Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL точно так же, как это выполняется в одноматричных цветных телевизионных камерах с мозаичным фильтром. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.

Необходимо отметить, что, как для монохромного, так и для цветного сенсора телевизионной камеры, площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии. Это означает, что для заявляемого решения имеет место существенное увеличение видеосигнала и соответственно отношения сигнал/шум на участках периферийной области мишени. Наибольшую площадь пикселов имеет «кольцевая» строка, которая ближе всех остальных строк расположена по отношению к «кольцевому» регистру фотоприемника. Очевидно, что это первая «кольцевая» строка сенсора.

С технологической точки зрения вполне оправдано, что для нового «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры электроды переноса в фотоприемной области 1-1-2-1 и в «кольцевом» регистре 1-1-2-2, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра выполняются с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.

В качестве примера на фиг. 5 показана конструкция «кольцевого» регистра 1-1-2-2 фотоприемника с такими электродами переноса.

Панорамный объектив 1-1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора (кольцевого изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1-1, совпадающего с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [4].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемников в пользу кругового кольца.

Сигнальный процессор 1-4, блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала и АЦП 1-5 выполнены с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции. Этот комплект является универсальным, т.е. может быть использован, как для монохромного фотоприемника, так и для цветного сенсора.

Коммутатор 1-2 предназначен для выделения аналогового видеосигнала первой «кольцевой» строки при работе заявляемого устройства в режиме «Сканер».

Как показано на фиг. 8, электрическая схема коммутатора 1-2 может быть выполнена на базе двух логических элементов интегральных микросхем, а именно: коммутатора (DA1) и элемента «И-НЕ» (DD1).

На управляющий вход блока 1-2 подается сигнал с выхода блока 1-3, представленный на фиг. 9а. Этот сигнал следует с периодом кадров (Tк), а интервал низкого уровня в нем соответствует длительности строки (Тс).

С внешнего входа телевизионной камеры на другой вход блока 1-2 поступает команда, характеристика которой представлена в табл.1, в эпюре - на фиг. 9б.

В режиме «Камера» элемент DA1 находится постоянно в замкнутом состоянии. Поэтому видеосигнал с выхода ДТС 1-1 без изменений поступает на информационный вход сигнального процессора 1-4, см. фиг. 9в. Эта эпюра показывает фотоэлектрическое преимущество первой строки сенсора по отношению ко всем остальным его строкам.

В режиме «Сканер» элемент DA1 замыкается только на время первой «кольцевой» строки каждого кадра, см. фиг. 9г.

Блок 1-6 предназначен для выполнения в режиме «Сканер» пошагового перемещения ДТС 1-1 с интервалом по расстоянию, равным ширине одной «кольцевой» строки фотоприемника 1-1-2.

Когда ДТС 1-1 находится в статичном (неподвижном) состоянии, осуществляется накопление сигнала изображения в фотоприемнике 1-1-2 и запись цифрового видеосигнала текущей первой строки в оперативную память сервера 2. Затем осуществляется перемещение ДТС 1-1, накопление сигнала изображения для последующей строки кадра, которая становится в этой ситуации уже первой, и запись ее в оперативную память сервера 2. Далее процесс повторяется. Время одного акта неподвижного состояния и перемещения ДТС 1-1, см. фиг. 10, составляет mTк, где m - коэффициент, равный 10…50.

Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом.

Рассмотрим эту работу на примере визуального контроля технического состояния трубы 4, см. фиг. 7, при помощи телевизионной камеры 1, которая размещается внутри трубы и при помощи рельсового механизма (он не показан) может перемещаться вдоль нее.

При включении питания заявляемая компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения начинает работать (по умолчанию) в режиме «Камера», т.е. на внешнем входе телевизионной камеры 1 присутствует сигнал логического «0».

Панорамный объектив 1-1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение наблюдаемой сцены, проецируя его на мишень 1-1-2-1 фотоприемника.

В результате фотоэлектрического и последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал монохромного или цветного изображения в зависимости от установленного «кольцевого» сенсора.

Допустим, что текущий угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного цветного изображения составляет 60 градусов по горизонтали, тогда «кольцевой» кадр записи включает 6 (шесть) условных областей.

В этом случае оперативная память сервера 2, куда записывается панорамное цветное изображение, содержит 6 областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра.

Далее, как и в прототипе, в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.

Поэтому цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) оператору компьютера 2.

Предположим, что оператора компьютера 2 заинтересовал фрагмент наблюдаемого изображения, в котором имеет место подозрение на технологический дефект трубы, а поэтому желательно рассмотреть его при повышенном отношении сигнал/шум.

Тогда оператор переводит телевизионную камеру 1 в режим «Сканер», устанавливая на ее внешнем входе сигнал логической «1».

В этом режиме в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал первой «кольцевой» строки фотоприемника 1-1-2 при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину пиксела этой строки. Т.к. пикселы данной строки обладают наибольшей площадью, по отношению к пикселам остальных «кольцевых» строк фотоприемника, этот видеосигнал записи будет гарантировать увеличение отношения сигнал/шум по всей ширине кадра для всей контролируемой в настоящий момент внутренней поверхности трубы.

Необходимое время «сканерной» записи всего «кольцевого» кадра составляет десятки и более секунд, но оно вполне оправдано предлагаемой технологией проведения работы и достигаемым эффектом повышения чувствительности изображения.

«Кольцевой» кадр, полученный при помощи «сканерной» записи, преобразуется далее в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) на компьютеры 3 операторам локальной вычислительной сети точно так же, как и в прототипе.

В настоящее время все элементы структурной схемы компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2371880. МПК H04N 7/00. Способ панорамного телевизионного наблюдения и устройство для его осуществления. / В.М. Смелков // БИ - 2009. - №30.

2. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1985.

3. Владо Дамьяновски. CTV. Библия видеонаблюдения, Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.

4. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // БИ - 2002. - №20.

1. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью, содержащая последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров пользователей, при этом телевизионная камера, обеспечивая развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе цифрового телевизионного сигнала, содержит датчик телевизионного сигнала (ДТС), в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные объектив и фотоприемник, выполненный на основе технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области горизонтального (выходного) регистра и преобразователя «заряд-напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, в состав телевизионной камеры входит также генератор управляющих импульсов и последовательно соединенные сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области, второй выход генератора управляющих импульсов - к управляющим входам выходного регистра фотоприемника, третий выход генератора управляющих импульсов - к входу синхронизации сигнального процессора, четвертый выход генератора управляющих импульсов - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к управляющему входу генератора управляющих импульсов, в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, отличающаяся тем, что генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, а телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник монохромной телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, выходной регистр фотоприемника по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии, а фотоприемник цветной телевизионной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его фотоприемную область цветного мозаичного фильтра, который разделяет свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, причем световые «окна» цветного мозаичного фильтра, имеющего «кольцевую» форму, совпадают с геометрическими размерами пикселов фотоприемной области, при этом в состав телевизионной камеры введены коммутатор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход - к информационному входу сигнального процессора, и блок механического сканирования ДТС, кинематически связанный с блоком ДТС, причем первый управляющий вход коммутатора подключен к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, шестой выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом блока механического сканирования ДТС, - к входу внешнего управления телевизионной камерой, при этом в качестве сервера используется компьютер оператора системы, в котором формируются команды внешнего управления телевизионной камерой, обеспечивающие ее работу в двух режимах работы «Камера» и «Сканер».

2. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что электроды переноса фотоприемной области и «кольцевого» регистра фотоприемника, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что коммутатор телевизионной камеры выполнен в составе сигнального процессора.

4. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что блок механического сканирования выполнен в составе ДТС.

5. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что команды внешнего управления телевизионной камерой формируются в составе платы видео компьютера оператора.



 

Похожие патенты:

Городская машина содержит корпус (1), приводы передних и задних колес (5), видеокамеры наружного наблюдения, радары для определения расстояний до объектов окружающей обстановки.

Изобретение относится к системе помощи при вождении транспортного средства, в частности к способу определения дождевых капель. Техническим результатом является создание способа определения дождевых капель, который допускает определение дождевой капли при недопущении уменьшения точности определения для окружающей обстановки.

Изобретение относится к системам видеомониторинга, в частности, больших лесных территорий с определением координат обнаруживаемых объектов при помощи оптической пассивной локации с целью раннего обнаружения лесных пожаров.

Изобретение относится к формированию смоделированного видеоизображения. Техническим результатом является получение смоделированных видеоизображений движения транспортных средств, имеющих высокую частоту кадров, высокую разрешающую способность и многочисленные виды, путем обработки видео от однонаправленных камер, имеющих низкую частоту кадров и низкую разрешающую способность.

Изобретение относится к системам безопасности, мониторинга и отслеживания движущегося объекта путем отображения на устройстве отображения экрана мониторинга в реальном времени захваченных изображений.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для прикладного телевидения, для видеонаблюдения объектов окружающего пространства и совместного формирования цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений.

Изобретение относится к области прикладного телевидения. Техническим результатом является повышение разрешающей способности телевизионных изображений и обеспечение возможности оперативного изменения зон регистрации лучистого потока для наблюдения объектов в разных спектральных участках оптического спектра.

Изобретение относится к средствам управления камерой. Технический результат заключается в увеличении диапазона полученного изображения.

Изобретение относится к технологиям беспроводной связи. Технический результат изобретения заключается в обеспечении безопасного беспроводного соединения между удаленной сетью и транспортным средством.

Изобретение относится к устройству аудио-видео фиксации для стрелкового оружия самообороны. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей стрелкового оружия самообороны и обеспечении информационной безопасности.

Изобретение относится к системам безопасности, мониторинга и отслеживания движущегося объекта путем отображения на устройстве отображения экрана мониторинга в реальном времени захваченных изображений. Техническим результатом является обеспечение правильного выполнения процесса содействия, чтобы уменьшать нагрузку на наблюдающего человека и тем самым предоставлять возможность осуществлять мониторинг без потери из вида наблюдаемого человека. Предложено устройство содействия отслеживанию, содержащее: блок задания цели, которая должна отслеживаться, который, в ответ на операцию ввода, выполненную наблюдающим человеком на одном из видов отображения, чтобы назначить движущийся объект, который должен отслеживаться, задает назначенный движущийся объект в качестве цели, которая должна отслеживаться, причем виды отображения отображают захваченные изображения, полученные посредством соответствующих камер и сохраненные в записывающем устройстве; блок выбора камеры, который, на основе информации слежения, полученной посредством обработки захваченных изображений, выбирает любую из камер, которые, как предполагается, должны иметь полученное изображение движущегося объекта, назначенного в качестве цели, которая должна отслеживаться, среди камер, отличных от камеры, соответствующей виду отображения, на котором была назначена цель, которая должна отслеживаться; и блок воспроизведения, который инструктирует отображение захваченных изображений, полученных посредством каждой камеры, выбранной посредством блока выбора камеры, в соответствующем одном из видов отображения. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к системам безопасности, мониторинга и отслеживания движущегося объекта путем отображения захваченных изображений на устройстве отображения экрана мониторинга в реальном времени. Техническим результатом является обеспечение содействия отслеживанию в случае, когда информация слежения для человека, назначенного в качестве цели, которая должна отслеживаться, включает в себя ошибку, и предоставление возможности корректировки информации слежения. Предложено устройство содействия отслеживанию, включающее: блок задания цели, которая должна отслеживаться, который инструктирует, чтобы захваченные изображения, сохраненные в записывающем устройстве, отображались на мониторе, и, в ответ на операцию ввода наблюдающим человеком, чтобы назначить движущийся объект, который должен отслеживаться, задает назначенный движущийся объект в качестве цели, которая должна отслеживаться; блок выбора кандидатов, который выбирает в качестве кандидата движущийся объект, с высокой вероятностью соответствующий движущемуся объекту, заданному в качестве цели, которая должна отслеживаться; блок представления изображения кандидата, который извлекает в качестве изображения кандидата захваченное изображение, в которое включен движущийся объект, и инструктирует монитору отображать изображение кандидата, так что наблюдающий человек выбирает подходящее изображение кандидата; и блок корректировки информации слежения, который изменяет цель, которая должна отслеживаться, на движущийся объект, ассоциированный с выбранным изображением кандидата, и корректирует информацию слежения. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к распиловке круглого леса. Продольно-распиловочный станок для распиловки бревен содержит пильный инструмент с механизмом его перемещения и устройство отображения на экране монитора торца бревна и предполагаемой карты распила, выполненное в виде устройства дополненной реальности. Устройство дополненной реальности содержит компьютер с монитором, видеокамеру и специальное программное средство. Видеокамера соединена с компьютером и установлена с возможностью обзора торца бревна. Программное средство установлено на компьютер и содержит модуль преобразования расчетной карты распила в ее виртуальное изображение на плоскости торца бревна и модуль совмещения на мониторе указанного виртуального изображения карты распила с изображением торца бревна. Повышается точность пиления. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системе и способу для передачи изображений в режиме реального времени через телематические сети, например сеть Интернет. Техническим результатом является расширение и упрощение доступа к потоковой видео- и аудиоинформации посредством индивидуальной доставки изображений при минимальной ширине полосы пропускания. Предложена cистема для получения, хранения, передачи и последовательного воспроизведения изображений в реальном времени, включающая в состав оборудование сервера изображений (4), доступ к которому через телематические сети обеспечивается передающим оборудованием (1) для передачи одиночных изображений через протокол TCP или HTTP в виде последовательностей, формирующих поток динамических изображений. Компьютер сервера изображений (4) включает выделенные пространства памяти (5), где сохраняется последнее изображение из каждой полученной последовательности, переданной передающим оборудованием (1) в соответствии с глобальным уникальным идентификатором (GUID), и выполняет обновления полученных изображений, формируя поток динамических изображений. В состав системы входит принимающее оборудование (6), оснащенное веб-браузерами (7), на котором может отображаться последовательность изображений, полученных через протокол HTTP после отправки на компьютер сервера изображений (4) запроса с указанием идентификационного кода GUID через запросы TCP или HTTP с использованием стандартных коммуникационных сокетов TCP/IP. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обнаружения объектов в изображении, например, присутствующих в полосе движения транспортных средств. Техническим результатом является предотвращение ошибочного обнаружения транспортных средств, находящихся в смежной полосе движения, в условиях, когда грязь осела на линзе камеры. Предложено устройство обнаружения трехмерных объектов, содержащее: средство (33) обнаружения трехмерных объектов на основе захваченных изображений и вычисления скорости движения трехмерного объекта, средство (35) обнаружения источников света, соответствующего передней фаре другого транспортного средства, и средство (37) управления, которое в случае если не обнаружен источник света, соответствующий передней фаре другого транспортного средства, и дополнительно скорость движения трехмерного объекта равна или меньше скорости движения рассматриваемого транспортного средства, или разность между скоростью движения трехмерного объекта и скоростью движения рассматриваемого транспортного средства меньше заданного значения, останавливает обнаружение трехмерного объекта на основе информации формы разностного сигнала. 3 н. 11 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к техническим средствам, предназначенным для досмотра днища автотранспортных средств. Система досмотра днища автомобиля содержит досмотровый блок с площадкой сканирования, в которой установлены блоки подсветки и две видеокамеры. Сбоку от площадки сканирования установлена еще одна видеокамера с инфракрасной подсветкой для регистрации номера автомобиля и его внешнего вида. Видеокамеры подключены к компьютеру оператора, а досмотровый блок с площадкой сканирования выполнен в виде металлического корпуса в ограждающем трапе. В металлическом корпусе, расположенном в ограждающем трапе, поперек направления движения автомобиля установлено зеркало. Над зеркалом в металлическом корпусе досмотрового блока выполнено закрытое стеклом окно. Объективы видеокамер, установленных в металлическом корпусе, направлены на зеркало, а блоки подсветки установлены под стеклом за и перед зеркалом. Ограждающий трап для заезда и съезда автомобиля выполнен из трех различных составных частей, что позволяет обеспечить быструю замену этих частей при их неисправности. Досмотровый блок обеспечен светофором, регулирующим заезд и выезд транспортного средства, системой термостатирования для управления температурно-влажностным режимом устройства, и магнитными датчиками присутствия транспортного средства, а также контроллером, управляющим ими. Контроллер управляет блоками подсветки, в свою очередь состоящими из набора светодиодов и драйвера. Достигается повышение надежности системы и расширение диапазона получаемой информации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения скорости движущихся объектов методом пассивной локации включает получение изображения самолета при помощи телевизионной системы с формированием видеокадров перемещения движущегося объекта в поле зрения оптической системы и их оцифровкой, определение величины перемещения изображения движущегося объекта на фотоприемной матрице по перемещению центра тяжести изображения. Также способ включает идентификацию типа движущегося объекта и по типу объекта определение его линейных размеров. Используя величину перемещения и соотношение линейных размеров движущегося объекта, вычисляют линейное перемещение движущегося объекта в поле зрения оптической системы L и определяют скорость движущего объекта. Технический результат - скрытное определение скорости самолета при помощи средств пассивной локации. 2 ил.

Изобретение относится к системам видеоконтроля, в частности к группированию камер в крупной системе наблюдения, визуализации и просмотру потоков видеоинформации от камер. Техническим результатом является определение групп камер, которые включают слишком большое количество камер для обеспечения возможности их одновременного отображения на дисплее, и обеспечение возможности просмотра потоков информации выбранной группы путем выбора следующего и предыдущего наборов для поиска выбранной группы. Предложено группирование множества камер, связанных с системой наблюдения, во множество групп, выбор по меньшей мере одной группы из множества групп, отображение потоков видеоинформации, связанных с заданным числом камер в выбранной группе, и просмотр потоков видеоинформации, связанных со всеми камерами в выбранной группе. Группирование множества камер включает группирование имени каждой камеры в соответствующую из множества папок, каждая из папок соответствует географическому местоположению в области контроля, а отображение потоков видеоинформации, связанных с заданным числом камер в выбранной группе, предусматривает отображение потоков видеоинформации в матрице N×M просмотровых подокон. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к устройству обнаружения трехмерных объектов и вариантам способа обнаружения трехмерных объектов. Устройство содержит первое средство (33) обнаружения трехмерных объектов на основе захваченного изображения, средство (34) обнаружения источников света, которое присутствует позади рассматриваемого транспортного средства, второе средство (35) обнаружения трехмерных объектов на основе источника света, средство (37) оценки трехмерных объектов для оценки того, является или нет трехмерный объект находящимся в смежной полосе движения транспортным средством, средство (38) вычисления степени помутнения для вычисления степени помутнения линзы и средство (37) управления для оценки того, является или нет трехмерный объект находящимся в смежной полосе движения транспортным средством, на основе, по меньшей мере, результата обнаружения от второго средства обнаружения трехмерных объектов, когда степень помутнения линзы равна или превышает предварительно определенное значение определения и оценку того, является или нет трехмерный объект находящимся в смежной полосе движения транспортным средством, на основе результата обнаружения, по меньшей мере, из первого средства обнаружения трехмерных объектов, когда степень помутнения линзы меньше значения определения. Обеспечивается повышение безопасности за счет своевременного обнаружения транспортного средства, находящегося в смежной полосе движения. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 24 ил., 3 табл.

Изобретение относится к панорамному наблюдению, которое выполняется телевизионно-компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Техническим результатом является сохранение для оператора угла зрения по месту кругового обзора. Результат достигается путем оптимизации фотоприемников за счет использования для них кристалла мишени в форме кольца и с организацией в телевизионной камере «кольцевого» растра изображения. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх