Телевизионная камера и её "кольцевой" фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения



Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения
Телевизионная камера и её кольцевой фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения

 


Владельцы патента RU 2625163:

Смелков Вячеслав Михайлович (RU)

Группа изобретений относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионной 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. Технический результат группы изобретений заключается в выравнивании разрешающей способности изображения телевизионной камеры. Результат достигается путем реализации в «кольцевом» фотоприемнике различной по площади светочувствительных элементов и управления зарядовым считыванием в видеосигнале сенсора с одинаковой величиной площади апертуры, с одновременным повышением чувствительности сенсора за счет увеличения площади светочувствительных пикселов при сохранении прежних геометрических размеров мишени. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионной 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.

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 компьютера, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе последовательно расположенные и связанные твердотельный фотоприемник и блок фотоприемника, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр изображения, а ее фотоприемник выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и имеет кристалл мишени в виде кругового кольца, реализуя «кольцевую» мишень сенсора и встроенную «кольцевую» память на кадр, а блок фотоприемника обеспечивает развертку аналогового видеосигнала и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, реализуя «кольцевой» растр изображения, при этом «кольцевой» фотоприемник содержит на общем кристалле фотоприемную область, секцию памяти, «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся блоком преобразования «заряд-напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементами, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области и в каждой «кольцевой» строке секции памяти фотоприемника равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, 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 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 k, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

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

Для прототипа предполагается, что кристалл «кольцевого» фотоприемника выполнен из кремния. БПЗН «кольцевого» фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала. Блок фотоприемника содержит блок «кольцевой» развертки видеосигнала, а также соединенные последовательно сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, первый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам секции памяти «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, шестой выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП.

Недостаток телевизионной камеры прототипа - переменная величина разрешающей способности изображения в пределах кадра, изменяющаяся в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии «кольцевого» фотоприемника из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами (пикселами), имеющими одинаковый показатель по геометрической площади, а также невысокая чувствительность сенсора в вечернее и ночное время суток из-за ограниченных размеров светочувствительных пикселов.

Задачей изобретения является выравнивание разрешающей способности изображения телевизионной камеры путем реализации в «кольцевом» фотоприемнике различной по площади светочувствительных элементов и управления зарядовым считыванием в видеосигнале сенсора с одинаковой величиной площади апертуры, с одновременным повышением чувствительности сенсора за счет увеличения площади светочувствительных элементов при сохранении прежних геометрических размеров мишени.

Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере для компьютерной системы панорамного наблюдения решается тем, что в камеру прототипа [1], формирующую «кольцевой» растр изображения, состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и «кольцевого» фотоприемника, а также блока «кольцевой» развертки видеосигнала и соединенных последовательно сигнального процессора и АЦП, причем информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, первый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам секции памяти «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, шестой выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к шестому выходу блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к седьмому выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - к управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:

где Tp - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;

nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике, равна отношению:

где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;

Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.

Поставленная задача в заявляемом «кольцевом» фотоприемнике для заявляемой телевизионной камеры решается тем, что «кольцевой» фотоприемник прототипа, выполненный по технологии ПЗС, который имеет кристалл мишени в виде кругового кольца и содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область, секцию памяти и «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН с организацией «плавающая диффузия», при этом на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов и линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, вносятся следующие конструкторско-технологические изменения, а именно: всю мишень фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, а площадь светочувствительных элементов от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти, при реализации в выходном видеосигнале сенсора одинаковой площади считывающей апертуры.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство телевизионной камеры для компьютерной системы панорамного наблюдения отличается тем, что в ее «кольцевом» фотоприемнике светочувствительные элементы имеют геометрическую площадь, которая монотонно увеличивается в радиальном направлении к внешней периферии. При помощи вводимого в состав телевизионной камеры БФА реализуется одинаковый показатель площади считывающей апертуры сенсора, что обеспечивает одинаковую чувствительность сенсора по всей его мишени и без внесения шумовых потерь для видеосигнала, а также осуществляется выравнивание параметра разрешающей способности изображения в пределах всего «кольцевого» телевизионного кадра.

При этом чувствительность заявляемого фотоприемника по сравнению с сенсором прототипа будет увеличена, т.к. при одинаковых геометрических размерах мишени площадь светочувствительных пикселов здесь выше.

Чувствительность предлагаемого сенсора может быть дополнительно увеличена и за счет организации экспонирования мишени со стороны подложки его кристалла [3, с. 117].

Целесообразно привести физическое обоснование достигаемого технического эффекта по чувствительности изображения, что и будет сделано ниже.

Световая или энергетическая чувствительность фотоприемника определяется минимально допустимой, т.е. пороговой освещенностью на объекте, при которой обеспечивается заданное качество изображения.

Рассмотрим известное выражение для пороговой освещенности сцены в реальной ситуации обнаружения и опознавания фотоприемником малоконтрастных объектов [3, с. 94]:

где N=2 1012 - потенциально доступное ПЗС количество фотонов на площади в 1 см2 за время в 1 с при равномерном спектре и освещенности в видимом диапазоне в 1 лк;

ko - коэффициент отражения объекта;

kф - коэффициент отражения фона;

Δ2 - площадь пиксела;

Тн - время накопления;

η - квантовый выход;

Ψпор - пороговое отношение сигнал/шум;

D - диаметр входного зрачка объектива;

- фокусное расстояние объектива;

τ - коэффициент пропускания объектива;

При использовании для фотоприемников прототипа и заявляемого устройства технологии ПЗС, а для их работы (в составе телевизионной камеры, наблюдающей один и тот же объект) одного и того же панорамного объектива и блока «кольцевой» развертки будем иметь одинаковые показатели следующих параметров: N, ko, kф, Тн, Ψпор, D, , τ.

Для предлагаемого фотоприемника, по сравнению с прототипом, при одном и том же формате мишени за счет исключения экранированных элементов может быть увеличен параметр площади светочувствительного пиксела (Δ2).

Если же для заявляемого фотоприемника использовать возможность реализации освещения (экспозиции) со стороны подложки кристалла с выполнением необходимого уже с этой стороны экранирования секции памяти, то будет получен дополнительный выигрыш и в параметре квантового выхода (η).

Рост параметров Δ2 и η в соответствии с выражением (4) уменьшает пороговую освещенность Епор, обеспечивая повышение чувствительности заявляемого фотоприемника.

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство фотоприемника отличается наличием повышенных параметров, а именно: площади светочувствительного пиксела (Δ2) или ее в совокупности с новым показателем квантового выхода (η).

Итак, если экспонирование фотоприемника осуществляется со стороны электродов на его кристалле, то выигрыш в чувствительности достигается за счет роста параметра Δ2, т.к. экранированных пикселов на мишени больше нет.

Когда же возможно экспонирование фотоприемника со стороны подложки кристалла, то вследствие удаления на пути фотонов металлических электродов будет иметь место рост параметра η. На практике это особенно проявляется в ближней инфракрасной области спектра.

Заявляемый фотоприемник, как и фотоприемник прототипа, реализует «кольцевой» растр телевизионного изображения, но реализуемая в нем развертка может быть охарактеризована как «кольцевая» развертка видеосигнала по методу «кольцевой кадровый перенос».

Важно подчеркнуть, что для предлагаемого фотоприемника могут быть применены те же управляющие сигналы, которые используются для организации «прямоугольной» развертки в матрицах ПЗС кадрового переноса.

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

Выравнивание разрешающей способности изображения с одновременным ростом его чувствительности выполняется в «кольцевом» растре изображения. Поэтому данное техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой телевизионной камеры в составе компьютерной системы панорамного наблюдения; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации заявляемого «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 3а) - фрагмент мишени заявляемого фотоприемника, иллюстрирующий режим экспонирования со стороны электродов кристалла, а на фиг. 3б - фрагмент мишени заявляемого фотоприемника в режиме экспонирования со стороны подложки кристалла; на фиг. 4, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 5 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой заявляемого «кольцевого» сенсора; на фиг. 6, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.

Заявляемая телевизионная камера 1 (см. фиг. 1) содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1 и «кольцевой» фотоприемник 1-2; блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, соединенные последовательно сигнальный процессор 1-4 и АЦП 1-5, а также БФА 1-6, причем заявляемый «кольцевой» фотоприемник 1-2 имеет форму кругового кольца из кремния, (см. фиг. 2), у которого линейки светочувствительных элементов фотоприемной области 1-2-1, а также линейки экранированных от света элементов секции памяти 1-2-2 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига 1-2-3, оканчивающемуся БПЗН 1-2-4, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области 1-2-1 и в каждой «кольцевой» строке секции памяти 1-2-2 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3, причем площадь светочувствительных элементов фотоприемной области 1-2-1 от строки к строке различны, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти 1-2-2, при этом информационный вход сигнального процессора 1-4 подключен к выходу БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-2, первый выход блока 1-3 - к управляющим входам фотоприемной области 1-2-1 «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока 1-3 - к управляющим входам секции памяти 1-2-2, третий выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига 1-2-3 «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока 1-3 - к управляющему входу БПЗН 1-2-4 «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, шестой выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, седьмой выход блока 1-3 - к информационному входу БФА 1-6, а восьмой выход блока 1-3 - к синхронизирующему входу БФА 1-6, выход которого подключен к управляющему входу блока 1-3, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА определяется соотношением (2).

Заявляемая телевизионная камера 1, содержащая заявляемый «кольцевой» фотоприемник 1-2, используются в составе компьютерной системы панорамного наблюдения, например в составе компьютерной системы прототипа [1], которая см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютера в позиции 3, 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 k, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1).

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 [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, см. фиг. 6, подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1-2, как и в прототипе, в пользу кругового кольца.

Блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-4 и АЦП 1-5 выполнены с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции и ничем не отличаются от блоков такого же наименования у прототипа.

Для заявляемого «кольцевого» фотоприемника 1-2 электроды переноса на фотоприемной области 1-2-1, в секции памяти 1-2-2 и в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3 могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца. Несомненно, что это предоставит и определенные преимущества при изготовлении «кольцевого» фотоприемника по технологии ПЗС.

Экспонирование фотоприемника 1-2 может осуществляться в типовом режиме со стороны электродов кристалла (см. фиг. 3а) или в другом режиме - со стороны подложки кристалла, см. фиг. 3б.

Для второго варианта режима экспонирования мишени для фотоприемника должно быть предусмотрено технологическое экранирование секции памяти не со стороны электродов кристалла, а со стороны подложки.

Следует отметить, что при использовании компьютерной системы панорамного наблюдения в охранных целях, где вполне приемлемо черно-белое изображение сцены, разумно кристалл «кольцевого» фотоприемника 1-2 телевизионной камеры выполнить не на основе кремния, а на основе полупроводника из арсенида галлия. Тогда физически реально достигнуть красной границы спектральной характеристики 1,7 мкм и даже 2,2 мкм, не применяя принудительное охлаждение кристалла фотоприемника [3, с. 113], а в результате получить существенный выигрыш в чувствительности телевизионной камеры, а следовательно, и компьютерной системы в целом.

На фиг. 4 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала. На этом чертеже приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2, Uф3 - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-3; Uвыхз - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.

Перед считыванием информационного заряда очередного элемента (пиксела) в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Дсбр.

Эта процедура осуществляется при помощи управляющих импульсов Tr, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-2-4.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 предназначен для управления считывающей апертурой в «кольцевом» фотоприемнике 1-2 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-2-4. В результате для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсора.

Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-6, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1-2 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Tc1, а последняя строка - как Tcn.

Управляющие импульсы имеют положительную полярность, малую (короткую) длительность и различный период следования в пределах каждой из «кольцевых» строк.

Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен Tr1, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - Trn.. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Tp, а период считывания Trn. - самым большим, который равен nTr. Коэффициент n в последнем выражении определяется соотношением:

где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;

Δn - площадь светочувствительного элемента для последней строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.

В физическом плане управление площадью апертуры осуществляется за счет суммирования зарядовых пакетов в соседних элементах каждой текущей «кольцевой» строки сенсора до выполнения процедуры преобразования «заряд-напряжение».

Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.

БФА 1-6 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-6 может быть выполнен в составе блока 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала телевизионной камеры.

Заявляемые устройства, а именно: телевизионная камера и ее «кольцевой» фотоприемник (см. фиг. 1…2), работают 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).

Пусть экспонирование мишени фотоприемника 1-2-1 телевизионной камеры осуществляется со стороны электродов кристалла, как показано на фиг. 3a.

Фотоприемник 1-2 телевизионной камеры (см. фиг. 2) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-2-1 с последующим переносом зарядовых пакетов всех строк кадра в секцию памяти 1-2-2 и заключительным поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3 с формированием на выходе БПЗН 1-2-4 напряжения видеосигнала в аналоговой форме.

В интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов в светочувствительных пикселах мишени 1-2-1 пропорционально освещенности панорамного сюжета.

В течение небольшого промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки выполняется перенос зарядов всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, в экранированные от света пикселы, расположенные в секции памяти 1-2-2.

Затем в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а предыдущая зарядовая «картина» выводится из кристалла фотоприемника. При этом в интервале обратного хода строчной развертки происходит загрузка новыми зарядами из секции 1-2-2 в «кольцевой» регистр 1-2-3, которые затем, в каждом последующем интервале прямого хода по строке, переносятся в направлении к БПЗН 1-2-4, где для сигнала изображения выполняется поэлементное конвертирование уровня заряда в уровень напряжения.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-6 управляет работой «кольцевого» фотоприемника по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-4 (см. фиг. 4). В результате этого управления для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры, что гарантирует одинаковую чувствительность сенсора по пространству мишени.

Напряжение аналогового видеосигнала «кольцевого» фотоприемника формируется на выходе БПЗН 1-2-4 (см. клемму «Точка съема видеосигнала», показанную на фиг. 4). Очевидно, что таким образом для него обеспечено выравнивание разрешающей способности по всей мишени «кольцевого» изображения, реализуя практически одинаковую четкость изображения в пределах всего «кольцевого» кадра.

Затем, как и в прототипе, сформированный аналоговый видеосигнал преобразуется при помощи сигнального процессора 1-4 и АЦП 1-5 в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра на выходе телевизионной камеры.

Далее ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2 компьютерной системы, где выполняется запись видеоинформации в его оперативную память на кадр.

Предположим, что, как и в прототипе [1], горизонтальный угол поля зрения предъявляемого оператору изображения должен составлять 60°. Тогда одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.

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.

В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в k «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности операторам персональных компьютеров 3 локальной вычислительной сети. В нашем примере эта последовательность содержит 6 различных изображений, а оператор каждого персонального ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.

Очевидно, что в предлагаемых операторам «прямоугольных» кадрах будет поддержано программным путем реализованное в «кольцевых» кадрах телевизионной камеры выравнивание разрешающей способности изображения и повышение его чувствительности.

Представим теперь, что экспонирование мишени фотоприемника 1-2-1 осуществляется со стороны электродов кристалла, как показано на фиг. 3б.

Тогда формирование аналогового видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике и цифрового видеосигнала на выходе телевизионной камеры будет происходить совершенно аналогично, но с получением выигрыша по параметру квантового выхода (η) сенсора, а следовательно, и с дополнительным ростом чувствительности искомого изображения.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, в состав которой входят предлагаемая телевизионная камера и ее «кольцевой фотоприемник, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предлагаемую группу изобретений соответствующей требованию о промышленной применимости.

Источники информации

1. Патент РФ №2552101. МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприемника для его реализации / В.М. Смелков // БИ - 2015. - №16.

2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. - «Радио и связь», 1986.

3. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.

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. Телевизионная камера для компьютерной системы панорамного наблюдения, формирующая «кольцевой» растр изображения, состоящая из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и «кольцевого» фотоприемника, а также блока «кольцевой» развертки видеосигнала и соединенных последовательно сигнального процессора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем информационный вход сигнального процессора подключен к выходу преобразователя «заряд - напряжение» (БПЗН) «кольцевого» фотоприемника, первый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам фотоприемной области «кольцевого» фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам секции памяти «кольцевого» фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника, четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к управляющему входу БПЗН «кольцевого» фотоприемника, пятый выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, шестой выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, отличающаяся тем, что введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к седьмому выходу блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к восьмому выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - к управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Тr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:

где Тр - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;

nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике, равна отношению:

где Δ1 и Δт - соответственно площадь светочувствительного элемента для первой и текущей строк считывания в «кольцевом» фотоприемнике.

2. Телевизионная камера по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования апертуры (БФА) выполнен в составе блока «кольцевой» развертки видеосигнала.

3. «Кольцевой» фотоприемник телевизионной камеры, выполненный по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), который имеет кристалл мишени в виде кругового кольца и содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область (мишень), секцию памяти и «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН с организацией «плавающая диффузия», при этом линейки светочувствительных элементов мишени и линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, отличающийся тем, всю площадь мишени фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, а площадь светочувствительных элементов от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти, при реализации в выходном видеосигнале сенсора одинаковой площади считывающей апертуры.

4. «Кольцевой» фотоприемник по п. 3, отличающийся тем, что экспонирование мишени и технологическое экранирование секции памяти осуществляется со стороны подложки кристалла фотоприемника.

5. «Кольцевой» фотоприемник по п. 3, отличающийся тем, что электроды зарядового переноса на фотоприемной области, в секции памяти и в «кольцевом» регистре сдвига выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

6. «Кольцевой» фотоприемник по п. 3, отличающийся тем, что его кристалл выполнен из арсенида галлия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е.

Изобретение относится к панорамному видеонаблюдению «день - ночь», которое выполняется в вечернее и/или в ночное время суток телевизионно-компьютерной системой кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется телевизионной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи двух фотоприемников, имеющих форму мишени в виде кругового кольца, в сферической области пространства, занимающей два противоположно расположенных шаровых слоя.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи сенсора, состоящего из двух «кольцевых» фотоприемников, в различных шаровых слоях окружающей сферической области.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи единственного «кольцевого» фотоприемника, в сферической области, занимающей два противоположно расположенных шаровых слоя.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи сенсора из двух «кольцевых» фотоприемников, в различных шаровых слоях окружающей сферической области.

Изобретение относится к панорамному телевизионному мониторингу, который выполняется компьютерной системой по методу панорамного телевизионного сканирования при помощи единственного «кольцевого» фотоприемника, в сферической области, занимающей два противоположно расположенных шаровых слоя.

Активно-импульсный телевизионный прибор включает корпус, одна из стенок которого выполнена с возможностью пропускания света. В корпусе размещены телевизионная камера с возможностью ее подключения к видеомонитору и источник импульсного подсвета, к которому подключен блок управления источником импульсного подсвета.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи монохромной телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи сенсора, состоящего из двух «кольцевых» фотоприемников, в различных шаровых слоях окружающей сферической области. Технический результат заключается в увеличении площади пространственной сферической области, контролируемой телевизионной камерой, за счет устранения ограничения области сферического пространства, наблюдаемой телевизионной камерой компьютерной системы, а также предотвращения изменения величины разрешающей способности изображения, формируемого «кольцевым» фотоприемником в пределах кадра, которая изменяется в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии сенсора из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами (пикселами), имеющими одинаковый показатель по геометрической площади. Результат достигается путем выполнения наблюдения в реальном времени дополнительно к одному шаровому слою еще и в трех других шаровых слоях при одновременном выравнивании разрешающей способности изображения. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх