Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения



Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения
Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения

 


Владельцы патента RU 2633758:

Смелков Вячеслав Михайлович (RU)

Изобретение относится к панорамному компьютерному наблюдению, которое выполняется 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. Техническим результатом является выравнивание (по максимальному показателю) по всему полю изображения чувствительности телевизионной камеры при заданной величине ее оптимального продольного разрешения. Результат достигается тем, что введен блок формирования апертуры (БФА), причем одинаковое в каждой «кольцевой» строке фотоприемника число элементов не менее чем в два раза превышает величину заданного оптимального разрешения камеры, оцениваемого в телевизионных линиях, укладывающихся на длину этой «кольцевой» строки. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

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

Наиболее близким по технической сущности к первому заявляемому изобретению следует считать устройство монохромной или цветной телевизионной камеры для панорамного компьютерного наблюдения [1], содержащее в монохромной камере последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник, а в цветной камере - последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) и фотоприемник, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник, выполненный на основе технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области (мишени) расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру, оканчивающемуся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем число элементов (пикселов) в каждой «кольцевой» строке мишени равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела мишени увеличивается по мере движения к внешней периферии, при этом фотоприемник цветной телевизионной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его мишень цветного мозаичного фильтра, являющимся «кольцевым» по форме, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входит также блок «кольцевой» развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока «кольцевой» развертки видеосигнала подключен соответственно к управляющим входам мишени фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход управления экспозицией сигнального процессора - к управляющему входу блока «кольцевой» развертки.

Телевизионная камера прототипа за счет увеличенной площади светочувствительных элементов на периферии «кольцевой» мишени имеет увеличенную чувствительность изображения на этой области.

Для прототипа предполагается наличие следующих признаков:

- площадь экранированных от света элементов мишени фотоприемника, как и площадь их светочувствительных пикселов, от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сенсора;

- для цветного мозаичного фильтра геометрическая площадь «окон» совпадает с размерами светочувствительных пикселов мишени;

- БПЗН фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.

Недостаток прототипа - переменная величина (от строки к строке) чувствительности изображения, формируемого «кольцевым» фотоприемником, которая изменяется в сторону уменьшения по направлению к внутренней периферии сенсора пропорционально изменению геометрической площади его светочувствительных элементов.

Задачей изобретения является выравнивание (по максимальному показателю) по всему полю изображения чувствительности телевизионной камеры при заданной величине ее оптимального продольного разрешения.

Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере решается тем, что в устройство телевизионной камеры прототипа [1], содержащее в монохромной камере последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник, а в цветной камере - последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, ИК-фильтр и фотоприемник, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник, выполненный на основе технологии ПЗС, имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов мишени расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру, оканчивающемуся БПЗН, причем число пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а площадь светочувствительных пикселов мишени, как и площадь экранированных от света элементов мишени, от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сенсора, при этом фотоприемник цветной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его мишень цветного мозаичного фильтра, являющимся «кольцевым» по форме и имеющего геометрию «окон», совпадающую с размерами светочувствительных элементов сенсора, причем цветной мозаичный фильтр разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом в состав телевизионной камеры входит также блок «кольцевой» развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока «кольцевой» развертки видеосигнала подключен соответственно к управляющим входам мишени фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход управления экспозицией сигнального процессора - к первому управляющему входу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к выходу импульсов сброса блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - ко второму управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:

где Tp - период считывания элемента в фотоприемнике;

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

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

Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике,

при этом в соответствии с теоремой Найквиста - Котельникова для гарантированного исключения появления на изображении камеры узора муара (по причине явления редукции пространственной частоты) одинаковое в каждой «кольцевой» строке фотоприемника число элементов не менее чем в два раза превышает величину заданного оптимального разрешения камеры, оцениваемого в телевизионных линиях, укладывающихся на длину этой «кольцевой» строки.

По отношению к прототипу [1] заявляемая телевизионная камера отличается введением нового блока - БФА, а также возможностью выбора необходимого числа элементов «кольцевой» строки фотоприемника, которое удовлетворяет величине заданного продольного разрешения.

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

Заявляемая телевизионная камера, как и в прототипе [1], формирует на выходе цветной цифровой телевизионный сигнал «кольцевого» изображения.

Выполнение поставленной задачи, а именно: выравнивания по всему полю изображения чувствительности телевизионной камеры при заданной величине ее оптимального разрешения, - осуществляется путем выбора априори необходимого числа элементов в «кольцевой» строке фотоприемника и организации управления зарядовым считыванием в сенсоре с одинаковой величиной площади апертуры для различных по площади светочувствительных элементов.

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - телевизионной камеры в составе 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; на фиг. 4, по данным [3], 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, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 8 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой «кольцевого» фотоприемника; на фиг. 9 - зависимость апертурной частотно-контрастной характеристики (ЧКХ а) фотоприемника от пространственной частоты тест-таблицы; на фиг. 10 - возможная структурная схема для выполнения сетевого компьютерного решения с использованием заявляемого устройства;

Заявляемая телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, ИК-фильтр 1-2 (только для цветной камеры) и фотоприемник 1-3, который имеет форму кругового кольца, см. фиг. 2, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов мишени 1-3-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру 1-3-2, оканчивающемуся БПЗН 1-3-3, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а сама мишень 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; в состав телевизионной камеры также входят следующие блоки: сигнальный процессор 1-4, блок 1-5 «кольцевой» развертки, АЦП 1-6 и БФА 1-7; выход БПЗН фотоприемника 1-3 подключен к информационному входу сигнального процессора 1-4, соединенному последовательно с АЦП 1-6; выход управления экспозицией сигнального процессора 1-4 подключен к первому управляющему входу блоку 1-5 «кольцевой» развертки видеосигнала, первый выход которого подключен к управляющим входам мишени фотоприемника 1-3, второй выход блока 1-5 - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника 1-3, третий выход блока 1-5 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, а четвертый выход блока 1-5 - к тактовому входу АЦП 1-6, выход которого является выходом телевизионной камеры; информационный вход БФА 1-7 подключен к выходу импульсов сброса блока 1-5 «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА 1-7 - к соответствующему выходу блока 1-5 «кольцевой» развертки, а выход БФА 1-7 - ко второму управляющему входу блока 1-5 «кольцевой» развертки.

Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе [1], предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора (кольцевого изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 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 [3].

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.

ИК-фильтр 1-2, как и в прототипе [1], изменяет спектральную характеристику «кольцевого» фотоприемника 1-3, обеспечивая согласование со спектральной чувствительностью человеческого глаза.

ИК-фильтр 1-2 может быть выполнен в составе панорамного объектива 1-1 или интегрирован непосредственно в «кольцевой» фотоприемник 1-3.

Фотоприемник 1-3, выполненный по технологии ПЗС, см. фиг. 2-3, как и в прототипе [1], реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени 1-3-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-3-2 и формированием на выходе БПЗН 1-3-3 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 мишени 1-3-1. 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 мишени 1-3-1.

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 1-3-3.

Для цветной камеры 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).

В заявляемом решении для «кольцевого» ПЗС-фотоприемника, как и в прототипе [1], используется режим накопления поля, т.е. в режиме чересстрочной развертки видеосигнала накопление зарядовой «картины» осуществляется в полукадрах под одними и теми же фазовыми шинами.

Затем, аналогично режиму прототипа [1], перед считыванием в «кольцевом» регистре 1-3-2 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: (Mgу), (G+Ye), (Mgу), (G+Ye) и так далее.

Вторая строка содержит 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 алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка на элемент разложения, совпадающая по времени с промежутком «кольцевого» поворота зарядов, и суммирование попарных отсчетов:

Коэффициент в формуле (2) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах.

Очевидно, что выражение (3) можно представить так:

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

Аналогично представим выражение (5) в основных цветах:

Выражения (4) и (6) 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:

.

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

.

Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.

Необходимо отметить, что для «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры электроды переноса на мишени 1-3-1 и в «кольцевом» регистре 1-3-2, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.

В качестве примера на фиг. 5 показана конструкция «кольцевого» регистра 1-3-2 фотоприемника с такими электродами переноса.

На фиг. 7 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-3 с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала, см. например [2]. 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 1-3-3.

Блок формирования апертуры (БФА) 1-7 предназначен для управления считывающей апертурой фотоприемника 1-3 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3-3. 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 1-7, представлена на фиг. 8. Предполагается, что фотоприемник 1-3 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тс1, 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 - Tr n. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Tp, а период считывания Tr n. - самым большим, который равен nTr.. Коэффициент n в последнем выражении определяется целым числом из соотношения:

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 1-7 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 1-7 может быть выполнен в составе блока 1-5 «кольцевой» развертки.

Здесь целесообразно провести аналитическую оценку параметра разрешающей способности для «кольцевого» фотоприемника 1-3. Будем использовать в ней методы теории дискретизации многомерных сообщений, развитой проф. Н.К. Игнатьевым [4], а также анализ физических процессов в матричных фотоприемниках на ПЗС, который изложен в работах [5, 6].

В общем виде разрешающая способность «кольцевого фотоприемника, как и любого другого двумерного сенсора, определяется максимальным числом телевизионных линий, которое может быть обнаружено на изображении испытательной таблицы при заданной достоверности обнаружения.

Упростим эту задачу, ограничившись оценкой разрешения вдоль «кольцевых» строк (продольного разрешения), по аналогии с разрешающей способностью по горизонтали для матричных фотоприемников на ПЗС. Будем вести отсчет показателя этого параметра в телевизионных линиях, укладывающихся на длину «кольцевой» строки, предполагая, что в нашем распоряжении имеется и тест-таблица, изготовленная на стекле или бумаге.

Этот тест (здесь не показан) повторяет форму «кольцевого» фотоприемника с необходимым коэффициентом увеличения (масштабирования).

Как и ранее важнейшей составляющей искомого показателя разрешения является апертурная весовая составляющая ha (x, y), которая представляет собой функцию пространственного распределения чувствительности элемента ПЗС без учета диффузии зарядов. Эта функция - отклик на неподвижную светящуюся точку вида δ (x, y).

Для ПЗС-пиксела достаточно близким приближением апертурной весовой функции является прямоугольная функция.

Пусть размер светочувствительного элемента вдоль «кольцевой» строки составляет w, а шаг расположения элемента - p.

Более удобна для анализа апертурная составляющая частотно-контрастной характеристики или ЧКХa, которая определяется с помощью преобразования по Фурье этой прямоугольной функции и описывается известным выражением:

где - пространственная частота теста;

- максимальная (граничная) пространственная частота по критерию Найквиста.

Если допустить, что светочувствительные элементы сенсора расположены вплотную, то w=p.Тогда на частоте (частоте Найквиста) величина ЧКХ равна 0,64.

Очевидно, что .

Пространственную частоту теста можно выразить через разрешение N, измеряемое в телевизионных линиях, укладывающихся на длину «кольцевой» строки Lm по соотношению:

,

где Lm - длина текущей «кольцевой» строки фотоприемника.

Тогда формулу (7) для апертурной ЧКХ можно представить следующим образом:

Обозначим относительное число телевизионных линий Nw/Lm как .

Примем значения от 0,1 до 3,0 с шагом 0,1 и построим график зависимости ЧКХ а (см. фиг. 9) по формуле:

При работе «кольцевого» фотоприемника 1-3 в составе панорамной телевизионной камеры параметры «площадь считывающей апертуры» и «площадь элемента» совпадают по величине только для первой строки сенсора. Поэтому в формулу (8) должна быть внесена поправка (уточнение), а именно; показатель w должен быть заменен на параметр wm для текущей строки, численно равный величине w1/nm, где w1 - продольный размер элемента для первой «кольцевой» строки, а показатель nm рассчитывается по соотношению (2).

С учетом этой поправки формула (8) примет вид:

Очевидно, что, подставив в формулу (10) значение ЧКХ а, равное 0,64, получим параметр Nopt - показатель оптимального разрешения с размерностью в телевизионных линиях, который одинаков по величине для всех «кольцевых» строк фотоприемника 1-3.

Следовательно, параметр Nopt может быть определен дополнительно по соотношению:

С другой стороны, если величина Nopt является априори заданным параметром, то увеличив найденное из (11) его значение вдвое, можно получить важнейший показатель для проектирования фотоприемника 1-3, а именно: требуемое число элементов в его «кольцевых» строках.

Рассмотрим работу заявляемой телевизионной камеры повышенной чувствительности в составе компьютерной системы панорамного наблюдения, как это предложено в [1], см. фиг. 1. Система содержит телевизионную камеру в позиции 1 и сервер 2 в позиции, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3.

Предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например, при помощи фотоштатива (на фиг. 1 он не показан).

Панорамный объектив 1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение наблюдаемой сцены, проецируя его для монохромной камеры непосредственно на мишень 1-3-1 фотоприемника, а для цветной камеры - через ИК-фильтр 1-2.

В результате фотоэлектрического и последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал монохромного или цветного изображения.

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

Тогда оперативная память сервера 2, куда записывается панорамное изображение, содержит 6-ть областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра.

Далее, как и в [1], в сервере 2 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) операторам персональных компьютеров. Это означает, что в реальном масштабе времени может быть реализован контроль шести изображений с повышенной чувствительностью по всему полю.

Будем считать, что в качестве персональных компьютеров 3, образующих эту сеть, использованы ноутбуки, содержащие в своем составе материнскую плату с установленными на ней процессором и оперативной памятью, а также жесткий диск, дисплей, клавиатуру и тачпад.

Оператор каждого ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея.

Очевидно, что заявляемое решение телевизионной камеры может быть использовано в составе сложных компьютерных систем.

Пример структурной схемы по организации такой системы представлен на фиг. 10. Стрелки на линиях связи этой схемы иллюстрируют передачу сигнала изображения.

Здесь компьютер 4 оператора дополнительно выполняет функции сервера. Благодаря использованию в данной системе маршрутизатора 5, информация, хранящаяся на сервере, становится доступной любому другому пользователю компьютера в локальной сети, например компьютеру 7.

Модем 6 позволяет предоставить видеоинформацию и по сети Интернет, т.е. она может поступить на компьютер удаленного пользователя, например на компьютер 8.

В настоящее время все элементы заявляемой структурной схемы телевизионной камеры повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2564091. МПК H04N 5/225. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью на внешней периферии кольцевого изображения. / В.М. Смелков // БИ - 2015. - №27.

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

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

4. Игнатьев Н.К. Дискретизация и ее приложения. М., «Связь», 1980.

5. Барб Д.Ф., Кэмпана С. Изображающие приборы с зарядовой связью. В сборнике «Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений», Том 3. М., «Мир», 1980, С. 180-306.

6. Шостацкий Н.Н. Применение теории дискретизации для анализа разложения изображений на матрицах ПЗС. «Техника средств связи», серия «Техника телевидения», 1982, выпуск 2, С. 3-14.

1. Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения, содержащая в монохромной камере последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник, а в цветной камере - последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) и фотоприемник, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник, выполненный на основе технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов мишени расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру, оканчивающемуся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем число пикселов в каждой «кольцевой» строке мишени равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а площадь светочувствительных пикселов мишени, как и площадь экранированных от света элементов мишени, от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела «кольцевого» регистра сенсора, при этом фотоприемник цветной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его мишень цветного мозаичного фильтра, являющегося «кольцевым» по форме и имеющего геометрию «окон», совпадающую с размерами светочувствительных элементов сенсора, причем цветной мозаичный фильтр разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом в состав телевизионной камеры входит также блок «кольцевой» развертки видеосигнала и последовательно соединенные между собой сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход блока «кольцевой» развертки видеосигнала подключен соответственно к управляющим входам мишени фотоприемника, второй выход блока «кольцевой» развертки - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника, третий выход блока «кольцевой» развертки - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход блока «кольцевой» развертки - к тактовому входу АЦП, при этом информационный вход сигнального процессора подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход управления экспозицией сигнального процессора - к первому управляющему входу блока «кольцевой» развертки фотоприемника, отличающаяся тем, что введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к выходу импульсов сброса блока «кольцевой» развертки, синхронизирующий вход БФА - к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - ко второму управляющему входу блока «кольцевой» развертки, при этом период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением:

где Tp - период считывания элемента в фотоприемнике;

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

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

Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике,

при этом одинаковое в каждой «кольцевой» строке фотоприемника число элементов не менее чем в два раза превышает величину заданного оптимального разрешения камеры, оцениваемого в телевизионных линиях, укладывающихся на длину этой «кольцевой» строки.

2. Телевизионная камера цветного изображения по п. 1, отличающаяся тем, что электроды переноса мишени и «кольцевого» регистра, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра для фотоприемника выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Телевизионная камера цветного изображения по п. 1, отличающаяся тем, что ИК-фильтр выполнен в составе панорамного объектива или в составе фотоприемника.

4. Телевизионная камера цветного изображения по п. 1, отличающаяся тем, что БФА выполнен в составе блока «кольцевой» развертки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах панорамного наблюдения, выполненных на базе телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеющих электронную регулировку чувствительности за счет изменения внутрикадрового времени накопления.

Предлагаемое изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах панорамного наблюдения, выполненных на базе телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеющих электронную регулировку чувствительности за счет изменения внутрикадрового времени накопления.

Наголовный дисплей с отслеживанием движения глаз содержит микродисплей для формирования изображения для просматривания пользователем, имеющий связанные с ним оптический путь дисплея и выходной зрачок, датчик изображения для отслеживания движения глаза.

Изобретение относится к устройству захвата изображения и способу его проверки. Техническим результатом является уменьшение схемы для множества размещенных по столбцам аналого-цифровых (АЦ) схем и обнаружение неисправности блока удержания.

Изобретение относится к устройствам захвата изображения, в частности КМОП-датчикам. Устройство включает в себя блок захвата изображения, выполненный с возможностью использования первого режима и второго режима, и контроллер.

Изобретение относится к устройствам захвата изображения и способам управления устройствами захвата изображения. Техническим результатом является считывание сигналов пикселов с точностью, достаточной для обнаружения разности фаз, без увеличения размера схемы и времени считывания датчика изображения, а также без снижения качества изображения.

Изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования и системе регистрации изображения. Устройство фотоэлектрического преобразования включает в себя фотоэлектрический преобразователь, транзистор, на затвор которого подается напряжение, соответствующее зарядам, генерируемым фотоэлектрическим преобразователем, линию управления, подключенную к первому главному электроду транзистора, и блок считывания, выполненный с возможностью считывания сигнала, соответствующего напряжению затвора, и регулятор напряжения, выполненный с возможностью изменения напряжения линии управления.

Настоящее изобретение относится к методике уведомления во время съемки в темном месте. Заявленная группа изобретений включается в себя устройства захвата изображения и способы управления устройством захвата изображения.

Изобретение относится к устройству и способу обработки изображений, в частности для коррекции дефектного пикселя. Техническим результатом является обеспечение надлежащей коррекции дефектного пикселя, даже когда объект, содержащий дефектный пиксель, не имеет конкретного угла.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам обработки изображений и видеоданных изображения глаз собеседников во время проведения видеочатов, видеоконференций.
Наверх