Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения

Изобретение относится к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС). Техническим результатом является сокращение энергопотребления фотоприемника. Результат достигается за счет двойного снижения частоты поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке путем выполнения выходного «кольцевого» регистра в виде двух «кольцевых» регистров. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Предлагаемое изобретение имеет отношение к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство «кольцевого» фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения [1], изготовленное по технологии ПЗС, имеющее форму кольца и содержащее на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» выходной регистр и блок преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), выход которого является выходом цветного видеосигнала фотоприемника, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область (мишень) накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента (пиксела) его «кольцевого» выходного регистра, при этом в БПЗН выполняется управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов на мишени фотоприемника.

В прототипе [1] обеспечивается выравнивание разрешающей способности формируемого цветного изображения четырехстрочного кадра за счет управления площадью считывающей апертуры видеосигнала. Предполагается, что БПЗН фотоприемника прототипа организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.

Следует отметить, что применительно к отдельно взятой строке в прототипе [1] выполняется традиционная загрузка зарядовыми пакетами «кольцевого» выходного регистра в пределах временного промежутка, который занимает длительность интервала обратного хода строчной развертки.

Недостаток прототипа «кольцевого» фотоприемника - повышенное энергопотребление, связанное с высокой частотой поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке, которым сопровождается существенное наращивание числа светочувствительных пикселов, необходимое для достижения желаемой разрешающей способности выходного видеосигнала.

Из монографии [3, с. 153] известно, что в n-канальном ПЗС с размером ячейки 30 мкм, работающем на частоте 1 МГц, зарядовый пакет величиной 0,5 пКл потребляет удельную мощность около 2,8 нВт/элемент.И эта величина растет как квадрат рабочей частоты. Отсюда следует, что мощность энергопотребления фотоприемника на ПЗС в первом приближении определяется затратами по организации в нем поэлементного переноса зарядов.

Задачей изобретения является сокращение энергопотребления фотоприемника за счет двойного снижения частоты поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке, путем выполнения выходного «кольцевого» регистра в виде двух «кольцевых» регистров, каждый из которых содержит число пикселов, равное (половине) по отношению к их количеству у прототипа.

Поставленная задача в заявляемом «кольцевом» фотоприемнике для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения решается тем, что в устройстве прототипа [1], изготовленном по технологии ПЗС, имеющем форму кольца и содержащащем на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» выходной регистр и БПЗН, выход которого является выходом цветного видеосигнала фотоприемника, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область (мишень) накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела его «кольцевого» выходного регистра, при этом в БПЗН выполняется управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, в состав которого введен фотозатвор, расположенный между мишенью и «кольцевым» выходным регистром, при этом сам «кольцевой» выходной регистр выполнен в виде двух смежных (первого и второго) «кольцевых» регистров, каждый из которых снабжен затвором загрузки и содержит половину от числа элементов для каждой фотоприемной строки, причем расположенный за мишенью первый «кольцевой» регистр является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов в двух направлениях, а именно: как вдоль регистра, так и поперек его (насквозь), при этом каждый из двух смежных элементов первой фотоприемной строки мишени связан зарядовой связью через соответствующий затвор загрузки с расположенными напротив элементами первого и второго «кольцевых» регистров, а последние элементы первого и второго «кольцевых» регистров связаны зарядовой связью соответственно с первым и со вторым входами БПЗН, причем для зарядовых пакетов, поступающих по его второму входу, выполняется параллельно, как и по первому входу, управление площадью считывающей апертуры видеосигнала, при этом каждый из двух затворов обеспечивает загрузку зарядовыми пакетами для своего «кольцевого» регистра (применительно к отдельно взятой строке) в течение половины интервала обратного хода строчной развертки и по отношению к другому затвору - последовательно во времени, а число фазных электродов для отдельно взятого пиксела в обоих «кольцевых» регистрах должно быть четным, составляя показатель 2 или 4.

По отношению к прототипу [1] заявляемый фотоприемник отличается введением в его состав фотозатвора и технологически выполнением «кольцевого» выходного регистра. Этот выходной регистр предлагается реализовать по методу ПЗС-технологии в виде двух смежных (первого и второго) «кольцевых» регистров.

Дополнительно в новом устройстве фотоприемника БПЗН (применительно к его входу) превращается из одноканального в двухканальный блок, причем по каждому из этих входов параллельно выполняется управление площадью считывающей апертуры текущего видеосигнала.

При организации в телевизионной камере с помощью такого фотоприемника сканируемого четырехстрочного «кольцевого» растра разрешающая способность видеосигнала панорамного изображения остается неизменной, а энергопотребление от блока развертки сокращается почти в два раза.

Важно отметить, что управление двумя «кольцевыми» регистрами, осуществляемое блоком развертки на оба регистра, по сравнению с прототипом [1], требует лишь уменьшения в два раза частоты поэлементного переноса. Зарядовые сигналы будут складываться в правильном фазовом соотношении за счет выбора четного показателя для числа фазных электродов применительно к отдельно взятому элементу этих регистров.

Добавим, что в телевизионной камере с новым фотоприемником сохраняется в прежнем виде и механизм сканера - шагового перемещения сенсора на ширину четырех строк в направлении, которое перпендикулярно относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива.

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

В заявляемом устройстве оригинальный сканер при тех же энергозатратах прототипа способен реализовать повышенную разрешающую способность формируемого цветного телевизионного изображения для контролируемого объекта.

Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена схемотехническая организация заявляемого фотоприемника; на фиг. 2 - структурная схема устройства компьютерной системы с этим фотоприемником для панорамного телевизионного сканирования цветного изображения; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 - предлагаемое оператору панорамное изображение текущего «кольцевого» кадра в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 6, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 7 изображена эпюра выходного сигнала блока формирования апертуры (БФА) в составе телевизионной камеры с использованием заявляемого фотоприемника; на. 8 - фиг. 8 - эпюры сигналов, поясняющие работу «кольцевых» регистров.

Заявляемый фотоприемник, см. фиг. 1, в позиции 1-3, выполнен по технологии ПЗС, на кристалле которого, имеющего форму кругового кольца, расположены: «кольцевая» четырехстрочная фотоприемная область 1-3-1, фотозатвор 1-3-2, первый «кольцевой» регистр 1-3-3-(1), второй «кольцевой» регистр 1-3-3-(2) иБПЗН 1-3-4.

Каждый из этих «кольцевых» регистров имеет входное управление через затвор загрузки, который по импульсному сигналу может быть открыт, обеспечивая поступление зарядовых пакетов в ячейки своего регистра, или наоборот - закрыт, изолируя тем самым ячейки своего регистра от поступления зарядов.

Фотоприемник 1-3, см. фиг. 1 и 3, реализует «кольцевую» развертку четырех строк зарядового изображения на фотоприемной области 1-3-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов параллельно в обоих «кольцевых» регистрах 1-3-3-(1) и 1-3-3-(2) и формированием на выходе БПЗН 1-3-4 напряжения цветного видеосигнала в аналоговой форме.

При этом при закрытом фотозатворе 1-3-2 в течение одного интервала происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-3-1. В течение кратковременного промежутка последующего интервала открывается затвор мишени и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы, расположенные на той же области 1-3-1.

Затем затвор мишени закрывается, а накопленные зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая через открывающийся фотозатвор 1-3-2 новыми зарядами оба «кольцевых» регистра.

Рассмотрим подробнее «механизм» этой зарядовой загрузки, используя временные диаграммы сигналов, представленные на фиг. 8.

На фиг. 8а изображена эпюра сигнала для строчного гасящего импульса, действующего в течение интервала гахс.с периодом строк Тс.

На фиг. 8б, фиг. 8в показаны эпюры импульсных сигналов, управляющие затворами загрузки второго «кольцевого» регистра 1-3-3-(2) и первого «кольцевого» регистра 1-3-3-(1) соответственно.

Отметим, что первый «кольцевой» регистр 1-3-3-(1) является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов двух направлениях, а именно: как вдоль регистра, так и поперек (насквозь), т.е. в ячейки второго «кольцевого регистра 1-3-3 -(2).

Для реализации второй функции в зазоры между элементами регистра 1-3-3-(1), имеющие ширину пиксела, устанавливаются дополнительные электроды (на фиг. 1 и на фиг. З они отмечены пунктиром), соединенные между собой и подключенные к постоянному напряжению, величина которого не менее управляющего потенциала зарядового переноса. Эти дополнительные электроды выполняют одновременно и другую важную роль, а именно: исключают зарядовые потери при «кольцевом» переносе в регистре 1-3-3-(1). По этой причине точно такие же дополнительные электроды устанавливаются и в зазоры между элементами регистра 1-3-3-(2).

На фиг. 8 г, фиг. 8д представлены эпюры импульсных сигналов, управляющие работой обоих «кольцевых» регистров параллельно применительно для двухфазной системы переноса зарядов, где Tv=l/f3 -период поэлементного переноса зарядовых пакетов. В промежутке Уг г0.хс.-интервале активного действия импульса, показанного на фиг. 8б, через открытый затвор загрузки во второй «кольцевой» регистр 1-3-3-(2) будут поступать заряды первого, третьего, пятого и других нечетных элементов строки. А в последующем интервале ХА т0.хс.- интервале активного действия импульса, изображенного на фиг. 8в, через открытый затвор будет загружаться зарядами первый «кольцевой» регистр 1-3-3-(1), но применительно для второго, четвертого, шестого и других четных элементов этой строки. Отметим, что в этом временном промежутке зарядовые пакеты,

загруженные ранее во второй «кольцевой» регистр 1-3-3-(2), остаются там «на своих местах», находясь в ячейках (потенциальных ямах) регистра в режиме хранения.

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

Как и в прототипе [1], в заявляемой телевизионной камере реализуется режим накопления поля. Это означает, что перед считыванием в «кольцевых» регистрах 1-3-3 зарядовые пакеты соседних (в радиальном направлении) пикселов фотомишени объединяются попарно. Причем выполняется эта процедура раздельно для нечетных «кольцевых» строк (первой и третьей) и соответственно четных «кольцевых» строк (второй и четвертой) формируемого изображения «кольцевого» кадра.

Поэтому, как и в прототипе [1], первая строка содержит попарные отсчеты: (Mgу), (G+YJ, (Mg+Су), (G+Ye). Аналогичные отсчеты будет содержать и третья строка.

А вторая строка содержит попарные отсчеты: (Су+G), (Ye+Mg), (Су+G), (Ye+Mg). Аналогичные отсчеты будет содержать и четвертая строка.

Для получения яркостного сигнала для нечетной строки 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:

(1)

Коэффициент Уг в формуле (3) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах. Очевидно, что выражение (1) можно представить так:

Y=l/2[{G+G+R)+{R+B+G+B)]=\/2{2B+3G+2R) (2)

Очевидно, что выражение (1) можно представить так:

Применив аналогичный алгоритм для четной строки, получим следующее выражение для яркостного сигнала:

Аналогично представим выражение (3) в основных цветах:

Выражения (2) и (4) показывают, что яркостной сигнал для нечетной и четной строки одинаков.

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

Для получения цветоразностного сигнала красного R - У) выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четной строки:

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 электроды переноса на мишени 1-3-1, в «кольцевых» регистрах 1-3-3-(1) и 1-3-3-(2), включая конфигурацию из затворов загрузки, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.

Телевизионная камера цветного изображения, выполненная на базе нового фотоприемника, см. фиг. 2, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) 1-2 и фотоприемник 1-3, мишень которого накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. З, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входят также следующие блоки: блок 1-4 механического сканирования сенсора, блок 1-5 «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-7 и БФА 1-8; выход БПЗН 1-3-4 фотоприемника подключен к информационному входу сигнального процессора 1-6, соединенному последовательно с АЦП 1-7, причем блок 1-4 кинематически связан с фотоприемником 1-3 и осуществляет его механическое сканирование (с шагом, равным ширине четырех строк) в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива 1-1; первый выход блока 1-5 подключен соответственно к управляющим входам мишени 1-3-1 сенсора, второй выход блока 1-5 - к управляющим входам обоих «кольцевых» регистров 1-3-3-(1) и 1-3-3-(2) сенсора, третий выход блока 1-5 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-6, четвертый выход блока 1-5 - к тактовому входу АЦП 1-7, выход управления экспозицией сигнального процессора 1-6 подключен к первому управляющему входу блока 1-5, пятый выход которого подключен к входу синхронизации блока 1-4; информационный вход БФА 1-8 подключен к выходу импульсов сброса блока 1-5, синхронизирующий вход БФА 1-8 - к соответствующему выходу блока 1-5, а выход БФА 1-8 - ко второму управляющему входу блока 1-5; выход АЦП 1-7 является выходом телевизионной камеры.

Вводимый в состав фотоприемника телевизионной камеры фотозатвор 1-3-2 обеспечивает электрическую изоляцию мишени во время процесса зарядового накопления, что позволяет, по сравнению с прототипом [1], избежать необходимости разнесения во времени процесса накопления зарядов в фотоприемнике и процесса шагового перемещения сенсора.

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, совпадающим 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.

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

Отметим, что период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА 1-8, как и у прототипа [1], определяется соотношением:

где Тр - 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.

На фиг. 6 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 - напряжения на шинах для двухфазного управления «кольцевым» регистром сдвига; Uвыхз - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.

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

Эта процедура осуществляется в заявляемом фотоприемнике параллельно, как для первого, так и для второго «кольцевых» регистров при помощи импульсов сброса Tr, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-3-4 (см. фиг. 1).

Блок формирования апертуры (БФА) 1-7 предназначен для управления считывающей апертурой фотоприемника 1-3 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3-4. В результате для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры видеосигнала при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсора.

Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-7, представлена на фиг. 7. Фотоприемник 1-3 содержит на мишени четыре «кольцевые» строки. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тс1, а последняя строка - как Тс4.

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 (четвертой) «кольцевой» строки - Tr4. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Тр, а период считывания Tr4 - 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;

Δ4 - площадь светочувствительного элемента для четвертой 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.

Рассмотрим работу телевизионной камеры 1 цветного изображения в составе компьютерной системы панорамного сканирования, см. фиг. 2.

Система содержит телевизионную камеру в позиции 1 и сервер в позиции 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3. В разъем расширения на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольный» (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 γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, априори означающее оптимизированное использование мишени фотоприемника.

Панорамный объектив 1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение контролируемой сцены, проецируя его через ИК-фильтр 1-2 на мишень 1-3-1 фотоприемника телевизионной камеры.

Фотоприемник 1-3 (см. фиг. 2) в статичном (неподвижном) состоянии реализует зарядовое накопление оптического изображения на мишени 1-3-1. При этом фотозатвор 1-3-2 на время накопления зарядов остается закрытым.

Когда интервал накопления заканчивается, фотозатвор 1-3-2 открывается, осуществляется последовательный перенос накопленных зарядов для каждой из четырех строк мишени в ячейки первого «кольцевого» регистра 1-3-3-(1) и в ячейки второго «кольцевого» регистра 1-3-3-(2) соответственно, при этом сам фотоприемник 1-3 перемещается на один шаг механического сканирования.

Затем фотозатвор 1-3-2 вновь закрывается. На мишени 1-3-1 начинается цикл накопления новой зарядовой «картины», а в обоих «кольцевых» регистрах осуществляется поэлементное перемещение зарядовых пакетов (последовательно для всех четырех строк) предыдущей зарядовой «картины по направлению к БПЗН 1-3-4 и формирование на его выходе аналогового видеосигнала. Далее процесс повторяется

В результате последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал цветного изображения для одной «кольцевой» строки реконструируемого растра. По интерфейсу (например, USB 2,0) в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал этой «кольцевой» строки фотоприемника 1-3, а затем и видеосигнал других «кольцевых» строк при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину четырех строк его мишени.

В итоге в оперативную память сервера 2 будет занесена видеоинформация о «кольцевом» кадре, полученном при помощи «сканерной» записи составляющих его «кольцевых» строк.

Допустим, что, как и в прототипе, горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного изображения составляет 60 градусов.

Тогда по соотношению (9) должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.

Предположим, что полное число «кольцевых» строк, составляющих в «кольцевом» кадре угол места сканирования панорамного объекта, равно m. Необходимость процесса шагового перемещения сенсора определяет режим формирования этого кадра как медленный, т.е. малокадровый.

Далее, как и в прототипе [1], в сервере 2 осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры вещательного телевидения 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. 5) операторам компьютеров 3.

Это означает, что в реальном масштабе времени может быть реализован контроль шести изображений с одинаковой по полю и повышенной четкостью наблюдаемой «картины», как у прототипа [1], но с уменьшенным почти в два раза энергопотреблением фотоприемника.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства «кольцевого» фотоприемника (все элементы его схемотехнической организации), предназначенного для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2641287. МПК H04N 7/00, H04N 5/225. Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования. / В.М. Смелков // Б.И. - 2018. - №2.

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

3. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Перевод с англ. - «Мир», 1978.

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

1. Устройство «кольцевого» фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения, изготовленное по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеющее форму кольца и содержащее на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» выходной регистр и блок преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), выход которого является выходом цветного видеосигнала фотоприемника, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела его «кольцевого» выходного регистра, при этом в БПЗН выполняется управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов мишени фотоприемника, отличающееся тем, что в его состав введен фотозатвор, расположенный между мишенью и выходным «кольцевым» регистром, а сам «кольцевой» выходной регистр выполнен в виде двух смежных (первого и второго) «кольцевых» регистров, каждый из которых снабжен затвором загрузки и содержит половину от числа элементов для каждой фотоприемной строки, причем расположенный за мишенью первый «кольцевой» регистр является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов в двух направлениях, а именно как вдоль регистра, так и поперек его (насквозь), при этом каждый из двух смежных элементов первой фотоприемной строки связан зарядовой связью через соответствующий затвор загрузки с расположенными напротив элементами первого и второго «кольцевых» регистров, а последние элементы первого и второго «кольцевых» регистров связаны зарядовой связью соответственно с первым и со вторым входами БПЗН, причем для зарядовых пакетов, поступающих по его второму входу, выполняется параллельно, как и по первому входу, управление площадью считывающей апертуры видеосигнала, при этом каждый из двух затворов обеспечивает загрузку зарядовыми пакетами для своего «кольцевого» регистра в течение половины интервала обратного хода строчной развертки и по отношению к другому затвору - последовательно во времени, а число фазных электродов для отдельно взятого пиксела в обоих «кольцевых» регистрах должно быть четным, составляя показатель 2 или 4.

2. Устройство «кольцевого» фотоприемника по п. 1, отличающееся тем, что электроды переноса фотоприемной области, первого и второго «кольцевых» регистров, включая конфигурацию их затворов загрузки, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к панорамному компьютерному наблюдению, которое выполняется цветной телевизионной камерой кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е.

Изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе матричных фотоприемников, которые изготовлены по технологии приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС).

Изобретение относится к области видеосъемки. Технический результат – создание видеокамеры с увеличенной функциональностью за счет отсутствия необходимости использования внешних вычислительных систем и сетевой инфраструктуры для обработки и анализа видеоизображения.

Изобретение относится к анализу изображений. Технический результат заключается в повышении надежности выявления отличия между живым, авторизованным человеком и фальсифицированным видео и/или фальсифицированными изображениями.

Изобретение относится к области приема и обработки оптической информации и касается способа увеличения динамического диапазона в ячейках фотоприемной матрицы ИК диапазона.

Изобретение относится к области видеонаблюдения, в частности к обработке видеоинформации с камер видеонаблюдения для отслеживания движущихся объектов в реальном времени или при просмотре архивного видео.

Изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе матричных телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), в которых обеспечена электронная регулировка чувствительности за счет изменения внутрикадрового времени накопления.

Изобретение относится к модулю формирования изображений и устройству формирования изображений. Техническим результатом является расширение динамического диапазона модуля формирования изображений.

Изобретение относится к способу и системе для генерации видеопродукции. Технический результат заключается в обеспечении автоматического производства видеопродукции с минимальным вмешательством оператора или без него в режиме реального времени для записи видеоизображений широкого круга событий.

Изобретение относится к съемочному устройству и системе визуализации для управления приготовлением лекарственных препаратов. Технический результат заключается в обеспечении бездокументарного отчета о приготовлении лекарственных препаратов с помощью графического интерфейса в сочетании со сравнительным видеоанализом, для того чтобы вызвать возможное срабатывание соответствующего предупреждения с контролем в режиме реального времени и апостериорным контролем.

Изобретение относится к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью. Техническим результатом является сокращение энергопотребления фотоприемника. Результат достигается за счет двойного снижения частоты поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке путем выполнения выходного «кольцевого» регистра в виде двух «кольцевых» регистров. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх