УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАНОРАМНОЙ СЪЕМКИ Российский патент 2004 года по МПК G03B37/04 

Изобретение относится к аппаратуре для панорамной видеосъемки.

Известна установка для панорамной киносъемки, содержащая несколько расположенных симметрично по окружности на общем держателе кинокамер с объективами с ломаной оптической осью, держатель выполнен в виде обращенных вершинами навстречу друг к другу двух усеченных конусов, на монтажных полосках нижнего из которых укреплены корпуса камер, на соотнесенных монтажных полосках верхнего из которых - тубусы широкоугольных объективов с зеркалом, поворачивающим наклонную относительно горизонта оптическую ось на 90^o и расположенным между компонентами, а видоискатель с широкоугольным объективом, охватывающим поля зрения объективов всех камер, установлен в отверстии по оси конусов, выступая над верхним из них /1/.

Известно также устройство для съемки полусферических кинофильмов, содержащее набор радиально расположенных на общем держателе кинокамер, снабженных объективами с широкоугольными насадками с взаимно перекрывающимися полями зрения, общий электромеханический привод, совмещенные с кинокамерами видоискатели и широкоугольный видоискатель с телевизионной системой, причем оптические оси объективов расположены на поверхности вертикального конуса, у вершины которого установлены отражающие зеркала, между расположенными под прямым углом объективами и широкоугольными насадками /2/.

Недостатками этих устройств являются большие размеры "мертвых зон", недостаточный для получения панорамного сферического изображения угол съемки, сложность конструкции, большие габариты устройств.

Цель изобретения - получение панорамной картины с углом обзора 360^o по горизонтали и близким к 360^o по вертикали.

Технический результат изобретения достигается за счет увеличения плотности расположения и количества микрообъективов на сферической поверхности и использования системы формирования видеосигнала ПЗС приборами (приборы с зарядовой связью), выполненными на основе МДП-структур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для панорамной съемки, представляющем собой многослойную сферу, внешний оптический слой которой составлен из множества одинаковых микрообъективов, контактирующих между собой своими боковыми гранями, внутренний сферический слой расположен в фокальной плоскости оптического слоя, образованной из отдельных фокальных плоскостей каждого микрообъектива внешнего оптического слоя, и выполнен из множества одинаковых МДП-структур, сформированных таким образом, что они образуют цепочку МДП-структур, составляющую прибор с зарядовой связью (ПЗС), подключенный к блоку управления, состоящему из источника питания, устройств считывания, преобразования и записи информации, кроме того, внешний и внутренние слои сферы жестко соединены между собой при помощи оси, проходящей от верхнего полюса сферы через ее центр к нижнему полюсу и далее наружу к механизму крепления устройства.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства, на фиг.2 - строка, образующая сферическую цепочку, сформированную путем соответствующего электрического соединения МДП-структур.

Устройство для панорамной съемки содержит оптически прозрачный сферический слой 1, составленный из микрообъективов 2, проецирующих отдельные фрагменты всего изображения на внутренний сферический слой 3, выполненный на основе ПЗС, составленный из МДП-структур 4 /5/, основное назначение которых - преобразование светового изображения в электрический сигнал, 5 - внутреннее пространство устройства, которое может быть заполнено подходящим веществом (наполнителем) для обеспечения жесткости и механической прочности. В данном случае достаточная прочность и жесткость конструкции обеспечиваются осью 7, проходящей от верхнего полюса сферы через ее центр к нижнему полюсу и далее наружу к механизму 8 крепления устройства. Группа проводников 6 (сигнальная шина), электрически подключенных к МДП-структурам, используется для последовательного считывания и передачи информации от слоя 3 в блок управления 9, состоящий из источника питания, устройств считывания, преобразования и записи информации, 10 - строка, образующая спирально-сферическую цепочку, сформированную путем соответствующего электрического соединения МДП-структур.

Внутренний сферический слой выполнен на основе ПЗС, составленных из МДП-структур /5/. Прибор с зарядовой связью (ПЗС) представляет собой ряд простых МДП-структур (металл-диэлектрик-полупроводник), сформированных на общей полупроводниковой подложке таким образом, что полоски металлических электродов образуют линейную или матричную регулярную систему, в которой расстояния между соседними электродами достаточно малы /5, стр. 5, первый абзац сверху/.

Обычно в качестве элементов ПЗС используются МДП-элементы и управляющие тактовые сигналы поступают на затворы. Подавая соответствующие управляющие импульсы на цепочку МДП-элементов, можно передавать зарядовые пакеты из одних потенциальных ям в другие, т.е. обеспечивать направленную передачу информации /5, стр. 3, второй абзац снизу/. ПЗС-элемент образован тремя элементами: металлом, диэлектриком и полупроводником, которые и есть элементарная МДП-структура этого элемента. МДП-структура представляет собой множество повторяющихся элементарных структур, каждая из которых состоит из металла, диэлектрика и полупроводника.

На металл подается сигнал хранения или сдвига. При этом зарядовый пакет либо хранится в ПЗС-элементе, либо перемещается по цепочке к соседнему ПЗС-элементу. Снятие (считывание) информации происходит в конце цепочки, например, специальной полупроводниковой структурой, встроенной в кристалл, на котором сформирован ПЗС (весь прибор с зарядовой связью).

ПЗС. Множество ПЗС-элементов, расположенных рядом. Могут быть в виде строки или матрицы /5, стр. 116, 2-й абзац сверху/. Формируются на одном кристалле вместе со схемой считывания-хранения и проводниками, которые формируются в шины считывания-хранения и которые (проводники) формируются путем напыления проводящей пленки металла или полупроводника в структуре кристалла.

Устройство для панорамной съемки работает следующим образом.

С помощью механизма 8 крепления устройство устанавливается в нужном месте. Со всех сторон на микрообъективы 2, контактирующие между собой своими боковыми гранями и расположенные на внешнем слое 1, падает свет и, проходя через микрообъективы, образует самостоятельные для каждого микрообъектива стандартные по размеру и форме фрагменты изображения общей картины на внутреннем сферическом слое 3, составленном из МДП-структур. Все фрагменты изображения состыкованы по краям так, что в сумме образуют целостное сферическое изображение. Кванты света воздействуют на элементы (не показаны) МДП-структуры таким образом, что в ней формируется зона, состоящая из подвижных электрических зарядов. В данном случае это положительные заряды - "дырки". И чем сильнее освещен данный участок МДП-структуры, тем больше "дырок" в нем образуется. Таким образом на поверхности слоя 3 формируется электрическое изображение в виде заряженных зон, повторяющее соответствующее оптическое изображение, своего рода электрическая копия оптического изображения.

МДП-структуры сформированы (при изготовлении на подложке) таким образом, что образуют цепочку-спираль (см. фиг.2) из МДП-структур, которая непрерывно покрывает практически всю поверхность сферы 3, за исключением небольших по размерам областей, предназначенных для вывода наружу группы проводников 6 (сигнальной шины) - состоит из шины данных и шины управления - и крепления оси 7. Эта цепочка МДП-структур является строкой 10, в которой записаны все фрагменты изображения, спроецированные в данный момент микрообъективами сферического слоя 1 на поверхность сферического слоя 3, т.е. вся видеоинформация, поступившая извне на поверхность сферы 3. Считанная схемой считывания информация поступает по проводникам 6 (сигнальной шине) в блок управления 9. Считывание должно производиться со скоростью не менее 25 кадров в секунду.

Для считывания изображения используется схема считывания, которая формирует сигналы управления, которые подаются к управляющим элементам (затворам), роль которых выполняют полоски металла в МДП-структуре, через шины считывания, которые являются дополнительной частью общей структуры (топологии) кремниевого кристалла (на котором выполняется и сам ПЗС) и выполняются методом, например, напыления полос металлизации на кристалл /5, стр. 121 внизу/.

Обработка (преобразование) информации в общем случае осуществляется с помощью электронного устройства блока управления 9, которое формирует необходимые для этого процесса электрические сигналы, подаваемые по группе проводников 6 (по сигнальной шине).

Таким образом, в заявляемом решении получается ПЗС-цепочка из ПЗС-элементов, которые сформированы из регулярных МДП-структур.

Считывание информации, зафиксированной в МДП-структурах в виде электрических зарядов, производится известными способами /3-5/, применяемыми для считывания информации из ПЗС-матриц, на основе которых построены многие современные системы записи видеоинформации и получения изображения в электронном виде (видеокамеры, видеомониторы и т.п.).

В нашем случае информация считывается последовательно из каждого элемента одной единственной строки, спирально-сферическая топология которой сформирована путем соответствующего соединения всех сигнальных элементов МДП-структур.

Для адекватного воспроизведения записанной видеоинформации необходимо применять работающее по такому же принципу воспроизводящее устройство. Нужен сферический экран, позволяющий воспроизводить видеозапись по алгоритму, использованному для получения этой записи. Процесс воспроизведения изображения происходит в обратном порядке.

Предлагаемое устройство для панорамной съемки может найти применение не только для съемки панорамных фильмов, но и в медицине, например, для диагностики внутренних полостных органов. Подобные медицинские устройства, как правило, снабжены источником освещения. Примером может служить фиброгастроскопия. Необходимо отметить, что существуют ПЗС, которые восприимчивы к инфракрасной области спектра и для работы которых не нужно дополнительное внешнее освещение. В технике и природе предлагаемое устройство может применяться для съемки труднодоступных емкостей и образований, в индустрии развлечений, в рекламе, например туристической рекламе, - для предварительного знакомства с предлагаемыми местами маршрута, в дизайне и архитектуре.

Литература
1. Пат. 354678, МКИ G 03 B 37/04 - аналог.

2. Пат. 406384, МКИ G 03 B 37/04 - аналог.

3. И. Е. Ефремов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. Учебное пособие для вузов.// Москва. "Высшая школа", 1987, с.141-147.

4. "Наука и жизнь", 1980, 7, с.30-32.

5.Носов Ю.Р., Шилин В.А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. - М.: "Сов. радио", 1976.

Использование: для съемки панорамных фильмов, труднодоступных емкостей и образований и т.д. Устройство представляет собой многослойную сферу, внешний оптический слой которой составлен из множества одинаковых микрообъективов, контактирующих между собой своими боковыми гранями, внутренний сферический слой расположен в фокальной плоскости оптического слоя и выполнен из множества одинаковых МДП-структур, причем на его выпуклой поверхности расположена прозрачная для света проводящая структура-сетка микропроводников, контактирующая с МДП-структурами и подключенная через группу проводников к блоку управления. Внешний и внутренние слои сферы жестко соединены между собой при помощи оси, проходящей от верхнего полюса сферы через ее центр к нижнему и далее наружу к механизму крепления устройства. Технический результат: получение панорамной картины с углом обзора 360^o по горизонтали и близким к 360^o по вертикали. 2 ил.

Устройство для панорамной съемки, представляющее собой многослойную сферу, внешний оптический слой которой составлен из множества одинаковых микрообъективов, контактирующих между собой своими боковыми гранями, внутренний сферический слой расположен в фокальной плоскости оптического слоя, образованной из отдельных фокальных плоскостей каждого микрообъектива внешнего оптического слоя, и выполнен из множества одинаковых МДП-структур, сформированных таким образом, что они образуют цепочку МДП-структур, составляющую прибор с зарядовой связью (ПЗС), подключенный к блоку управления, состоящему из источника питания, устройств считывания, преобразования и записи информации, кроме того, внешний и внутренние слои сферы жестко соединены между собой при помощи оси, проходящей от верхнего полюса сферы через ее центр к нижнему полюсу и далее наружу к механизму крепления устройства.