Предлагаемое изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в охранных системах контроля, наблюдения и обнаружения подвижных объектов, которые выполнены с использованием фотоприемников в виде матриц приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС) и компьютеров.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать охранную телевизионную систему [1], содержащую первый объектив, оптически связанный с входом светоделителя, первый выход которого является «выходом нормального оптического изображения» (изображения общего вида) и оптически связан с фотомишенью первого датчика телевизионного сигнала (первого ДТС), а второй выход светоделителя является «выходом увеличенного оптического изображения» (изображения увеличенного фрагмента) и оптически связан с фотомишенью второго ДТС; последовательно соединенные селектор синхроимпульсов и формирователь сигнала рамки, последовательно соединенные блок коммутации и видеоконтрольный блок; блок наведения, предназначенный для осуществления пространственного позиционирования второго ДТС и состоящий из первого привода, кинематически связанного с первым датчиком положения, и второго привода, кинематически связанного со вторым датчиком положения, при этом выход первого датчика положения является первым выходом блока наведения, а выход второго датчика положения - вторым выходом блока наведения, выход второго ДТС подключен к первому информационному входу блока коммутации, а выход первого ДТС - к входу селектора синхроимпульсов и соответственно ко второму информационному входу блока коммутации, третий информационный вход которого подключен к выходу формирователя сигнала рамки, первый управляющий вход которого подключен к первому выходу блока наведения, а второй управляющий вход - ко второму выходу блока наведения, при этом выход второго ДТС подключен к первому входу детектора движения, выход которого подключен к управляющему входу блока коммутации и является выходом сигнала «тревога», а второй вход детектора движения является входом «сброс тревоги».
Светоделитель охранной телевизионной системы содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало, коллективную линзу, отражающее зеркало и второй объектив, причем вход светоделителя оптически связан с полупрозрачным зеркалом, первый выход светоделителя - со вторым объективом, а на втором выходе светоделителя формируется оптическое изображение, полученное в проходящем свете полупрозрачного зеркала.
Для устройства прототипа предполагается наличие следующих признаков:
- первый объектив, светоделитель, первый ДТС, блок наведения, второй ДТС, селектор синхроимпульсов, формирователь сигнала рамки и блок коммутации входят в состав телекамеры, которая расположена на передающей стороне охранной системы, при этом через блок коммутации выход первого ДТС является выходом «видео 1» телекамеры, а выход второго ДТС - соответственно выходом «видео 2» телекамеры;
- первый и второй приводы блока наведения телекамеры являются дистанционно управляемыми электроприводами позиционирования первого ДТС соответственно по горизонтали и вертикали;
- детектор движения и видеоконтрольный блок расположены на приемной стороне охранной системы;
- в качестве видеоконтрольного блока может быть использован персональный компьютер, например, компьютер с операционной системой Windows XP, в котором установлен аппаратный продукт серии AVerTV [2];
- управление блоком наведения телекамеры осуществляется с компьютера по командам «Вправо/Влево» и «Вверх/Вниз», а управление блоком коммутации телекамеры - по команде «Тревога» с детектора движения;
- между приборами передающей и передающей стороны осуществлена линия связи, выполняющая по пяти жилам кабеля соединения: выхода «видео 1» телекамеры с входом «видео» на компьютере, выхода «видео 2» телекамеры с первым входом детектора движения, сигнала «тревога» на выходе детектора движения с управляющим входом блока коммутации в телекамере и соответственно выхода команд наведения «Вправо/Влево» и «Вверх/Вниз» на компьютере с входами этих команд в телекамере.
Недостаток прототипа - низкое качество формируемого телевизионной системой изображения общего вида за счет оптических потерь в светоделителе.
Необходимо учитывать, что величина освещенности мишени фотоприемника первого ДТС по отношению к освещенности мишени второго ДТС ослабляется с коэффициентом, который определяется произведением:
,
где D/f - относительное отверстие второго объектива, т.е.
отношение диаметра D его входного зрачка к фокусному расстоянию f;
τ1 - коэффициент пропускания второго объектива;
τ2 - коэффициент пропускания коллективной линзы.
Это произведение может достигать величины 1/10, что ухудшает чувствительность системы в канале первого ДТС на порядок.
Задачей изобретения является повышение качества изображения общего вида путем увеличения отношения сигнал/шум на выходе матрицы ПЗС первого датчика телевизионного сигнала (ДТС) за счет суммирования в его секции памяти зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемую охранную телевизионную систему, которая содержит на передающей стороне телекамеру, состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных входного объектива, светоделителя, двух ДТС, выполненных на основе матриц ПЗС, блока наведения и последовательно соединенных селектора синхроимпульсов и формирователя сигнала рамки, причем первый выход светоделителя является выходом «изображения общего вида» и оптически связан с фотомишенью первого ДТС, а второй выход светоделителя является выходом «изображения увеличенного фрагмента» и оптически связан с фотомишенью второго ДТС, блок наведения, предназначенный для осуществления пространственного позиционирования второго ДТС, и состоящий из первого электропривода, кинематически связанного с первым датчиком положения, и второго электропривода, кинематически связанного со вторым датчиком положения, при этом выход первого датчика положения является первым выходом блока наведения, а выход второго датчика положения - вторым выходом блока наведения, выход первого ДТС подключен к входу селектора синхроимпульсов, первый управляющий вход формирователя сигнала рамки подключен к первому выходу блока наведения, а второй управляющий вход - ко второму выходу блока наведения, причем выход первого ДТС является выходом «видео 1» телекамеры, выход второго ДТС - выходом «видео 2» телекамеры, а выход формирователя сигнала рамки - выходом сигнала «рамка» телекамеры, на приемной стороне телевизионной системы расположен персональный компьютер, а между телекамерой и компьютером - линия связи, состоящая из пяти жил кабеля, по трем из которых выполняется соединение выхода сигнала «видео 1» телекамеры с входом «видео 1» на компьютере и соответственно выхода сигналов для команд наведения «Вправо/Влево» и «Вверх/Вниз» на компьютере с входами этих сигналов в телекамере, при этом первый ДТС телекамеры выполнен на основе матрицы ПЗС с организацией «строчно-кадровый перенос», а второй ДТС - на основе матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», причем в состав первого ДТС дополнительно введен формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий в секции памяти матрицы ПЗС суммирования зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции; по двум другим жилам кабеля линии связи выполняется соединение выходов сигналов «видео 2» и «рамка» телекамеры с соответствующими входами на компьютере, а в разъем расширения на материнской плате компьютера дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования первого и второго входных аналоговых видеосигналов в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала «видео 1» в оперативную память с периодом nТк и вывода из нее с периодом Тк, где Тк - длительность кадра, n - число суммируемых кадров, ввода/вывода цифрового видеосигнала «видео 2» с периодом Тк, выполнения микширования выходного цифрового видеосигнала «видео 1» с сигналом «рамка», выполнения межкадрового сравнения выходного цифрового видеосигнала «видео 2» и формирования сигнала «тревога» при обнаружении порога межкадровой разницы, причем выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения телевизионной системы.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая охранная телевизионная система отличается наличием нового блока - платы видео в составе компьютера; выполнением первого ДТС телекамеры на основе матрицы ПЗС с другой организацией («строчно-кадровый перенос»), наличием формирователя импульсов (ФИ) в составе первого ДТС, а также наличием в телекамере новых связей между новыми и остальными блоками.
Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.
В заявляемом решении, по сравнению с прототипом, видеосигнал телекамеры, формирующий изображение общего вида, имеет выигрыш в отношении сигнал/шум за счет суммирования в секции памяти фотоприемника зарядовых сигналов, накопленных в его фотоприемной секции.
В результате для изображения общего вида отношение сигнал /шум увеличивается пропорционально увеличению для них энергии полезного сигнала, т.е. числу складываемых кадров накопления.
По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой телевизионной системы, на фиг.2 - структурная схема первого ДТС; на фиг.3 - функциональная схема технологической организации фотоприемника для первого ДТС; на фиг.4 - структурная схема ФИ в составе первого ДТС; на фиг.5 - пример выполнения электрической схемы счетчика длительности накопления в составе ФИ; на фиг.6 - временная диаграмма, поясняющая обобщенное формирование выходного сигнала этим счетчиком; на фиг.7 - временная диаграмма, поясняющая работу первого ДТС; на фиг.8 - возможная электрическая схема реализации блока наведения в составе телекамеры; на фиг.9…10 представлены в качестве возможных примеров изображения, формируемые предлагаемой охранной системой в процессе ее работы.
Заявляемая охранная телевизионная система (см. фиг.1 и фиг.2) содержит на передающей стороне телекамеру в позиции 1, состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных входного объектива 1-1, светоделителя 1-2 и двух ДТС 1-3 и 1-4, причем второй ДТС 1-4 выполнен на основе матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», а первый ДТС 1-3 - на основе матрицы ПЗС с организацией «строчно-кадровый перенос», состоящей из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной секции 1-3-1-1, секции памяти 1-3-1-2, выходного регистра 1-3-1-3 и блока преобразования заряда в напряжение (БПЗН) 1-3-1-4, причем в состав ДТС 1-3 также входит генератор 1-3-2 управляющих импульсов, состоящий из временного контроллера 1-3-2-1, первого преобразователя уровней (ПУ) 1-3-2-2, второго ПУ 1-3-2-3 и третьего ПУ 1-3-2-4, при этом первый выход временного контроллера подключен к входу ПУ 1-3-2-2, второй выход временного контроллера - к входу ПУ 1-3-2-4, а третий выход временного контроллера - к тактовому входу ФИ 1-3-2-5, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу временного контроллера, пятый выход которого подключен к тактовому входу сигнального процессора 1-3-3, выход управления которого подключен к управляющему входу временного контроллера; управляющие входы фотоприемной секции 1-3-1-1 матрицы ПЗС подключены к выходу ПУ 1-3-2-2, управляющие входы выходного регистра 1-3-1-3 матрицы ПЗС - к выходу ПУ 1-3-2-4, а управляющие входы секции памяти 1-3-1-2 матрицы ПЗС - через ПУ 1-3-2-3 к выходу ФИ 1-3-2-5; выход БПЗН 1-3-1-4 матрицы ПЗС подключен к информационному входу сигнального процессора 1-3-3, выход «видео» которого является выходом «видео» ДТС 1-3, первый выход светоделителя 1-2 телекамеры является выходом изображения общего вида и оптически связан с фотомишенью первого ДТС 1-3, а второй выход светоделителя 1-2 - выходом изображения увеличенного фрагмента и оптически связан с фотомишенью второго ДТС 1-4; в состав телекамеры также входят блок 1-5 наведения и последовательно соединенные селектор 1-6 синхроимпульсов и формирователь 1-7 сигнала рамки, причем блок наведения, предназначенный для осуществления пространственного позиционирования ДТС 1-4 и состоящий из первого электропривода 1-5-1 (электропривода по горизонтали), кинематически связанного с первым датчиком положения 1-5-2, и второго электропривода 1-5-3 (электропривода по вертикали), кинематически связанного со вторым датчиком положения 1-5-4, при этом выход первого датчика положения является первым выходом блока наведения, а выход второго датчика положения - вторым выходом блока наведения, выход ДТС 1-3 подключен к входу селектора 1-6 синхроимпульсов, первый управляющий вход формирователя 1-7 сигнала рамки подключен к первому выходу блока наведения, а второй управляющий вход - ко второму выходу блока наведения, при этом выход ДТС 1-3 является выходом «видео 1» телекамеры, выход ДТС 1-4 - выходом «видео 2» телекамеры, а выход формирователя сигнала рамки - выходом сигнала «рамка» телекамеры; на приемной стороне телевизионной системы расположен компьютер в позиции 3, причем на материнской плате компьютера в разъем расширения установлена плата видео, а между приемной и передающей сторонами проложена линия связи в позиции 2, состоящая из пяти жил кабеля и обеспечивающая соединение выходов сигналов «видео 1», «видео 2» и «рамка» телекамеры с соответствующими входами на компьютере, а также выхода сигналов для команд наведения «Вправо/Влево» и «Вверх/Вниз» на компьютере с входами этих сигналов на электроприводы 1-5-1 и 1-5-3 в телекамере соответственно.
Светоделитель 1-2, как и в прототипе, содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало 1-2-1, коллективную линзу 1-2-2, отражающее зеркало 1-2-3 и дополнительный объектив 1-2-4, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала 1-2-1, первый выход светоделителя - с выходом объектива 1-2-4, а второй выход светоделителя - со вторым выходом полупрозрачного зеркала 1-2-1.
Если фотоприемниками обоих ДТС прототипа являются матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», то в заявляемом решении такой сенсор применяется только во втором ДТС 1-4.
В первом ДТС 1-3 в качестве сенсора использована матрица ПЗС (см. фиг.3), имеющая организацию «строчно-кадровый перенос» [3, с.42]. В зарубежной литературе, например [4, с.135-137], такую организацию ПЗС называют «кадрово-строчный перенос».
Сама система управления переносом в матрице ПЗС может быть двухфазной, трехфазной или четырехфазной в зависимости технологических особенностей производства фотоприемника.
Реализация строчно-кадрового переноса в сенсоре означает, что на кристалл матрицы ПЗС прототипа, имеющей организацию «строчный перенос», добавлена секция памяти 1-3-1-2, которая располагается между фотоприемной секцией 1-3-1-1 и выходным регистром 1-3-1-3.
Фотоприемная секция 1-3-1-1 новой матрицы ПЗС имеет типовую конструкцию для матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Она обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в столбцы. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр, отделенный от фотодиодов фотозатвором. Во время накопления зарядовых пакетов в фотодиодах на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах.
Фотоприемная секция 1-3-1-1, как и у прототипа, снабжена электронным затвором, выполняющим электронную регулировку чувствительности путем управления временем накопления зарядовых носителей в течение кадрового периода.
Зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров секции 1-3-1-1 в промежутке интервала обратного хода кадровой развертки переносятся в секцию 1-3-1-2, а оттуда в последующем интервале прямого хода по кадру построчно переносятся в выходной регистр 1-3-1-3. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через БПЗН 1-3-1-4, образуя на выходе «видео» фотоприемника электрический видеосигнал.
Изменяется и структурная схема ДТС 1-3 предлагаемого решения (см. фиг.2). Вводимый в состав генератора 1-3-2 управляющих импульсов дополнительно формирователь импульсов (ФИ) 1-3-2-5 предназначен для осуществления логического управления работой секции памяти 1-3-1-2 с целью суммирования в ней зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции 1-3-1-1.
Применительно к трехфазной системе управления фотоприемником структурная схема ФИ 1-3-2-5 может быть выполнена согласно решению, предлагаемому на фиг.4. Она содержит следующие цифровые блоки: счетчик длительности накопления, первый и второй элементы «И», элемент «ИЛИ», а также первый и второй элементы «НЕ».
Очевидно, что устройство ФИ 1-3-2-5 может быть выполнено и в составе большой интегральной микросхемы (БИС) временного контроллера 1-3-2-1.
На управляющий вход ФИ 1-3-2-5 подаются с третьего выхода временного контроллера 1-3-2-1 кадровые синхроимпульсы - КСИ (см. фиг.6а), которые далее поступают на счетный вход счетчика длительности накопления. Емкость счетчика составляет n кадров, т.е. nТк, а вырабатываемый сигнал следует с периодом (n+1)Тк (см. фиг.6б). На выходе счетчика этот сигнал дополнительно задерживается на величину длительности КСИ (см. фиг.6в).
Выходной сигнал счетчика в другом масштабе представлен на фиг.7а. Если на тактовый вход ФИ 1-3-2-5 с третьего выхода временного контроллера 1-3-2-1 подаются трехфазные импульсные последовательности (см. фиг.7б…г), то с выхода ФИ 1-3-2-5 будут сниматься преобразованные последовательности, как показано соответственно на фиг.7д…ж.
В результате в фотоприемнике ДТС 1-3 зарядовые пакеты, накопленные в секции 1-3-1-1, складываются в секции памяти 1-3-1-2. Поэтому в композитном видеосигнале на выходе ДТС 1-3 отношение сигнал/шум увеличивается в n раз, а сам сигнал изображения будет следовать с периодом (n+1)Тк, т.е. с пропуском на величину временного интервала nТк, как представлено на фиг.7з.
Допустим, что ослабление освещенности в светоделителе 1-2 для фотоприемника ДТС 1-3 осуществляется с коэффициентом 1/10. Тогда n=10, а электрическая схема счетчика длительности накопления может быть выполнена согласно показанному на фиг.5 решению с использованием отечественных микросхем серии К561. Для реализации счетчика потребуются два корпуса К561ИЕ8, один корпус К561ТМ2, один корпус К561ЛА7 и один корпус К561ЛН2.
Блок 1-5 наведения предназначен для осуществления пространственного позиционирования ДТС 1-4. Электрическая схема блока 1-5 может быть реализована на базе технического решения «Применение оптрона HSSR-7111 для управления реверсом электродвигателя переменного тока», опубликованного в Интернете на сайте [5].
Изделие HSSR-7111 - однополюсный нормально разомкнутый оптрон с выходным каскадом на мощных МОП-транзисторах, имеет очень малое сопротивление во включенном состоянии и работает в точности как полупроводниковое реле. Максимальная величина сопротивления нагрузочной цепи оптрона HSSR-7111 во включенном состоянии составляет 1 Ом, а максимальный ток нагрузки в зависимости от схемы включения составляет 0,8 Ампер или вдвое больше (1,6 Ампер).
Рассмотрим работу блока 1-5 наведения (см. фиг.8), схема которого выполнена на четырех оптронах HSSR, обозначенных как VT1…VT4. Будем считать, что управление наведением осуществляется командами в соответствии с табл.1.
Необходимо отметить, что подаваемые в телекамеру с компьютера по линии связи сигналы управления блоком 1-5 наведения являются постоянными напряжениями положительной или отрицательной полярности величиной (5…30) Вольт, отсчитываемой относительно провода «общий». При отсутствии команд управления эти напряжения тоже отсутствуют. Поэтому оптроны VT1…VT4 разомкнуты, а электродвигатели M1 и М2 обесточены.
Пусть по линии связи на блок 1-5 наведения поступает команда «Управление по горизонтали» - «Вправо». Тогда оптрон VT2 замыкается, а электродвигатель M1 подключается к источнику переменного напряжения ~U и начинает вращаться.
Если взамен этой команды поступит команда «Управление по горизонтали» - «Влево», то замкнется оптрон VT1, а электродвигатель M1 будет вращаться в другом направлении.
Аналогично происходит и для команд «Управление по вертикали». Если подана команда «Вверх», то замыкается оптрон VT4 и вращается электродвигатель М2. Когда вместо нее будет подана команда «Влево», то замыкается оптрон VT3, а двигатель М2 меняет направление вращения.
Концевые выключатели SF1…SF4 обеспечивают необходимые пределы позиционирования ДТС 1-4 по горизонтали и вертикали.
Как и в блоке наведения прототипа, датчики положения 1-5-2 и 1-5-4 выполнены на основе переменных резисторов RPx и RPy, имеющих линейную зависимость изменения сопротивления от угла поворота. Постоянные резисторы Rx * и Rу * необходимы для выполнения настроечной работы по точному позиционированию.
Входной объектив 1-1, светоделитель 1-2 и формирователь 1-7 сигнала рамка телекамеры по назначению и схемотехническому исполнению не отличаются от соответствующих блоков прототипа.
Отметим, что для увеличения геометрических размеров пространства, находящегося в поле зрения охранной телевизионной системы, желательно чтобы входной объектив 1-1 имел широкий угол поля зрения при стандартной величине формата кадра 4/3. Например, отечественный объектив «Зенитар-М 2,8/16», относящийся к оптике типа «Рыбий глаз», может обеспечить для диагонали фотомишени датчика 1-3, равной 1/3 дюйма, поле зрения по горизонтали не менее 100 угловых градусов.
Размер кадра для объектива «Зенитар-М 2,8/16» составляет 24×36 мм. Поэтому кратность масштабирования Км оптического изображения, формируемого на втором выходе светоделителя, равна отношению:
Компьютер 3 предназначен для выполнения следующих операций:
- преобразования первого («видео 1») и второго («видео 2») входных аналоговых сигналов изображения, транслируемых с телекамеры, в цифровые видеосигналы;
- ввода цифрового видеосигнала «видео 1» в оперативную память с периодом nТк и вывода из нее с периодом Тк, где Тк - длительность кадра, n - число суммируемых кадров;
- ввода/вывода цифрового видеосигнала «видео 2» с периодом Тк,
- формирования команд «Управление наведением» и «Выбор режима видео»;
- микширования выходного цифрового видеосигнала «видео 1» с сигналом «рамка»,
- межкадрового сравнения выходного цифрового видеосигнала «видео 2» и формирования сигнала «тревога»,
- коммутации и воспроизведения цифровых видеосигналов в режимах «Изображение общего вида» и «Изображение увеличенного фрагмента».
Характеристика сигналов управления, сопутствующих команде «Управление наведением», была представлена выше (см. табл.1).
Характеристика сигналов управления, сопутствующих команде «Выбор режима видео», представлена в табл.2.
Все сигнальные операции и управляющие команды выполняются в соответствии с прикладной компьютерной программой, которая является неотъемлемой частью разработки данной телевизионной системы.
Очевидно, что подача команд управления может осуществляться с клавиатуры компьютера и/или помощи компьютерной мыши.
Отметим, что команда «Выбор режима видео» распространяется в пределах компьютера, а поэтому является командой внутреннего пользования. Команда «Управление наведением» - внешняя команда, т.к. она предназначена для управления работой телекамеры.
Отметим и другое существенное отличие предлагаемого решения охранной телевизионной системы от прототипа. Функция блока коммутации и функция детектора движения теперь выполняются непосредственно в компьютере.
Выходные цифровые сигналы изображения «видео 1» и «видео 2» в настоящем решении жестко синхронизированы между собой, а их световые (энергетические) чувствительности выровнены и практически одинаковы.
Поэтому при необходимости в заявляемом решении по методу PIP1 (1 PIP - английская аббревиатура, означающая в переводе «изображение в изображении» или «картинка в картинке») может быть дополнительно сформировано комбинированное изображение, содержащее изображение «видео 1», в окне («окошке») которого частично передается изображение «видео 2». Такая возможность может быть весьма полезна для оператора охранной телевизионной системы, экономя его время для принятия правильного решения о возможном нарушении.
В разрабатываемой для заявляемой системы прикладной компьютерной программе крайне желательно реализовать и коррекцию «подушкообразных» геометрических искажений, вносимых входным широкоугольным объективом типа «Рыбий глаз» в аналоговые сигналы изображения «видео 1» и «видео 2», которые формирует телекамера.
Охранная телевизионная система (см. фиг.1) работает следующим образом. Выделим в работе заявляемой системы, как и в прототипе, два режима:
«Выбор охраняемого объекта и анализ ситуации» (режим 1);
«Тревога» (режим 2).
Независимо от режима работы телевизионной системы, как и в прототипе, входное оптическое изображение по оптическому пути: входной объектив 1-1, полупрозрачное зеркало 1-2-1, коллективная линза 1-2-2, отражающее зеркало 1-2-3, дополнительный объектив 1-2-4 проецируется на фотомишень первого ДТС 1-3.
Одновременно увеличенный (в соответствии с кратностью масштабирования Км светоделителя 1-2) фрагмент этого изображения, границы которого определяются электронной рамкой, по другому оптическому пути: входной объектив 1-1, полупрозрачное зеркало 1-2-1 проецируется на фотомишень второго ДТС 1-4.
Отметим, что кратность масштабирования Км светоделителя 1-2, как и в прототипе, определяется отношением ширины (высоты) оптического кадра входного объектива 1-1 к соответствующим сторонам фотомишени второго ДТС 1-4.
В результате фотоэлектрического преобразования оптическое изображение каждого из ДТС преобразуется далее в соответствующие композитные видеосигналы. Обозначим композитный видеосигнал на выходе ДТС 1-3 как «видео 1», а композитный видеосигнал на выходе ДТС 1-4 - «видео 2».
По сравнению с прототипом композитный видеосигнал «видео 1» (см. фиг.7з) следует с периодом (n+1)Тк, но в нем в n раз увеличено отношение сигнал/шум.
Как и в прототипе, селектор 1-6 синхроимпульсов выделяет из композитного видеосигнала «видео 2» строчные и кадровые синхроимпульсы, а формирователь 1-7 сигнала рамки вырабатывает на выходе сигнал прямоугольной рамки с форматом (а×b).
Затем оба аналоговых видеосигнала параллельно транслируются из телекамеры 1 по линии связи 2 на приемную сторону телевизионной системы, где поступают в компьютер 3.
На плате видео компьютера аналоговые видеосигналы «видео 1» и «видео 2» при помощи аналого-цифрового преобразования (АЦП) становятся цифровыми видеосигналами.
Цифровой видеосигнал «видео 1» записывается в блок оперативной памяти, где хранится в течение n кадров. Обновление информации в оперативной памяти происходит с периодом (n+1)Тк, а считывание видеосигнала «видео 1» из памяти - с периодом Тк. Поэтому в выходном цифровом видеосигнале «видео 1» информативные пропуски во времени будут устранены.
Цифровой видеосигнал «видео 2» записывается в другой блок оперативной памяти, но его обновление там происходит с периодом Тк. Благодаря этой оперативной памяти, цифровой видеосигнал «видео 2» может быть подвергнут процедуре межкадрового сравнения.
Выполнение на плате видео компьютера этого межкадрового сравнения по заданным алгоритмам встроенного детектора движения позволяет по заданной величине порога зафиксировать момент нарушения на контролируемом объекте и подать сигнал «тревога».
При подаче питания телевизионная система по умолчанию начинает работать в режиме 1, а в компьютере формируется сигнал логической «1» для команды «Изображение общего вида».
Поэтому на плате видео компьютера выполняется цифровое микширование сигнала «видео 1» с сигналом электронной рамки, а в результате коммутации видеосигналов именно сигнал «видео 1» с «наложенной» на него рамкой воспроизводится на экране компьютерного монитора.
Напомним, что положение рамки в пределах активной части растра определяется в зависимости от положения движков потенциометров RPx и RPу (датчиков положения 1-5-2 и 1-5-4), установленных в блоке 1-5 наведения. Одновременно ДТС 1-4 формирует видеосигнал оптически увеличенного «внутрирамочного» изображения.
Отметим, что электронная рамка отмечает на изображении зону повышенного интереса для оператора, а он, подавая с компьютера в телекамеру команды «Управление по горизонтали» - «Вправо/Влево» и «Управление по вертикали» - «Вверх/Вниз», может дистанционно установить рамку на любом участке наблюдаемого изображения.
Качество этого изображения в ночное время суток будет заведомо выше, чем у прототипа, благодаря повышению отношения сигнал/шум в результате зарядового суммирования n кадров накопления в матрице ПЗС.
После завершения оператором при помощи электронной рамки выбора охраняемой зоны автоматически инициализируется детектор движения, выполненный на плате видео компьютера.
Далее, если в некоторый момент в охраняемой зоне появляется нарушитель, (см. фиг.9а или фиг.10а), то детектор движения зафиксирует изменение видеосигнала, а его сигнал «тревога» осуществит коммутацию видеосигналов и переведет телевизионную систему в режим 2 работы.
В результате на экране компьютерного монитора воспроизводится «распахнутое» на весь растр «внутрирамочное» изображение с кратностью масштабирования Км (см. фиг.9б).
Если на плате видео компьютера предусмотрено формирование комбинированного сигнала изображения, то оператор может перевести телевизионную систему в режим 3 работы (режим PIP) и контролировать формируемое синтезированное изображение, как это показано на фиг.10б.
После принятия оператором решения по факту регистрации телевизионной системой нарушения в охраняемой зоне система должна быть вновь переведена в режим 1 работы путем выполнения оператором принудительного сброса тревоги.
По отношению к прототипу, выигрыш в световой чувствительности, а, следовательно, и в качестве изображения общего вида, определяется числом n суммируемых кадров накопления. Сама же величина n может быть ограничена лишь динамикой событий на объекте, которые необходимо видеть оператору, но они не должны регистрироваться как тревожные.
Учитывая, что в ночное время уровень возможных и допустимых изменений на охраняемом объекте крайне мал, этот выигрыш в чувствительности может быть достаточно большим, например, до 50 раз. Тогда выбор величины n будет ограничен ростом темновой составляющей в сигнале изображения матрицы ПЗС.
В настоящее время все блоки предлагаемого решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент 2231123 РФ, МПК G08B 13/196, H04N 7/18. Охранная телевизионная система. / В.М.Смелков, Ю.А.Смоляков // БИ - 2004. - №17.
2. Руководство по быстрой установке продукта Aver TV 307 от компании AverMedia TECHNOLOGIES, Inc. (Тайвань).
3. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. - С.-Пб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.
4. Владо Дамьяновски. СТУ. Библия видеонаблюдения, Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.
5. www.avagotech.com
Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в охранных системах контроля, наблюдения и обнаружения подвижных объектов, которые выполнены с использованием фотоприемников в виде матриц приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС) и компьютеров. Техническим результатом является повышение качества изображения общего вида путем увеличения отношения сигнал/шум на выходе матрицы ПЗС первого датчика телевизионного сигнала (ДТС) за счет суммирования в его секции памяти зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции. Технический результат в заявляемой системе достигается тем, что в состав компьютера введена плата видео, в телекамере первый ДТС выполнен на основе матрицы ПЗС с организацией «строчно-кадровый перенос», а введением дополнительного формирователя импульсов для организации тактового питания фотоприемника обеспечено суммирование в секции памяти зарядовых сигналов, накопленных в его фотоприемной секции. В результате для изображения общего вида отношение сигнал/шум увеличивается пропорционально увеличению для них энергии полезного сигнала, т.е. числу складываемых кадров накопления. 4 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.
1. Охранная телевизионная система, которая содержит на передающей стороне телевизионную камеру (телекамеру), состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных входного объектива, светоделителя, двух датчиков телевизионного сигнала (ДТС), выполненных на основе матриц приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС), блока наведения и последовательно соединенных селектора синхроимпульсов и формирователя сигнала рамки, причем первый выход светоделителя является выходом «изображения общего вида» и оптически связан с фотомишенью первого датчика телевизионного сигнала (первого ДТС), а второй выход светоделителя является выходом «изображения увеличенного фрагмента» и оптически связан с фотомишенью второго ДТС, блок наведения, предназначенный для осуществления пространственного позиционирования второго ДТС, и состоящий из первого электропривода, кинематически связанного с первым датчиком положения, и второго электропривода, кинематически связанного со вторым датчиком положения, при этом выход первого датчика положения является первым выходом блока наведения, а выход второго датчика положения - вторым выходом блока наведения, выход первого ДТС подключен к входу селектора синхроимпульсов, первый управляющий вход формирователя сигнала рамки подключен к первому выходу блока наведения, а второй управляющий вход - ко второму выходу блока наведения, причем выход первого ДТС является выходом «видео 1» телекамеры, выход второго ДТС - выходом «видео 2» телекамеры, а выход формирователя сигнала рамки - выходом сигнала «рамка» телекамеры, на приемной стороне телевизионной системы расположен персональный компьютер, а между телекамерой и компьютером - линия связи, состоящая из пяти жил кабеля, по трем из которых выполняется соединение выхода сигнала «видео 1» телекамеры с входом «видео 1» на компьютере и соответственно выхода сигналов для команд наведения «Вправо/Влево» и «Вверх/Вниз» на компьютере с входами этих сигналов в телекамере, отличающаяся тем, что первый ДТС телекамеры выполнен на основе матрицы ПЗС с организацией «строчно-кадровый перенос», а второй ДТС - на основе матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», при этом в состав первого ДТС дополнительно введен формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий в секции памяти матрицы ПЗС суммирования зарядовых пакетов, сформированных в фотоприемной секции, при этом по двум другим жилам кабеля линии связи выполняется соединение выходов сигналов «видео 2» и «рамка» телекамеры с соответствующими входами на компьютере, а в разъем расширения на материнской плате компьютера дополнительно установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной компьютера и предназначенная для преобразования первого и второго входных аналоговых видеосигналов в цифровую форму, ввода цифрового видеосигнала «видео 1» в оперативную память с периодом nТк и вывода из нее с периодом Тк, где Тк - длительность кадра, n - число суммируемых кадров, ввода/вывода цифрового видеосигнала «видео 2» с периодом Тк, выполнения микширования выходного цифрового видеосигнала «видео 1» с сигналом «рамка», выполнения межкадрового сравнения выходного цифрового видеосигнала «видео 2» и формирования сигнала «тревога» при обнаружении порога межкадровой разницы, причем выход видеосигнала платы видео является выходом сигнала изображения телевизионной системы.
2. Телевизионная система по п.1, отличающаяся тем, что светоделитель телекамеры содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало, коллективную линзу, отражающее зеркало и дополнительный объектив, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала, первый выход светоделителя - с выходом дополнительного объектива, а второй выход светоделителя - со вторым выходом полупрозрачного зеркала.
3. Телевизионная система по п.1, отличающаяся тем, что устанавливаемая в разъем расширения на материнской плате компьютера плата видео формирует дополнительно сигнал «окошка», а по нему - видеосигнал комбинированного изображения, составляющими которого являются цифровые видеосигналы «видео 1» и «видео 2».
4. Телевизионная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве входного объектива телекамеры используется широкоугольный объектив, а в компьютере осуществляется коррекция геометрических искажений, вносимых объективом в аналоговые сигналы изображения «видео 1» и «видео 2».
5. Телевизионная система по п.1, или по п.2, или по п.3, или по п.4, отличающаяся тем, что формирователь импульсов (ФИ) первого ДТС телекамеры выполнен в составе большой интегральной схемы (БИС) временного контроллера.
| ОХРАННАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА | 2000 |
|
RU2231123C2 |
| ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КАМЕРА С СЕЛЕКТИВНЫМ МАСШТАБИРОВАНИЕМ | 2000 |
|
RU2199828C2 |
| ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КАМЕРА С СЕЛЕКТИВНЫМ МАСШТАБИРОВАНИЕМ | 1999 |
|
RU2171014C2 |
| US 6128396 A1, 03.10.2000 | |||
| US 6140914 A1, 31.10.2000. | |||
