КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ПАНОРАМНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ Российский патент 2015 года по МПК H04N7/18 

Предлагаемое изобретение является техническим решением по категории «устройство» и имеет отношение к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой 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.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом телевизионная камера состоит из последовательно расположенных и оптически связанных панорамного объектива и датчика цифрового телевизионного сигнала, который содержит в своем составе твердотельный фотоприемник с прямоугольной мишенью и блок фотоприемника, обеспечивающий прогрессивную прямоугольную развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе телевизионной камеры цифрового телевизионного сигнала, а в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

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

Недостаток прототипа компьютерной системы панорамного наблюдения - избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером и ограниченная чувствительность устройства.

Для датчика цифрового телевизионного сигнала прототипа ее важнейший компонент - фотоприемник, который является матрицей, выполненной по технологии приборов с зарядовой связью (матрицей ПЗС) [2]. Она имеет прямоугольную форму мишени и содержит на общем кристалле фотоприемную секцию, выходной горизонтальный регистр и преобразователь «заряд-напряжение» (БПЗН). Такая схемотехническая организация матричного фотоприемника на ПЗС получила первоначальное название «межстрочный перенос» [2, с. 167]. В последнее время эту организацию матрицы ПЗС чаще упрощенно называют «строчный перенос» (см. например [3, с. 135]).

Фотоприемная секция такого матричного сенсора обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве которых используются фотодиоды, организованные в линейки столбцов. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗС-регистр сдвига, отделенный от фотодиодов фотозатвором. В интервале прямого хода кадровой развертки, когда на фотозатвор подается низкий уровень напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами и вертикальным ПЗС-регистром, происходит накопление зарядовых пакетов. По окончании накопления на фотозатвор кратковременно (в интервале обратного хода по кадру) подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах. В последующем интервале прямого хода по кадру зарядовые пакеты из вертикальных ПЗС-регистров переносятся (в интервалах обратного хода строчной развертки) строка за строкой вниз по направлению к горизонтальному выходному регистру. Каждая зарядовая строка изображения затем поэлементно считывается через БПЗН, образуя на выходе «видео» фотоприемника электрический видеосигнал.

Сенсор прототипа, являющийся матрицей ПЗС, формирует видеосигнал монохромного (черно-белого) или цветного изображения.

Недостаток матричного фотоприемника для телевизионной камеры панорамного наблюдения заключается в том, что его организация с выполнением прямоугольной формы мишени не является благоприятной (оптимальной) применительно к кольцевому оптическому изображению контролируемой сцены, которую формирует панорамный объектив.

Обоснованием этого утверждения служит необходимость иметь для фотоприемника большое число элементов (пикселов) по горизонтали и вертикали, т.е. видеосенсор должен обладать высокой информационной емкостью.

Это следует из того, что для исключения потерь по углу места в оптическом панорамном изображении на входе, следует вписать его полностью в прямоугольник мишени матрицы ПЗС.

При этом значительная часть пикселов матрицы является бесполезной, т.к. не несет информации о наблюдаемом сюжете, но принудительно используется при формировании видеосигнала в телевизионной камере.

Матрица ПЗС имеет одинаковые геометрические размеры для ее составляющих пикселов, а поэтому для такого фотоприемника чувствительность по всей площади оптического кольцевого изображения является априори одинаковой.

Датчик цифрового телевизионного сигнала прототипа, выполненный на базе монохромной или цветной матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос», содержит в своем составе фотоприемник, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, горизонтального регистра и БПЗН; генератор управляющих импульсов, состоящий из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и второго ПУ; а также последовательно соединенных сигнального процессора и аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем управляющий вход фотоприемной области матрицы ПЗС подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход горизонтального регистра матрицы ПЗС - к выходу второго ПУ, а выход БПЗН матрицы ПЗС - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией¹ (¹ Видеосигнал, формируемый в сигнальном процессоре по выходу управления экспозицией, обеспечивает управление чувствительностью телевизионной камеры за счет регулировки времени накопления зарядов) которого подключен к управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход - к входу второго ПУ, третий выход - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход - к тактовому входу АЦП.

Отметим, что для матрицы ПЗС прототипа, формирующей видеосигнал цветного изображения, предусмотрен встроенный цветной мозаичный фильтр, который накрывает ее фотоприемную секцию. Мозаичный фильтр разделяет свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, см., например [3, с. 154-155].

Задачей изобретения является оптимизация устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения путем устранения избыточной полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером за счет использования для фотоприемника кристалла мишени в форме кругового кольца, а также обеспечение повышенной чувствительности устройства путем реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера.

Поставленная задача в заявляемой компьютерной системе панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что в устройство прототипа [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров пользователей, при этом телевизионная камера, обеспечивая развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе цифрового телевизионного сигнала, содержит датчик телевизионного сигнала (ДТС), в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив и фотоприемник на ПЗС, состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, горизонтального (выходного) регистра и БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а для цветного сенсора в отличие от монохромного фотоприемная область дополнительно накрыта мозаичным цветным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входит также генератор управляющих импульсов и последовательно соединенные сигнальный процессор и АЦП, выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области, второй выход генератора управляющих импульсов - к управляющим входам выходного регистра фотоприемника, третий выход генератора управляющих импульсов - к входу синхронизации сигнального процессора, а четвертый выход генератора управляющих импульсов - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к управляющему входу генератора управляющих импульсов; в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая БПКП, вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), а само это преобразование выполняется программным путем, реализуются следующие изменения, а именно: фотоприемник телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, выходной регистр фотоприемника по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии, мозаичный цветной фильтр, накрывающий фотоприемную область цветного сенсора, является «кольцевым» по форме и имеет световые «окна», совпадающие с геометрическими размерами пикселов фотоприемной области, а генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, при этом телевизионная камера формирует не «прямоугольный», а «кольцевой» растр изображения, в состав телевизионной камеры введены коммутатор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход - к информационному входу сигнального процессора, и блок механического сканирования ДТС, кинематически связанный с блоком ДТС, причем первый управляющий вход коммутатора подключен к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, шестой выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом блока механического сканирования ДТС, - к входу внешнего управления телевизионной камерой, при этом в качестве сервера используется компьютер оператора системы, в котором формируются команды внешнего управления телевизионной камерой, обеспечивающие ее работу в двух режимах работы «Камера» и «Сканер».

Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения отличается реализацией телевизионной камеры, которая максимально приспособлена (оптимизирована) к оптическому изображению панорамного сюжета.

По отношению к прототипу [1] заявляемая телевизионная камера отличается геометрической формой выполнения фотоприемника, а также мозаичного цветного фильтра для цветного варианта сенсора, обеспечивающего реализацию нового («кольцевого») растра изображения при сохранении ПЗС-технологии изготовления сенсора и, что не менее важно, при сохранении требуемых для матрицы ПЗС (с такой же информационной емкостью) сигналов управления.

В состав телевизионной камеры введены и новые блоки, а именно: коммутатор и блок механического сканирования ДТС, которые обеспечивают для нее дополнительно режим сканера, реализующий повышенную чувствительность системы в целом.

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

В заявляемом решении от фотоприемника не требуется чрезмерно высокая информационная емкость, сокращается и избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером.

Благодаря введению в состав телевизионной камеры коммутатора и блока механического сканирования ДТС в ней дополнительно реализуется режим работы с «кольцевым» однострочным фотоприемником, т.е., по сути, режим работы оригинального сканера.

Увеличенная площадь пикселов в этом сканере обеспечивает и повышенную чувствительность сенсора, а, следовательно, и системы в целом. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - 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 для цветного варианта сенсора; на фиг. 4, по данным [4], 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 - размещение телевизионной камеры для контроля внутреннего состояния трубы; на фиг. 8 - электрическая схема коммутатора телевизионной камеры; на фиг. 9 - временные диаграммы, поясняющие работу телевизионной камеры в режиме сканера; на фиг. 10 - эпюра управляющего сигнала (сигнала синхронизации), поясняющая работу блока механического сканирования ДТС.

Заявляемая компьютерная система о панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и компьютер 2 оператора в качестве сервера, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, причем телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, выполняющая программным путем запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера и преобразование «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (1), сама телевизионная камера 1 содержит ДТС 1-1, в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1-1 и фотоприемник 1-1-2, который имеет форму кругового кольца, см. фиг. 2, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области 1-1-2-1 расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру 1-1-2-2, оканчивающемуся БПЗН 1-1-2-3, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а фотоприемная область для цветного варианта сенсора 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; выход БПЗН фотоприемника 1-1-2-3 подключен через коммутатор 1-2 к информационному входу сигнального процессора 1-4, соединенному последовательно с АЦП 1-5; выход управления экспозицией сигнального процессора 1-4 подключен к управляющему входу блока 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала, первый выход которого подключен к управляющим входам фотоприемной области фотоприемника 1-1-2-1, второй выход блока 1-3 - к управляющим входам «кольцевого» регистра фотоприемника 1-1-2-2, третий выход блока 1-3 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-4, четвертый выход блока 1-3 - к тактовому входу АЦП 1-5, пятый выход блока 1-3 - к первому управляющему входу коммутатора 1-2, а шестой выход блока 1-3 - к входу синхронизации блока 1-6 механического сканирования ДТС, при этом второй управляющий вход коммутатора 1-2 объединен с управляющим входом блока 1-6 механического сканирования ДТС и подключен к входу внешнего управления телевизионной камерой, на который поступают команды, обеспечивающие ее работу в режимах «Камера» и «Сканер», причем блок 1-6 механического сканирования кинематически связан с ДТС 1-1, а выход АЦП 1-5 является выходом телевизионной камеры.

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

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 1-1-2-2.

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).

Отметим, что именно этот принцип реализован в конструкции мозаичного фильтра для фотоприемника в широко распространенных цветных одноматричных телевизионных камерах, см., например, [3, с. 155].

В заявляемом решении для «кольцевого» ПЗС-фотоприемника цветного изображения используется режим накопления поля, т.е. длительность экспозиции для всех светочувствительных пикселов фотомишени 1-1-2-1 составляет 20 мс.

Рассмотрим некоторые подробности реализации цветного сенсора.

Аналогично режиму, применяемому в одноматричных цветных камерах, здесь перед считыванием в «кольцевом» регистре 1-1-2-2 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: (M_g+C_y), (G+Y_e), (M_g+C_y), (G+Y_e) и так далее.

Вторая строка: попарные отсчеты: (C_y+G), (Y_e+M_g), (C_y+G), (Y_e+M_g) 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 аналогичному в [3, с. 155] алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка по времени на элемент разложения «кольцевого» поворота и суммирование попарных отсчетов:

Коэффициент Ѕ в формуле (2) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах. Очевидно, что выражение (2) можно представить так:

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

Аналогично представим выражение (4) в основных цветах:

Выражения (3) и (5) 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:

B-Y=(G+Y_e)-(M_e+C_y)=[(G+G+R)-(R+B+G+B)]=-[2B-G].

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

R-Y=(M_g+Y_e)-(G+C_y)=[(R+B+G+R)-(G+G+B)]=2R-G.

Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL точно так же, как это выполняется в одноматричных цветных телевизионных камерах с мозаичным фильтром. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.

Необходимо отметить, что, как для монохромного, так и для цветного сенсора телевизионной камеры, площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии. Это означает, что для заявляемого решения имеет место существенное увеличение видеосигнала и соответственно отношения сигнал/шум на участках периферийной области мишени. Наибольшую площадь пикселов имеет «кольцевая» строка, которая ближе всех остальных строк расположена по отношению к «кольцевому» регистру фотоприемника. Очевидно, что это первая «кольцевая» строка сенсора.

С технологической точки зрения вполне оправдано, что для нового «кольцевого» фотоприемника телевизионной камеры электроды переноса в фотоприемной области 1-1-2-1 и в «кольцевом» регистре 1-1-2-2, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра выполняются с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.

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

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

Сигнальный процессор 1-4, блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала и АЦП 1-5 выполнены с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции. Этот комплект является универсальным, т.е. может быть использован, как для монохромного фотоприемника, так и для цветного сенсора.

Коммутатор 1-2 предназначен для выделения аналогового видеосигнала первой «кольцевой» строки при работе заявляемого устройства в режиме «Сканер».

Как показано на фиг. 8, электрическая схема коммутатора 1-2 может быть выполнена на базе двух логических элементов интегральных микросхем, а именно: коммутатора (DA1) и элемента «И-НЕ» (DD1).

На управляющий вход блока 1-2 подается сигнал с выхода блока 1-3, представленный на фиг. 9а. Этот сигнал следует с периодом кадров (T_к), а интервал низкого уровня в нем соответствует длительности строки (Т_с).

С внешнего входа телевизионной камеры на другой вход блока 1-2 поступает команда, характеристика которой представлена в табл.1, в эпюре - на фиг. 9б.

В режиме «Камера» элемент DA1 находится постоянно в замкнутом состоянии. Поэтому видеосигнал с выхода ДТС 1-1 без изменений поступает на информационный вход сигнального процессора 1-4, см. фиг. 9в. Эта эпюра показывает фотоэлектрическое преимущество первой строки сенсора по отношению ко всем остальным его строкам.

В режиме «Сканер» элемент DA1 замыкается только на время первой «кольцевой» строки каждого кадра, см. фиг. 9г.

Блок 1-6 предназначен для выполнения в режиме «Сканер» пошагового перемещения ДТС 1-1 с интервалом по расстоянию, равным ширине одной «кольцевой» строки фотоприемника 1-1-2.

Когда ДТС 1-1 находится в статичном (неподвижном) состоянии, осуществляется накопление сигнала изображения в фотоприемнике 1-1-2 и запись цифрового видеосигнала текущей первой строки в оперативную память сервера 2. Затем осуществляется перемещение ДТС 1-1, накопление сигнала изображения для последующей строки кадра, которая становится в этой ситуации уже первой, и запись ее в оперативную память сервера 2. Далее процесс повторяется. Время одного акта неподвижного состояния и перемещения ДТС 1-1, см. фиг. 10, составляет mT_к, где m - коэффициент, равный 10…50.

Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом.

Рассмотрим эту работу на примере визуального контроля технического состояния трубы 4, см. фиг. 7, при помощи телевизионной камеры 1, которая размещается внутри трубы и при помощи рельсового механизма (он не показан) может перемещаться вдоль нее.

При включении питания заявляемая компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения начинает работать (по умолчанию) в режиме «Камера», т.е. на внешнем входе телевизионной камеры 1 присутствует сигнал логического «0».

Панорамный объектив 1-1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение наблюдаемой сцены, проецируя его на мишень 1-1-2-1 фотоприемника.

В результате фотоэлектрического и последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал монохромного или цветного изображения в зависимости от установленного «кольцевого» сенсора.

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

В этом случае оперативная память сервера 2, куда записывается панорамное цветное изображение, содержит 6 областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра.

Далее, как и в прототипе, в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.

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) оператору компьютера 2.

Предположим, что оператора компьютера 2 заинтересовал фрагмент наблюдаемого изображения, в котором имеет место подозрение на технологический дефект трубы, а поэтому желательно рассмотреть его при повышенном отношении сигнал/шум.

Тогда оператор переводит телевизионную камеру 1 в режим «Сканер», устанавливая на ее внешнем входе сигнал логической «1».

В этом режиме в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал первой «кольцевой» строки фотоприемника 1-1-2 при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину пиксела этой строки. Т.к. пикселы данной строки обладают наибольшей площадью, по отношению к пикселам остальных «кольцевых» строк фотоприемника, этот видеосигнал записи будет гарантировать увеличение отношения сигнал/шум по всей ширине кадра для всей контролируемой в настоящий момент внутренней поверхности трубы.

Необходимое время «сканерной» записи всего «кольцевого» кадра составляет десятки и более секунд, но оно вполне оправдано предлагаемой технологией проведения работы и достигаемым эффектом повышения чувствительности изображения.

«Кольцевой» кадр, полученный при помощи «сканерной» записи, преобразуется далее в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 6) на компьютеры 3 операторам локальной вычислительной сети точно так же, как и в прототипе.

В настоящее время все элементы структурной схемы компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2371880. МПК H04N 7/00. Способ панорамного телевизионного наблюдения и устройство для его осуществления. / В.М. Смелков // БИ - 2009. - №30.

2. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Перевод с англ. - М.: «Мир», 1985.

3. Владо Дамьяновски. CTV. Библия видеонаблюдения, Цифровые и сетевые технологии. / Перевод с англ. М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.

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

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи 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 устранение избыточной полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером. Результат достигается путем использования для фотоприемника кристалла мишени в форме кругового кольца, а также обеспечение повышенной чувствительности устройства путем реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера. 4 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

1. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью, содержащая последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров пользователей, при этом телевизионная камера, обеспечивая развертку аналогового видеосигнала фотоприемника и формирование на выходе цифрового телевизионного сигнала, содержит датчик телевизионного сигнала (ДТС), в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные объектив и фотоприемник, выполненный на основе технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области горизонтального (выходного) регистра и преобразователя «заряд-напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, в состав телевизионной камеры входит также генератор управляющих импульсов и последовательно соединенные сигнальный процессор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем первый выход генератора управляющих импульсов подключен соответственно к управляющим входам фотоприемной области, второй выход генератора управляющих импульсов - к управляющим входам выходного регистра фотоприемника, третий выход генератора управляющих импульсов - к входу синхронизации сигнального процессора, четвертый выход генератора управляющих импульсов - к тактовому входу АЦП, выход управления экспозицией сигнального процессора подключен к управляющему входу генератора управляющих импульсов, в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, отличающаяся тем, что генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, а телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного или цветного изображения, при этом фотоприемник монохромной телевизионной камеры имеет форму кругового кольца, у которого линейки светочувствительных и линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, выходной регистр фотоприемника по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области равно числу элементов в «кольцевом» регистре, а площадь каждого пиксела фотоприемной области увеличивается по мере движения к внешней периферии, а фотоприемник цветной телевизионной камеры состоит из монохромного сенсора и накрывающего его фотоприемную область цветного мозаичного фильтра, который разделяет свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, причем световые «окна» цветного мозаичного фильтра, имеющего «кольцевую» форму, совпадают с геометрическими размерами пикселов фотоприемной области, при этом в состав телевизионной камеры введены коммутатор, информационный вход которого подключен к выходу БПЗН фотоприемника, а выход - к информационному входу сигнального процессора, и блок механического сканирования ДТС, кинематически связанный с блоком ДТС, причем первый управляющий вход коммутатора подключен к пятому выходу блока «кольцевой» развертки видеосигнала, шестой выход которого подключен к входу синхронизации блока механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом блока механического сканирования ДТС, - к входу внешнего управления телевизионной камерой, при этом в качестве сервера используется компьютер оператора системы, в котором формируются команды внешнего управления телевизионной камерой, обеспечивающие ее работу в двух режимах работы «Камера» и «Сканер».

2. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что электроды переноса фотоприемной области и «кольцевого» регистра фотоприемника, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что коммутатор телевизионной камеры выполнен в составе сигнального процессора.

4. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что блок механического сканирования выполнен в составе ДТС.

5. Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что команды внешнего управления телевизионной камерой формируются в составе платы видео компьютера оператора.