УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО КРУГОВОГО ОБЗОРА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ И ТРУБОПРОВОДОВ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА Российский патент 2016 года по МПК H04N7/00 H04N5/225 

Предлагаемое изобретение имеет отношение к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи монохромной (черно-белой) 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 [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, управления 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.

Устройство прототипа потенциально обладает возможностью реализовать контроль состояния внутренней поверхности труб и трубопроводов большого диаметра путем организации кругового обзора.

Недостаток прототипа компьютерной системы - избыточная полоса пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером и ограниченная разрешающая способность формируемого изображения. Для датчика цифрового телевизионного сигнала прототипа известно техническое решение ее важнейшего компонента - фотоприемника [2], имеющего прямоугольную форму мишени, который выполнен по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и содержит на общем кристалле фотоприемную секцию, выходной горизонтальный регистр сдвига 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 сдвига. 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.

Недостаток матричного фотоприемника для телевизионной камеры прототипа 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 высокое 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 следует вписать его полностью в прямоугольник мишени матрицы ПЗС.

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

Датчик цифрового телевизионного сигнала прототипа, выполненный на базе черно-белой 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 экспозицией (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.

Задачей изобретения является оптимизация полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером за счет использования для фотоприемника кристалла мишени в форме кругового кольца, а также обеспечение повышенной разрешающей способности формируемого изображения путем реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера с увеличенным числом элементов (пикселов).

Поставленная задача в заявляемом устройстве компьютерной системы для телевизионного кругового обзора 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, 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, выполненный на ПЗС и состоящий из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, выходного регистра и 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 (1), а само это преобразование выполняется программным путем, реализуются следующие изменения, а именно: телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного (черно-белого) изображения, при этом фотоприемник телевизионной камеры имеет форму 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 различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в «кольцевом» выходном регистре, при этом генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, а 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 механического сканирования ДТС, а второй управляющий вход коммутатора, объединенный с управляющим входом 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 «Камера» и «Сканер».

По отношению к прототипу [1] заявляемое устройство отличается геометрической формой выполнения фотоприемника, обеспечивающего реализацию нового («кольцевого») растра изображения при сохранении ПЗС-технологии изготовления сенсора и, что не менее важно, при сохранении требуемых для матрицы ПЗС сигналов управления.

В состав телевизионной камеры введены и новые блоки, а именно: коммутатор и блок механического сканирования ДТС.

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

Количество элементов в «кольцевом» регистре нового фотоприемника принципиально превосходит горизонтальное число пикселей для матрицы ПЗС, которая по вертикали вписана в диаметр этого сенсора.

В телевизионной камере предлагаемого устройства реализуется режим работы с «кольцевым» однострочным фотоприемником, содержащим увеличенное число пикселов, т.е. по сути, режим работы оригинального сканера, реализующий повышенную разрешающую способность формируемого изображения.

Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого изобретения - устройства компьютерной системы для телевизионного кругового обзора; на фиг. 2 - структурная схема телевизионной камеры из состава компьютерной системы; на фиг. 3 - схемотехническая организации фотоприемника телевизионной камеры; на фиг. 4 - фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 5, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 6 показана конструкция «кольцевого» регистра фотоприемника, у которого электроды переноса выполнены в виде части кругового кольца; на фиг. 7 схематически показано содержимое оперативной памяти сервера, где записано кольцевое панорамное изображение, воспринимаемое фотоприемником, когда каждая «кольцевая» строка при записи «разбита» на шесть составляющих; на фиг. 8 - предлагаемое оператору это панорамное изображение в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 9 - электрическая схема коммутатора телевизионной камеры; на фиг. 10 - временные диаграммы, поясняющие работу телевизионной камеры в режиме сканера; на фиг. 11 - эпюра управляющего сигнала (сигнала синхронизации), поясняющая работу блока механического сканирования ДТС; на фиг. 12 - иллюстрация геометрических соотношений для мишени фотоприемника, имеющей «прямоугольную» и «кольцевую» форму.

Заявляемое устройство компьютерной системы телевизионного кругового обзора внутренней поверхности цилиндрических труб и трубопроводов большого диаметра, см. фиг. 1, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и компьютер 2 в качестве сервера, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, причем телевизионная камера, размещаемая внутри контролируемой цилиндрической трубы 4 большого диаметра, формирует «кольцевой» растр черно-белого 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, см. фиг. 2, содержит ДТС 1-1, в состав которого входят последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1-1 и фотоприемник 1-1-2, имеющий форму кругового кольца, см. фиг. 3, 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, выходной регистр фотоприемника 1-1-2-2 по форме является «кольцевым», причем число элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в «кольцевом» регистре; выход БПЗН 1-1-2-3 фотоприемника подключен через коммутатор 1-2 к информационному входу сигнального процессора 1-4, соединенному последовательно с АЦП 1-5; выход управления экспозицией сигнального процессора 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.

Заявляемая организация фотоприемника 1-2, см. фиг. 3…4, с мишенью в виде кругового кольца может быть реализована по технологии ПЗС.

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 выполняются с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.

В качестве примера на фиг. 6 показана конструкция «кольцевого» регистра 1-1-2-2 для фотоприемника с такими электродами переноса.

Важно отметить, что длина внешней окружности нового «кольцевого» фотоприемника с внешним радиусом R (см. фиг. 12), мишень которого вписана в вертикальный размер матрицы ПЗС с форматом: l/h=4/3, превосходит размер по горизонтали для «прямоугольного» сенсора на величину, равную 3/4×π.

Это означает, что при одинаковой величине площади пиксела выигрыш в их количестве составляет показатель, который не менее 2,5 раз.

Панорамный объектив 1-1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе, предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора («кольцевого» изображения), но по величине фокусного расстояния он должен быть отнесен к классу короткофокусных.

В качестве близкого примера его технического решения можно считать 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. 5. 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 фотоприемника в пользу кругового кольца.

Сигнальный процессор 1-4, блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала и АЦП 1-5 целесообразно реализовать с использованием комплекта специализированных микросхем высокого уровня интеграции.

Коммутатор 1-2 предназначен для выделения аналогового видеосигнала первой «кольцевой» строки при работе заявляемого устройства в режиме «Сканер». Как показано на фиг. 9, 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. 10а. Этот сигнал следует с периодом кадров (Т_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, характеристики которой представлены в табл. 1, а эпюры - на фиг. 10б.

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. 10в.

В режиме «Сканер» элемент DA1 замыкается только на время первой «кольцевой» строки каждого кадра, см. фиг. 10г.

Очевидно, что при практической реализации заявляемого изобретения команды внешнего управления телевизионной камерой могут быть сформированы на плате видео в составе компьютера 2 оператора, а блок 1-2 может быть выполнен в составе сигнального процессора 1-4.

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, а потом выполняется накопление сигнала изображения 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. 11) составляет mТ_к, где m - коэффициент, равный 10…50.

Очевидно, что блок 1-6 может быть объединен с ДТС 1-1, т.е. выполнен в его составе.

Устройство компьютерной системы для телевизионного кругового обзора (см. фиг. 1) работает следующим образом.

Телевизионная камера 1 размещается внутри трубы 4 по центру в ее сечении, а при помощи рельсового механизма (он не показан) может перемещаться вдоль нее.

При включении питания заявляемое устройство по умолчанию начинает работать в режиме «Камера», т.е. на внешнем входе телевизионной камеры 1 присутствует сигнал логического «0» (см. табл. 1).

Панорамный объектив 1-1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение внутренней поверхности трубы 4, проецируя его на мишень фотоприемника 1-1-2 телевизионной камеры 1.

Фотоприемник 1-1-2 (см. фиг. 3…4) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-1-2-1 с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре 1-1-2-2 и формированием на выходе БПЗН 1-1-2-3 напряжения 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 строчной развертки новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-1-2-2.

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

Допустим, что текущий угол поля зрения (γ_г) предъявляемого панорамного 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 изображение, содержит 6 областей входного видеосигнала текущего «кольцевого» кадра.

Но каждый из этих массивов памяти заполнен видеоинформацией неравномерно из-за различного числа пикселов, расположенных на «кольцевых» строках мишени. Как показано на фиг. 7, светлые области каждого из массивов иллюстрируют активные (занятые) ячейки памяти, а темные области - пассивные (свободные) ячейки памяти.

Все занятые горизонтальные ячейки памяти соответствуют «кольцевой» строке, расположенной на самой внешней периферии мишени, а минимально занятые горизонтальные ячейки памяти - «кольцевой» строке, находящейся ближе всех остальных к воображаемому центру кругового кольца.

Далее, как и в прототипе, в сервере 2 при помощи элемента БГЖП, 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.

Поэтому цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 8) оператору компьютера 2.

Отметим, что предлагаемые оператору в режиме «Камера» телевизионные изображения принципиально включают в свой состав так называемые «черные» строки, которые не несут информации об объекте контроля, а сообщают об уровне темного тока фотоприемника. Но они в заявляемом решении рассматриваются как промежуточные изображения, позволяющие оператору осуществить предварительный просмотр объекта и обнаружить участок трубы с подозрением на технологический дефект.

Если оператор компьютера 2 обнаружил такой объект, то он может рассмотреть его при повышенном разрешении в другом режиме работы заявляемого устройства.

Тогда оператор переводит телевизионную камеру 1 в режим «Сканер» путем установки на ее внешнем входе сигнала логической «1» (см. табл. 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. Этот видеосигнал записи будет гарантировать увеличенное разрешение по всей ширине кадра для всей контролируемой в настоящий момент внутренней поверхности трубы 4. Необходимое время «сканерной» записи всего «кольцевого» кадра составляет десятки и более секунд.

Но оно вполне оправдано предлагаемой технологией проведения работы и достигаемым эффектом повышения разрешающей способности изображения.

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

Однако в этом изображении все пикселы фотоприемника несут информацию о передаваемом сюжете, следовательно, нет и избыточной полосы пропускания видеотракта от телевизионной камеры до сервера. А полоса пропускания будет оптимизирована по требуемому показателю разрешающей способности получаемого изображения.

После завершения «сканерной» записи «кольцевого» кадра дефектного участка внутренней поверхности трубы 4 телевизионная камера 1 автоматически переходит в режим работы «Камера».

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы для телевизионного кругового обзора освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предполагаемое 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 // Б.И. - 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 // Б.И. - 2002. - №20.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи монохромной (черно-белой) 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 оптимизация полосы пропускания канала связи телевизионной камеры с сервером с обеспечением при этом повышенной разрешающей способности формируемого изображения. Результат достигается за счет использования для фотоприемника кристалла мишени в форме кругового кольца и реализации в телевизионной камере дополнительной функции сканера с увеличенным числом элементов. 4 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

1. Устройство компьютерной системы для телевизионного кругового обзора внутренней поверхности труб и трубопроводов большого диаметра, 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, 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, отличающееся тем, что телевизионная камера формирует «кольцевой» растр монохромного (черно-белого) изображения, при этом 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 различно и увеличивается по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, равной числу элементов в «кольцевом» регистре, при этом генератор управляющих импульсов телевизионной камеры является блоком «кольцевой» развертки видеосигнала, а 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. Устройство компьютерной системы по п. 1, отличающееся тем, что электроды переноса фотоприемной области и «кольцевого» выходного регистра для сенсора телевизионной камеры выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Устройство компьютерной системы по п. 1, отличающееся тем, что коммутатор телевизионной камеры выполнен в составе сигнального процессора.

4. Устройство компьютерной системы п. 1, отличающееся тем, что блок механического сканирования выполнен в составе ДТС.

5. Устройство компьютерной системы по п. 1, отличающееся тем, что команды внешнего управления телевизионной камерой формируются в составе платы видео компьютера оператора.