Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения Российский патент 2019 года по МПК H04N7/00 

Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей круговой обзор в сферической области пространства, занимающей два противоположно расположенных шаровых слоя. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном масштабе времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Сенсорный блок этой телевизионной камеры состоит из двух фотоприемников, изготовленных по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), которые имеют форму мишени в виде кругового кольца.

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 в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, сенсорный блок, содержащий первый и второй фотоприемники, причем первый панорамный объектив оптически связан с первым фотоприемником, а второй панорамный объектив - со вторым фотоприемником; в состав телевизионной камеры также входят блок «кольцевой» развертки сенсора, первый сигнальный процессор, второй сигнальный процессор, блок формирования апертуры (БФА) и последовательно соединенные между собой мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого является выходом телевизионной камеры, причем управляющие входы первого и второго фотоприемника сенсорного блока подключены соответственно к выходам импульсных напряжений блока «кольцевой» развертки сенсора, выход первого фотоприемника - к информационному входу первого сигнального процессора, а выход второго фотоприемника - к информационному входу второго сигнального процессора, вход служебных импульсов которого объединен с входом служебных импульсов первого сигнального процессора и подключен к соответствующему выходу блока «кольцевой» развертки сенсора, первый управляющий вход которого подключен к выходу управления первого сигнального процессора, второй управляющий вход блока «кольцевой» развертки сенсора - к выходу управления второго сигнального процессора, выход импульсов сброса блока «кольцевой» развертки - к информационному входу БФА, синхронизирующий вход которого - к соответствующему входу блока «кольцевой» развертки, а выход БФА - к третьему управляющему входу блока «кольцевой» развертки, причем выход первого сигнального процессора подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход второго сигнального процессора - ко второму информационному входу мультиплексора, вход синхронизации которого подключен к выходу кадровых синхроимпульсов (КСИ) блока «кольцевой» развертки сенсора, при этом первый и второй фотоприемники сенсорного блока выполнены по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) в виде кругового кольца, а каждый из них содержит на общем кремниевом кристалле фотоприемную область (мишень) и выходной «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем линейки светочувствительных и чередующиеся с ними линейки экранированных от света элементов фотоприемной области расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени фотоприемника одинаково и равно числу элементов в его «кольцевом» регистре сдвига, причем площадь светочувствительных элементов и соответственно площадь экранированных элементов на «кольцевых» мишенях первого и второго фотоприемников от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела их «кольцевого» регистра сдвига, при этом период управляющих импульсов Т_r, формируемых на выходе БФА определяется соотношением:

где Т_p - период считывания элемента в первом и втором «кольцевых» фотоприемниках;

n_m - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в каждом из «кольцевых» фотоприемников, равна отношению:

где Δ₁ - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;

Δ_m - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике,

при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера и выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память и преобразование «кольцевых» кадров первого и второго каналов в «прямоугольные» кадры при помощи первого и второго блоков этого наименования (БПКП), входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оперативной памяти сервера, а выходы - к выходу «сеть» сервера, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

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

Для прототипа предполагается наличие следующих признаков:

считывание «кольцевого» кадра из оперативной памяти сервера при помощи n «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (3), реализуется в режиме компьютерной программы - «Последовательный обзор панорамного сюжета»;

в состав платы видео сервера дополнительно входит блок электрического вписывания изображения (БЭВИ), который аналогично более позднему изобретению автора [2], осуществляет программным путем вложение (вставку) «кольцевого» кадра телевизионной камеры в «прямоугольный» растр компьютерного монитора в режиме компьютерной программы - «Наблюдение панорамного сюжета полностью (целиком)».

Недостаток прототипа - ограниченная степень интеграции телевизионной камеры из-за применяемой технологии ПЗС для изготовления ее «кольцевого» сенсора, принципиально не позволяющей разместить на кристалле первого и второго фотоприемников электронное «обрамление» для каждого из них. Здесь под этим термином конкретно подразумевается блоковая совокупность телевизионной камеры, включающая в себя блок «кольцевой» развертки сенсора, БФА, первый сигнальный процессор, второй сигнальный процессор и АЦП.

Задачей изобретения является повышение степени интеграции телевизионной камеры за счет выполнения фотоприемников «кольцевого» сенсора по технологии КМОП и с размещением на их кристаллах необходимого электронного «обрамления».

Поставленная задача в заявляемом устройстве системы панорамного телевизионного наблюдения решается тем, что, как и в устройстве прототипа, содержащем последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая первый и второй БПКП, а также БЭВИ и выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память, а в режиме «Последовательный обзор панорамного сюжета» - преобразование первого и второго «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры при помощи первого и второго БПКП, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оперативной памяти сервера, а выходы - к выходу «сеть» сервера, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (3), причем в сервере при переводе компьютерной системы в режим «Наблюдение панорамного сюжета полностью» выполняется переключение выходов первого и второго блоков оперативной памяти на кадр соответственно на первый и второй входы БЭВИ, а его выхода - на выход «сеть» сервера, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, сенсорный блок, содержащий первый и второй фотоприемники, причем первый панорамный объектив оптически связан с первым фотоприемником, а второй панорамный объектив - со вторым фотоприемником, а также мультиплексор, причем первый и второй фотоприемники сенсорного блока выполнены в виде кругового кольца, а каждый из них содержит линейки светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени фотоприемников одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии, но при этом, в отличие от прототипа [1], каждый из фотоприемников сенсора выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке фотоприемника, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения,

при этом выход «видео» первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора, а выход «видео» второго фотоприемника сенсорного блока - ко второму информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры.

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

Важно отметить следующее. Светочувствительная площадь пикселов «кольцевой» мишени фотоприемников сенсорного блока, как и для прототипа [1], от строки к строке различна. Это вызывается необходимостью для «кольцевого» фотоприемника, имеющего одинаковое число пикселов в каждой строке, выравнивания разрешающей способности в пределах кадра путем обеспечения одинаковой величины технологического зазора между светочувствительными элементами вдоль каждой «кольцевой» строки.

Но при этом в заявляемом решении, как и в прототипе [1], не происходит межстрочного нарушения чувствительности сенсора по следующим обстоятельствам.

Параметр считывающей апертуры для всех пикселов каждой текущей строки «кольцевого» кадра определяется произведением коэффициента усиления K_m пиксела на величину его светочувствительной площади Δ_m.

Как следует из соотношения (4), этот показатель остается постоянным (неизменным) для всех светочувствительных пикселов фотоприемника.

Не меняется и величина шумовой «дорожки» для каждого активного пиксела фотоприемника, что является обязательным условием реализации его высоких показателей по чувствительности и отношению сигнал/шум.

Отметим, что в прототипе [1] этот принцип также соблюдается, но реализуется по другому, см. опубликованные выше соотношения (1) и (2).

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и на этом же чертеже - структурная схема телевизионной камеры в ее составе; на фиг. 2 приведена схемотехническая организация новых «кольцевых» фотоприемников (первого и второго) для сенсора; на фиг. 3 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 4 - иллюстрация выполнения задачи по электрическому вписыванию изображения «кольцевого» кадра одного из фотоприемников сенсора в прямоугольный растр компьютерного монитора; на фиг. 5 - иллюстрация выполнения задачи по электрическому вписыванию изображения «кольцевых» кадров одновременно для обоих фотоприемников сенсора; на фиг. 6 - иллюстрация выполнения задачи по конвертированию одного «кольцевого» кадра в шесть «прямоугольных» кадров; на фиг. 7, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1…3, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, при этом в состав телевизионной камеры 1 входит первый панорамный объектив 1-1, сенсорный блок 1-2, содержащий первый и второй фотоприемники, второй панорамный объектив 1-3 и мультиплексор 1-4, причем первый панорамный объектив оптически связан с первым фотоприемником сенсорного блока 1-2, а второй панорамный объектив 1-3 - со вторым фотоприемником сенсорного блока 1-2, при этом выход «видео» первого фотоприемника сенсорного блока 1-2 подключен к первому информационному входу мультиплексора 1-4, а выход «видео» второго фотоприемника сенсорного блока 1-2 - ко второму информационному входу мультиплексора 1-4, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры.

Первый панорамный объектив 1-1 и второй панорамный объектив 1-3 телевизионной камеры предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора для двух противоположно расположенных шаровых слоев контролируемого пространства, например для телевизионного оператора, это может быть соответствующее пространство или сверху и снизу, или спереди и сзади, или справа и слева от него.

В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1 и 1-3, совпадающих 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 [3].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 7. 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.

Каждый из двух фотоприемников (см. фиг. 2) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 1-2-1, «кольцевой» регистр 1-2-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-4.

Как показано на фиг. 2, активные пикселы на мишени фотоприемника объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.

Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 3) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 с коэффициентом усиления K_m для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 1-2-1-3.

«Кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 1-2-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 1-2-3-2.

Отметим, что показанная на фиг. 2 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 3 - латинской буквы L, - являются условными. На практике электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, могут быть выполнены совершенно иначе, например, с геометрической формой в виде части кругового кольца.

Управление АЦП 1-2-1-3 пиксела, как и всех остальных пикселов мишени, осуществляется с управляющего входа «кольцевого» мультиплексора 1-2-3. передающей сигнал управления с соответствующего выхода «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки.

Видеосигнал с выхода каждого АЦП 1-2-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 1-2-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 1-2-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 1-2-3-2, а затем транслируется по ней на выход фотоприемника.

То же самое формирование цифрового видеосигнала происходит и в пределах других радиально расположенных столбцов «кольцевой» мишени 1-2-1 каждого из двух фотоприемников сенсорного блока 1-2.

Отметим, что на фиг. 2 пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 1-2-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки. То, что здесь, как и на фиг. 3, изображены лишь четыре строчные шины является условностью чертежа. Как упоминалось ранее, число шин 1-2-1-4 соответствует показателю действительного числа «кольцевых» строк в заявляемом сенсоре.

Поясним дополнительно на фиг. 2 и другое. Стрелки с непрерывными линиями отмечают передачу сигнала изображения в сенсоре по «радиальным» шинам видео 1-2-1-5 в направлении к «кольцевому» коммутатору 1-2-3 видеосигналов.

В результате в «кольцевом» растре последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой «кольцевой» строки и последовательно строка за строкой для мишени в целом формируется в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала фотоприемника.

Благодаря принятой для изготовления предлагаемого датчика видеосигнала технологии КМОП, обеспечивается возможность интегрировать на один общий кристалл не только фотоприемник с АЦП для каждого активного пиксела, но и блоки цифровой развертки телевизионной камеры. Реализация такого решения обеспечивает существенное снижение общего энергопотребления телевизионной камеры.

Необходимо признать, что концепция матричного (прямоугольного) фотоприемника с активным пикселом, встроенным в него АЦП и цифровым видеосигналом на выходе, который предполагалось выполнить по технологии КМОП путем реализации метода «координатная адресация», была разработана американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и в отечественной монографии [4, с. 67, рис. 1.21]. Однако схемотехническая организация на кристалле КМОП «кольцевого» фотоприемника с аналогичными возможностями не предлагалась.

Заявляемая же здесь «кольцевая» форма мишени КМОП-фотоприемника и блоков развертки позволяет эффективнее использовать полезную площадь используемого кристалла для телевизионно-компьютерного наблюдения панорамных сюжетов.

Мультиплексор 1-4 предназначен для синхронизации двух цифровых видеосигналов (от первого и второго фотоприемников) и объединения их на единственную линию связи путем разделения составляющих сигналов по времени.

Очевидно, что благодаря технологии КМОП, мультиплексор 1-4 может быть выполнен в составе одного из фотоприемников сенсорного блока 1-2.

Следует отметить, что в компьютерной программе, реализуемой в сервере 2, применительно к операции по реализации электрического вписывания «кольцевого» кадра в «прямоугольный» растр монитора должно быть реализовано соблюдение последовательности передачи телевизионных строк.

При условии размещения вписываемого кадра (от одного из фотоприемников) в центральной части экрана монитора выполнение этой задачи представлено на фиг. 4.

Продемонстрируем заложенный в эту программы алгоритм, используя растровое положение точечных изображений от двух пикселов «А» и «В» для «кольцевого» фотоприемника 1-2.

Пусть, как показано на фиг. 2, пиксел «А» считывается первым в первой «кольцевой» строке сенсора, а пиксел «В» - точно посередине этой строки. Тогда в «прямоугольном» растре компьютерного монитора (см. фиг. 4) изображение от пиксела «А» будет занимать положение центрального элемента его первой строки, а изображение от пиксела «В» - положение центрального элемента его последней строки.

Отметим, что на практике целесообразно и размещение в пределах растра компьютерного монитора одновременно и двух «кольцевых» кадров (от обоих фотоприемников). Реализация этого алгоритма программы продемонстрировано на фиг. 5.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения (см. фиг. 1) работает следующим образом.

Предположим, что телевизионная камера 1, установленная на гексакоптере, расположена на некоторой высоте относительно Земли.

Заметим, что термином «гексакоптер» принято называть в технической литературе радиоуправляемую модель беспилотного летательного аппарата с шестью крыльями, предназначенного для выполнения аэровидео съемки местности.

Пусть для этого конструкторское решение сенсорного блока 1-2 в составе телевизионной камеры 1 реализовано так, что ось визирования первого панорамного объектива 1-1, а, следовательно, и оптическая ось первого фотоприемника направлена по вертикали вверх. Тогда, по отношению к этому направлению, ось визирования второго панорамного объектива 1-3 будет ориентирована вниз по вертикали. Это означает, что точно так же будет ориентирована и оптическая ось и второго фотоприемника.

Экспонирование «кольцевых» мишеней первого и второго фотоприемников производится непрерывно. Поэтому на первом выходе сенсорного блока 1-2 формируется цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра от первого фотоприемника, а на втором выходе сенсорного блока 1-2 - цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра от второго фотоприемника.

Далее выходные видеосигналы сенсорного блока 1-2 при помощи мультиплексора 1-4 объединяются на одну линию, чередуясь с периодом кадров Т_к. Полученный мультиплексный цифровой телевизионный сигнал (мультиплексный ЦТС) «кольцевого» кадра поступает на выход телевизионной камеры.

Затем этот ЦТС по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где (на плате видео) выполняется его демультиплексирование на два канала с последующей записью видеоинформации каждого канала соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти на кадр. Отметим, что все эти операции осуществляются в автоматическом режиме

Благодаря этому видеоинформация становится доступной и другим компьютерам в интерактивном режиме.

При установке оператором персонального компьютера 3 режима работы компьютерной программы «Наблюдение панорамного сюжета полностью» на экране монитора будет наблюдаться изображение панорамного сюжета полностью от одного из фотоприемников (см. фиг. 4) или сразу от двух фотоприемников (см. фиг. 5).

Это позволяет оператору оперативно оценить ситуацию и выбрать в режиме работы компьютерной программы «Последовательный обзор панорамного сюжета» необходимый фрагмент.

Предположим, что, как и в прототипе [1], горизонтальный угол поля зрения () предъявляемого оператору изображения должен составлять 60°. Тогда одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра каждого фотоприемника телевизионной камеры записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.

Как и в прототипе [1], в сервере 2 при помощи первого и второго БПКП, реализующих возложенные функции программным путем, осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевых» кадров от первого и второго фотоприемников в обычные «прямоугольные» кадры и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.

В результате цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в n «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности всем операторам персональных компьютеров 3 локальной вычислительной сети.

В нашем примере эта последовательность содержит 6 различных изображений (см. фиг. 6), а оператор каждого персонального ноутбука 3 может осуществить селекцию предлагаемого сервером 2 изображения и его вывод на экран дисплея. Это означает, что в реальном масштабе времени может быть реализован контроль шести изображений одинаковой по полю (повышенной) четкости применительно к верхнему шаровому слою пространства и шести изображений повышенной четкости, имеющих отношение к нижнему его шаровому слою.

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

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ № 2631830, МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2017. - № 27.

2. Патент РФ № 2665695, МПК H04N 7/00. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2018. - № 25.

3. Патент РФ № 2185645, МПК G02B13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - № 20.

4. Березин В.В., Умбиталиев А.А., Фахми Ш.С., Цыцулин А.К. и Шипилов Н.Н. Твердотельная революция в телевидении: Телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле. Под ред. А.А. Умбиталиева и А.К. Цыцулина. - М.: «Радио и связь», 2006.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей круговой обзор в сферической области пространства, занимающей два противоположно расположенных шаровых слоя. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном масштабе времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Техническим результатом является повышение степени интеграции телевизионной камеры за счет выполнения фотоприемников «кольцевого» сенсора по технологии КМОП и с размещением на их кристаллах необходимого электронного «обрамления». Результат достигается тем, что сенсорный блок телевизионной камеры состоит из двух фотоприемников, изготовленных по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), которые имеют форму мишени в виде кругового кольца, при этом на кристалле фотоприемника размещается АЦП и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в разъем расширения на материнской плате сервера установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая первый и второй блоки преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольные» кадры (БПКП), а также блок электрического вписывания изображения (БЭВИ) и выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память, причем в режиме «Последовательный обзор панорамного сюжета» - преобразование первого и второго «кольцевых» кадров в «прямоугольные» кадры при помощи первого и второго БПКП, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оперативной памяти сервера, а выходы - к выходу «сеть» сервера, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

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

причем в сервере при переводе компьютерной системы в режим «Наблюдение панорамного сюжета полностью» выполняется переключение выходов первого и второго блоков оперативной памяти на кадр соответственно на первый и второй входы БЭВИ, а его выхода - на выход «сеть» сервера, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, сенсорный блок, содержащий первый и второй фотоприемники, причем первый панорамный объектив оптически связан с первым фотоприемником, а второй панорамный объектив - со вторым фотоприемником, а также мультиплексор, причем первый и второй фотоприемники сенсорного блока выполнены в виде кругового кольца, а каждый из них содержит линейки светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени фотоприемников одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии, отличающееся тем, что каждый из фотоприемников сенсорного блока выполнен на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления К_m, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке фотоприемника, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления К_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения,

при этом выход «видео» первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора, а выход «видео» второго фотоприемника сенсорного блока - ко второму информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры.

2. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что в фотоприемниках сенсорного блока телевизионной камеры электроды зарядового накопления активных пикселов мишени, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что мультиплексор телевизионной камеры выполнен в составе одного из фотоприемников сенсора.