Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата Российский патент 2023 года по МПК H04N23/13 H04N23/58 H04N25/75 

Предполагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей одновременно или последовательно круговой обзор в четырех шаровых слоях окружающей сферической области пространства. 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 изготовленных по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП) четырех или двух фотоприемников, 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, третий панорамный объектив, четвертый панорамный объектив; сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник, второй фотоприемник, третий фотоприемник и четвертый фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника; третий панорамный объектив - с мишенью третьего фотоприемника, а четвертый панорамный объектив - с мишенью четвертого фотоприемника, причем каждый из четырех фотоприемников сенсорного блока 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 аналого-цифровой преобразователь (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, K₁ - коэффициент усиления активного пиксела первой «кольцевой» строки, а величина его показателя равна единице, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, причем на кристаллах всех четырех фотоприемников сенсорного блока имеется разрез (сквозной шлиц), выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между первым и последним пикселами первой «кольцевой строки, при этом первый фотоприемник установлен в консольное соединение со вторым фотоприемником в шлиц под углом 90°, третий фотоприемник установлен в консольное соединение с четвертым фотоприемником под тем же углом 90°, но с обратной стороны первого фотоприемника, стыкуясь с ней своей обратной стороной, а четвертый фотоприемник - с обратной стороны второго фотоприемника, стыкуясь с ней своей обратной стороной, причем ширина сквозного разреза для всех четырех фотоприемников составляет не менее двух толщин их кристаллов, при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход второго фотоприемника - ко второму информационному входу мультиплексора, выход третьего фотоприемника - к третьему информационному входу мультиплексора, а выход четвертого фотоприемника - к четвертому информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на четыре канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование первого, второго, третьего и четвертого «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, 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.

Как отмечалось в описании изобретения [1], устройство прототипа может быть предложено для установки в беспилотном летательном аппарате, например, в гексакоптере.

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

Недостаток прототипа - существенная сложность телевизионной камеры, связанная с наличием в ее составе четырех фотоприемников, а также потери светочувствительных элементов (пикселов) во всех четырех фотоприемниках за счет консольного соединения их между собой путем разреза по методу сквозного шлица.

Задачей изобретения является сокращение количества фотоприемников в составе телевизионной камеры до двух и отказ от консольного соединения фотоприемников между собой, выполняемого путем разреза по методу сквозного шлица, и устранение сопутствующих потерь пикселов в каждом из двух сенсоров при сохранении для беспилотного летательного аппарата возможности мониторинга видеоинформации панорамного сюжета в четырех слоях окружающего пространства в беспосадочном режиме.

Поставленная задача в заявляемом устройстве системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата решается тем, что, как и в устройстве прототипа [1], содержащем 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, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник и второй фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, а второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника; причем каждый из двух фотоприемников сенсорного блока 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 (1), при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора видеосигнала, а выход второго фотоприемника - ко второму информационному входу мультиплексора видеосигнала, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демодуляцию (детектирование) входного цифрового телевизионного сигнала и его демультиплексирование на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2); но при этом, в отличие от прототипа [1], мультиплексор видеосигнала телевизионной выполняет дополнительно высокочастотное модулирование цифрового телевизионного сигнала для осуществления его беспроводной передачи (по эфиру) на сервер, а в телевизионную камеру введена оправа, в которой размещаются шариковый подшипник и оба фотоприемника, стыкуясь между собой обратными сторонами кристаллов, а также демодулятор команд оператора и блок поворота (электрический джойстик), механически связанный с оправой, а также демодулятор (детектор) высокочастотных управляющих команд оператора для блока поворота, транслируемых по беспроводной линии связи (по эфиру) от сервера на телекамеру, при этом в беспосадочном режиме работы летательного аппарата по команде, поступающей в телевизионную камеру с компьютера оператора системы, осуществляется при помощи шарикового подшипника плавный пространственный поворот оправы на угол 90°, так что мишень первого фотоприемника устанавливается в положение напротив третьего панорамного объектива, а мишень второго фотоприемника - в положение напротив четвертого панорамного объектива, а если оператором компьютера будет подана на телевизионную камеру альтернативная (противоположная) команда, то оправа с фотоприемниками возвращается в начальное (исходное) положение, причем величина коэффициента усиления активного пиксела K₁ для первой строки каждого из двух фотоприемников сенсорного блока телевизионной камеры может быть равна единице или больше ее, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения в режиме организации ручной или автоматической регулировки чувствительности фотоприемников в зависимости от освещенности объектов наблюдения панорамного сюжета; при этом плата видео, размещенная на материнской плате сервера, выполняет высокочастотное модулирование команд управления, демодулирование (детектирование) входного цифрового телевизионного сигнала, а также демультиплексирование нового цифрового телевизионного сигнала на два дополнительных канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов соответственно в третий и четвертый блоки оперативной памяти сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2), а в качестве сервера используется системный блок компьютера оператора системы.

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 (1), 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.

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1а) приведена структурная схема заявляемой компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и на этом же чертеже - структурная схема телевизионной камеры в ее составе, реализующая пространственный мониторинг в двух слоях (слева и справа) окружающего пространства; на фиг. 1б) - структурная схема заявляемой компьютерной системы и соответственно структурная схема телевизионной камеры, реализующая пространственный мониторинг в двух других слоях (снизу и сверху) окружающего пространства; на фиг. 2 приведена схемотехническая организация для каждого из двух «кольцевых» фотоприемников сенсора; на фиг. 3 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 4, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи панорамного объектива; на фиг. 5 - изображена схема блока поворота оправы с фотоприемниками в составе телевизионной камеры.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1а), фиг. 1б), фиг. 2 и фиг. 3, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), 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, второй панорамный объектив 1-2, третий панорамный объектив 1-3 и четвертый панорамный объектив 1-4, а также сенсорный блок 1-5, содержащий первый фотоприемник в позиции 5 и второй фотоприемник в позиции 6; шариковый подшипник 1-6, блок поворота (электрический джойстик) 1-7, оправа 1-8, демодулятор команд 1-9 и мультиплексор видеосигнала 1-10, при этом фотоприемник 5 и фотоприемник 6 размещены в оправе 1-8, стыкуясь между собой обратными сторонами кристаллов, а блок поворота 1-7 по команде оператора, поступающей из сервера через демодулятор команд 1-9, обеспечивает при помощи шарикового подшипника 1-6 плавный поворот оправы 1-8 с фотоприемниками на угол 90°, а при поступлении альтернативной команды - плавный поворот в обратном направлении на тот же угол 90°, при этом выход «видео» первого фотоприемника 5 подключен к первому информационному входу мультиплексора видеосигналов 1-10, а выход «видео» второго фотоприемника 6 - ко второму информационному входу мультиплексора видеосигналов 1-9, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры 1.

Отметим, что блок поворота 1-7 на фиг. 1а) и на фиг. 1б) условно изображен в виде двойной фигурной стрелки.

Панорамные объективы 1-1 и 1-2 и соответственно панорамные объективы 1-3 и 1-4 предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора для четырех противоположно расположенных шаровых слоев контролируемого пространства.

В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4, совпадающего с аналогичным решением для прототипа [1], может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [2].

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.

«Кольцевой» фотоприемник 5, как и «кольцевой» фотоприемник 6, (см. фиг. 2) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 5-1 или в позиции 6-1 для фотоприемника 6; «кольцевой» регистр 5-2 кадровой развертки или в позиции 6-2 для фотоприемника 6; «кольцевой» коммутатор 5-3 видеосигналов или в позиции 6-3 для фотоприемника 6 и «кольцевой» мультиплексор 5-4 строчной развертки или в позиции 6-4 для фотоприемника 6. Отметим, что эта схемотехническая организация полностью повторяет организацию фотоприемников для прототипа [1].

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 первого фотоприемника (см. фиг. 3) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 5-1-1, усилитель 5-1-2 с коэффициентом усиления K_m для каждой текущей «кольцевой» строки и АЦП 5-1-3.

«Кольцевой» коммутатор 5-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 5-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 5-3-2.

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.

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

То же самое формирование цифрового видеосигнала происходит и в пределах других радиально расположенных столбцов «кольцевой» мишени -6-1 фотоприемника 6.

Отметим, что на фиг. 2 пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 5-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 5-2 кадровой развертки. То, что здесь, как и на фиг. 3, изображены лишь четыре строчные шины, является условностью чертежа. Как отмечалось выше, число шин 5-1-4 соответствует показателю действительного числа «кольцевых» строк в предлагаемом фотоприемнике.

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

Об этом сообщалось и в отечественной монографии [3, с. 67, рис. 1.21]. Однако схемотехническая организация на кристалле КМОП «кольцевого» фотоприемника с аналогичными возможностями не предлагалась.

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

Демодулятор команд 1-9 предназначен для преобразования эфирных сигналов, поступающих с сервера 2 на телевизионную камеру 1, в логические сигналы «1» или «0», передаваемые по проводам.

Шарикоподшипник 1-6 предназначен для обеспечения плавности хода оправы 1-8 с фотоприемниками, которая механически связана с блоком поворота 1-7. а точнее с поворотным якорем его нейтрального электромагнита.

Рассмотрим схему блока 1-7, которая представлена на фиг. 5. Базовую основу предлагаемого технического решения составляют две публикации в технической литературе: [4, с. 227] и [5, с. 79].

Нейтральный электромагнит содержит сердечник с обмоткой, имеющий цилиндрическую выточку, в которой помещен якорь в форме двух полуцилиндров, оси которых смещены в разные стороны относительно оси вращения. Поэтому при повороте цилиндра в направлении, указанном стрелкой, воздушный зазор между якорем и сердечником постепенно уменьшается.

Учитывая малые размеры «кольцевого» фотоприемника, даже и для оправы 1-8, содержащей два таких сенсора, тяговой характеристики электромагнита (см. [5, с. 79]), возникающей за счет увеличения магнитодвижущей силы (м.д.с.) обмотки от нуля до 1500 ампер-вольт, будет достаточно, чтобы вызвать необходимый поворот якоря на 90°.

Отметим, что такой электромагнит называют нейтральным потому, что его работа не зависит от направления тока в обмотке.

Схема включения электромагнита (см. [4, с. 227]) выполнена с использованием буферного каскада на элементе КМОП с питанием от источника 15 В, а также транзистора VT1 типа 2N4401 и транзистора VT2 типа 2N685, реализующего схему Дарлингтона с напряжением 24 В.

При высоком управляющем уровне напряжения (логической «1») на входе КМОП-буфера обеспечивается ток базы транзистора VT1 величиной 8 мА, который в свою очередь вырабатывает ток 150 мА, поступающий в базу транзистора VT2 и вызывающий полное открывание последнего. Благодаря этому, обмотка электромагнита подключается к напряжению 24 В, а якорь электромагнита поворачивается на угол 90°.

В дальнейшем при подаче альтернативной команды и появлении низкого управляющего уровня напряжения (логического «0») на входе КМОП-буфера транзисторы VT1 и VT2 закрываются, электромагнит обесточивается, а его поворотный якорь возвращается в исходное положение.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата (см. фиг. 1а, фиг. 1б) работает следующим образом.

Пусть телевизионная камера 1 установленная на гексакоптере и расположена на некоторой высоте относительно земли.

Будем считать, что линии связи телевизионной камеры 1 с сервером 2 компьютера 4 по видеосигналу и управлению блоком поворота реализованы в стандарте IEEE 802/11 для беспроводных сетей [6, с. 380-381]. Это означает, что передача данных осуществляется на одной из двух скоростей (1 или 2 Мбит/с) в полосе частот 2.4 ГГц.

В исходном положении управляющий сигнал с компьютера 4 на телевизионную камеру 1 не поступает, т.е. на входе блока 1-7 присутствует сигнал логического «0».

Конструкторское решение сенсорного блока 1-5 в составе телевизионной камеры 1, см. фиг. 1а), реализовано так, что ось визирования первого панорамного объектива 1-1, а, следовательно, и оптическая ось первого фотоприемника 5 направлена по горизонтали влево.

Тогда, по отношению к этому направлению, ось визирования второго панорамного объектива 1-2, а, следовательно, и оптическая ось второго фотоприемника 6 будет ориентирована по горизонтали вправо.

Отметим, что мишень первого фотоприемника 5 и мишень второго фотоприемника 6 в данной ситуации занимают положения, которые показаны линиями из квадратных точек, см. фиг. 1а).

Экспонирование «кольцевых» мишеней первого и второго фотоприемников производится непрерывно. Поэтому на первом выходе сенсорного блока 1-5 формируется цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра от первого фотоприемника 5, а на втором выходе сенсорного блока 1-5 - цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра от второго фотоприемника 6.

Далее выходные видеосигналы сенсорного блока 1-5 при помощи мультиплексора видеосигнала 1-10 объединяются на одну линию, чередуясь с периодом кадров Т_к. Полученный мультиплексный цифровой телевизионный сигнал (мультиплексный ЦТС) «кольцевого» кадра, содержащий видеоинформацию о двух шаровых слоях (слева и справа) окружающего пространства; затем подвергается высокочастотному модулированию, становясь доступным для эфира, и поступает на выход телевизионной камеры.

Затем этот ЦТС по беспроводной сети передается на сервер 2, где (на плате видео) выполняется его демодулирование (детектирование) и демультиплексирование на два канала с последующей записью видеоинформации каждого канала соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти на кадр.

Для получения в телевизионной камере, мультиплексного ЦТС в двух других шаровых слоях окружающего пространства без посадки гексакоптера на землю достаточно подать на блок 1-9 телевизионной камеры 1 с компьютера 4 высокий уровень управляющего сигнала (логическую «1») и, тем самым, см фиг. 1б), переключить положения мишеней первого и второго фотоприемников его сенсорного блока 1-5 на угол 90°.

Отметим, что мишень первого фотоприемника и мишень второго фотоприемника в данной ситуации будут занимать новые положения, которые также отмечены на чертеже фиг. 1б) линиями из квадратных точек, т.е. напротив третьего 1-3 и соответственно напротив четвертого 1-4 панорамных объективов.

В результате, на сервер 2 будет передаваться мультиплексный ЦТС применительно к двум другим шаровым слоям окружающего пространства (снизу и сверху соответственно), где он точно также, как и предыдущий ЦТС, подвергается сначала детектированию, а затем демультиплексированию на два канала с последующей записью каждого ЦТС соответственно в третий и четвертый блоки оперативной памяти на кадр.

Последовательное преобразование по соотношению (2) в сервере 2 каждого из четырех «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры успешно завершает выполнение задачи последовательного мониторинга видеоинформации для всех четырех шаровых слоев окружающего пространства.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата, см. фиг. 1а) и фиг. 1б), освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2709459. МПК H04N 5/374, СПК H04N 5/374. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2019. - №35.

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

3. 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.

4. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. Пер. с англ. - «Мир», 1985.

5. Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов B.C. Основы автоматики и телемеханики. Под общ. ред. С.А. Гинзбурга. Изд. 4-е переработанное. Пер. с англ. - «Энергия», 1968.

6. Владо Дамьяновски. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. Издание 2-е. Пер. с англ. ООО «Ай-Эс-ЭС Пресс», 2006.

Предполагаемое изобретение относится к области получения изображений и касается устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата. Устройство содержит телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети. В состав телевизионной камеры входят четыре панорамных объектива, два фотоприемника, которые имеют форму кругового кольца, оправа и блок поворота. Фотоприемники размещены в оправе и состыкованы между собой обратными сторонами кристаллов. Блок поворота механически связан с оправой и предназначен для ее углового перемещения на 90° по команде, поступающей в телевизионную камеру. В исходном положении первый объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, а второй панорамный объектив с мишенью второго фотоприемника. При повороте оправы на 90° мишень первого фотоприемника устанавливается напротив третьего объектива, а мишень второго фотоприемника напротив четвертого объектива. Технический результат заключается в сокращении количества фотоприемников и устранении потерь пикселов в сенсорах при сохранении для беспилотного летательного аппарата возможности мониторинга видеоинформации панорамного сюжета в четырех слоях окружающего пространства в беспосадочном режиме. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата, 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, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник и второй фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, а второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника; причем каждый из двух 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 аналого-цифровой преобразователь (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 сенсора, 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, К₁ - коэффициент усиления активного пиксела его первой «кольцевой» строки,

при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора видеосигнала, а выход второго фотоприемника - ко второму информационному входу мультиплексора видеосигнала, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, 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, отличающееся тем, что мультиплексор видеосигнала телевизионной камеры выполняет дополнительно высокочастотное модулирование цифрового телевизионного сигнала для осуществления его беспроводной передачи на сервер, а в телевизионную камеру введена оправа, в которой размещаются шариковый подшипник и оба фотоприемника, которые стыкуются между собой обратными сторонами кристаллов; блок поворота, который механически связан с оправой и предназначен для выполнения ее углового перемещения на 90° в пределах внутреннего пространства телевизионной камеры, а также демодулятор высокочастотных управляющих команд оператора системы для блока поворота, транслируемых по беспроводной линии связи от сервера на телевизионную камеру, при этом в беспосадочном режиме работы летательного аппарата по команде, поступающей в телевизионную камеру с компьютера оператора системы, осуществляется при помощи шарикового подшипника плавный пространственный поворот оправы на угол 90°, так что мишень первого фотоприемника устанавливается в положение напротив третьего панорамного объектива, а мишень второго фотоприемника - в положение напротив четвертого панорамного объектива, а если оператором системы будет подана на телевизионную камеру альтернативная команда, то оправа с фотоприемниками возвращается в исходное положение, причем величина коэффициента усиления активного пиксела K₁ для первой строки каждого из двух фотоприемников сенсорного блока телевизионной камеры может быть равна единице или больше ее, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения в режиме организации ручной или автоматической регулировки чувствительности фотоприемников в зависимости от освещенности объектов наблюдения панорамного сюжета; при этом плата видео, размещенная на материнской плате сервера, выполняет высокочастотное модулирование команд управления телевизионной камерой, демодулирование входного цифрового телевизионного сигнала, а также демультиплексирование нового цифрового сигнала на два дополнительных канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов соответственно в третий и четвертый блоки оперативной памяти сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2), а в качестве сервера используется системный блок компьютера оператора системы.

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