RU2657454C1 - Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects - Google Patents
Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657454C1 RU2657454C1 RU2017132050A RU2017132050A RU2657454C1 RU 2657454 C1 RU2657454 C1 RU 2657454C1 RU 2017132050 A RU2017132050 A RU 2017132050A RU 2017132050 A RU2017132050 A RU 2017132050A RU 2657454 C1 RU2657454 C1 RU 2657454C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- frame
- rectangular
- photodetector
- memory
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N7/00—Television systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение на способ относится к телевизионно-компьютерной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах панорамного наблюдения, которые выполнены на базе «кольцевых» телевизионных сенсоров по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) и предназначены для работы в условиях, когда объекты контроля существенно различаются друг от друга по освещенности и/или яркости. Эти камеры осуществляют одновременно круговой обзор обстановки в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.The present invention relates to a method for television and computer technology and is focused on the use of panoramic cameras in television cameras, which are made on the basis of "ring" television sensors using charge-coupled device (CCD) technology and are designed to operate in conditions where the objects of control differ significantly from each other in terms of illumination and / or brightness. These cameras simultaneously perform a circular overview of the situation in the region close to the hemisphere, i.e. in a spatial angle of 360 degrees in azimuth and tens of degrees in elevation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике и сервере для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], заключающийся в том, что устанавливают телевизионную камеру в фиксированное положение, осуществляют захват оптического изображения в телевизионной камере с угловым полем в пространстве предметов 360° по азимуту, в «кольцевом» фотоприемнике телевизионной камеры, выполненном по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), который имеет кристалл в виде кругового кольца и содержит в его пределах «кольцевую» фотоприемную область (мишень), «кольцевую» секцию памяти и «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся блоком преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН) с организацией «плавающая диффузия», при этом линейки светочувствительных элементов мишени и линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, причем всю площадь мишени фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, а площадь светочувствительных элементов от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти; накапливают зарядовое изображение информационного кадра на светочувствительных элементах мишени в соответствии с управляющим напряжением для автоматической регулировки времени накопления (АРВН) фотоприемника, причем отсчет величины управляющего напряжения выполняют в пределах всей мишени, осуществляют «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени, выполняют параллельный перенос зарядов из мишени в секцию памяти с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига и формированием на выходе БПЗН напряжения аналогового сигнала изображения наблюдаемого пространства, причем в процессе получения видеосигнала сенсора управляют площадью считывающей апертуры за счет того, что от строки к строке перестраивают (изменяют) период управляющих импульсов Tr, (импульсов сброса) для БПЗН по соотношению:The closest in technical essence to the claimed invention should be considered a method of generating a video signal in a "ring" photodetector and server for a panoramic video surveillance computer system [1], which consists in setting the television camera in a fixed position, capturing an optical image in a television camera with angular field in the space of objects 360 ° in azimuth, in the "ring" photodetector of a television camera, made by the technology of devices with charge communication (CCD), which has a crystal in the form of a circular ring and contains within it a “ring” photodetector region (target), a “ring” memory section and a “ring” shift register, ending with a charge-voltage conversion block (CPS) with organization “Floating diffusion”, while the line of photosensitive elements of the target and the line of light-shielded elements of the memory section are located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and the “ring” reg a shift shear, and the number of elements in each “ring” line of the target and in each “ring” line of the memory section is equal to the number of elements in the “ring” shift register, and the entire area of the target of the photodetector is occupied by lines of photosensitive elements that are directly and sequentially connected by charge communication with rulers of elements of the memory section, and the area of photosensitive elements from row to row is different, increasing as you move to the outer periphery to a maximum value not exceeding the area of the section element and memory; the charge image of the information frame is accumulated on the photosensitive elements of the target in accordance with the control voltage for automatically adjusting the accumulation time (ARVN) of the photodetector, and the control voltage is counted throughout the target, a ring image of the charge image is scanned onto the target, charges are transferred from parallel targets into the memory section with subsequent element-wise reading of the charge packets in the “ring” shift register and the formation of ode BPZN analog image signal voltage monitored space, wherein the process of obtaining the video control area sensor reading aperture by the fact that from row to row rearrange (change) between the control pulses T r, (reset pulse) for BPZN by the relation:
где Тр - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;where T p - the reading period of the element in the "ring"photodetector;
nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике, равна отношению:n m is a coefficient, an integer whose value for the current read line in the "ring" photodetector is equal to the ratio:
где Δ1 и Δm - соответственно площадь светочувствительного элемента для первой и текущей строк считывания в «кольцевом» фотоприемнике,where Δ 1 and Δ m are, respectively, the area of the photosensitive element for the first and current read lines in the "ring" photodetector,
обеспечивая одинаковую величину площади считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра фотоприемника; регулируют коэффициент усиления видеотракта для аналогового видеосигнала в соответствии с управляющим напряжением автоматической регулировки усиления (АРУ), используя тот же отсчет величины управляющего напряжения, что и для АРВН, преобразуют аналоговый видеосигнал в цифровой видеосигнал, передают видеосигнал телевизионной камеры по интерфейсу в компьютер оператора, который является сервером для компьютера местного пользователя и для компьютера удаленного пользователя в сети Интернет, при этом в компьютере оператора кольцевое телевизионное изображение преобразуют в обычное изображение, причем один текущий «кольцевой» кадр считывают из памяти сервера при помощи k «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению:providing the same size of the reading aperture area within the entire "annular" raster of the photodetector; adjust the gain of the video path for the analog video signal in accordance with the control voltage of the automatic gain control (AGC), using the same control voltage reading as for the AVRN, convert the analog video signal to a digital video signal, transmit the video signal of the television camera through the interface to the operator’s computer, which is a server for the local user computer and for the remote user computer on the Internet, while in the operator’s computer the ring tel Viziona image is converted into an ordinary image, wherein one current "ring" frame is read from the server memory using k «rectangular" frames, the number of which satisfies the relationship:
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения.where γ g is the horizontal angle of the field of view in degrees observed by the operator of the image.
Способ формирования видеосигнала прототипа [1] обеспечивает в «кольцевом» растре аналогового видеосигнала фотоприемника выравнивание разрешающей способности изображения, которое с аналогичным результатом реализуется и для «прямоугольных» кадров наблюдения, предлагаемых операторам-пользователям. Очевидным достоинством способа формирования видеосигнала прототипа [1] является и возможность экспонирования мишени со стороны подложки его кристалла для повышения чувствительности сенсора.The prototype video signal generation method [1] provides an equalization of the image resolution in the “ring” raster of the analog video signal of the photodetector, which is realized with the same result for the “rectangular” observation frames offered to user operators. An obvious advantage of the prototype video signal generation method [1] is the possibility of exposing the target from the side of its crystal substrate to increase the sensitivity of the sensor.
Недостаток способа формирования видеосигнала в прототипе - ограниченная чувствительность отдельных «прямоугольных» кадров, регистрируемых при низкой освещенности (яркости) соответствующих фрагментов панорамного изображения.The disadvantage of the method of generating a video signal in the prototype is the limited sensitivity of individual "rectangular" frames recorded at low light (brightness) of the corresponding fragments of the panoramic image.
Задачей изобретения является организация в автоматическом режиме повышения чувствительности этих отдельных «прямоугольных кадров, регистрируемых при низкой освещенности (яркости) соответствующих фрагментов панорамного изображения, путем увеличения для них времени накопления фотоприемника и коэффициента усиления видеотракта телевизионной камеры.The objective of the invention is the organization in the automatic mode of increasing the sensitivity of these individual "rectangular frames recorded at low light (brightness) of the corresponding fragments of the panoramic image by increasing the accumulation time of the photodetector and the gain of the video path of the television camera.
Поставленная задача в заявляемом способе формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике и сервере для компьютерной системы панорамного наблюдения решается тем, что устанавливают телевизионную камеру в фиксированное положение, осуществляют захват оптического изображения в телевизионной камере с угловым полем в пространстве предметов 360° по азимуту, в «кольцевом» фотоприемнике телевизионной камеры, выполненном по технологии ПЗС, который имеет кристалл в виде кругового кольца и содержит в его пределах «кольцевую» мишень, «кольцевую» секцию памяти и «кольцевой» регистр сдвига, заканчивающийся БПЗН с организацией «плавающая диффузия», при этом линейки светочувствительных элементов мишени и линейки экранированных от света элементов секции памяти расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, а число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени и в каждой «кольцевой» строке секции памяти равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига, причем всю площадь мишени фотоприемника занимают линейки светочувствительных элементов, которые непосредственно и последовательно связаны зарядовой связью с линейками элементов секции памяти, а площадь светочувствительных элементов от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента секции памяти; накапливают зарядовое изображение информационного кадра на светочувствительных элементах мишени в соответствии с управляющим напряжением для АРВН фотоприемника, осуществляют «кольцевую» развертку зарядового изображения на мишени, выполняют параллельный перенос зарядов из мишени в секцию памяти с последующим поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом» регистре сдвига и формированием на выходе БПЗН напряжения аналогового сигнала изображения наблюдаемого пространства, причем в процессе получения видеосигнала сенсора управляют площадью считывающей апертуры за счет того, что от строки к строке изменяют период управляющих импульсов для БПЗН по соотношению (1) и при условии (2), обеспечивая одинаковую величину площади считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра фотоприемника; регулируют коэффициент усиления видеотракта для аналогового видеосигнала в соответствии с управляющим напряжением АРУ, используя тот же отсчет величины управляющего напряжения, что и для АРВН, преобразуют аналоговый видеосигнал в цифровой видеосигнал, передают видеосигнал телевизионной камеры по интерфейсу в сервер, при этом в сервере «кольцевое» телевизионное изображение преобразуют в обычное изображение, причем один текущий «кольцевой» кадр считывают из памяти сервера при помощи k «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (3), отличающийся тем, что в телевизионной камере отсчет величины управляющего напряжения для АРВН и АРУ выполняют в текущем «кольцевом» кадре, в пределах одной из k областей «кольцевой» мишени фотоприемника, причем площадь этой области совпадает с участком на мишени, занимаемым соответствующим «прямоугольным» кадром, осуществляя отсчеты управляющего напряжения для k «кольцевых» кадров аналогового видеосигнала последовательно (один за одним) в циклическом режиме, при этом запись текущих цифровых «кольцевых» кадров изображения в сервере выполняют раздельно в первую, вторую, …(k-1)-ую и k-ую оперативные памяти сервера, из которых считывают по одной качественной записи «прямоугольного» кадра, а именно: из первой памяти - первого «прямоугольного» кадра, из второй памяти - второго «прямоугольного» кадра, … из (k-1)-ой памяти - (k-1)-го «прямоугольного» кадра, а из k-ой памяти - k-го «прямоугольного» кадра.The problem in the inventive method of generating a video signal in a “ring” photodetector and server for a panoramic panoramic computer system is solved by installing a television camera in a fixed position, capturing an optical image in a television camera with an angular field in the space of objects 360 ° in azimuth, in ring "photodetector of a television camera made by CCD technology, which has a crystal in the form of a circular ring and contains within it a" ring "target," ring the central ”memory section and the“ circular ”shift register ending with the“ fast diffusion ”organization, with the line of photosensitive elements of the target and the line of light-shielded elements of the memory section located along radial directions from the imaginary center of the circular ring to its outer periphery and located there “Circular” shift register, and the number of elements in each “circular” line of the target and in each “circular” line of the memory section is equal to the number of elements in the “circular” shift register, and th photodetector target area occupied by the line of photosensitive elements which are directly and consistently associated charge-coupled with rulers elements memory section, and the area of the photosensitive elements from row to row are different, increasing as it moves toward the outer periphery to the maximum value not exceeding the area of the memory section member; accumulate the charge image of the information frame on the photosensitive elements of the target in accordance with the control voltage for the ARVN of the photodetector, carry out a “ring” scan of the charge image on the target, perform parallel charge transfer from the target to the memory section, followed by element-wise reading of the charge packets in the “ring” shift register and the formation of the voltage of the analog signal of the image of the observed space at the output of the SPSN, and in the process of receiving the sensor video signal control the area of the reading aperture due to the fact that from line to line the period of control pulses for the SPS is changed according to the relation (1) and under condition (2), providing the same size of the area of the reading aperture within the entire "ring" raster of the photodetector; adjust the gain of the video path for the analog video signal in accordance with the control voltage of the AGC, using the same control voltage value as for the ARVN, convert the analog video signal to a digital video signal, transmit the video signal of the television camera via the interface to the server, and the ring server in the server the television image is converted into a normal image, and one current “ring” frame is read from the server’s memory using k “rectangular” frames, the number of which is satisfied correlation (3), characterized in that in the television camera the control voltage for the ARVN and AGC is counted in the current “ring” frame, within one of the k regions of the “ring” target of the photodetector, and the area of this region coincides with the area on the target occupied by the corresponding "rectangular" frame, performing control voltage samples for k "ring" frames of the analog video signal sequentially (one by one) in a cyclic mode, while recording the current digital "ring" frames of the image Operations in the server are performed separately in the first, second, ... (k-1) and k-th RAM of the server, from which one high-quality record of a “rectangular” frame is read, namely: from the first memory - the first “rectangular” frame , from the second memory - the second "rectangular" frame, ... from the (k-1) -th memory - the (k-1) -th "rectangular" frame, and from the k-th memory - the k-th "rectangular" frame.
Совокупность известных и новых признаков для заявляемого способа не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.The combination of known and new features for the proposed method is not known from the prior art, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of novelty.
Согласно заявляемому способу повышение чувствительности отдельных «прямоугольных» кадров видеосигнала выполняется применительно к «кольцевому» фотоприемнику, т.е. оно реализуется в «кольцевом» растре телевизионного изображения.According to the claimed method, increasing the sensitivity of individual "rectangular" frames of the video signal is performed in relation to the "ring" photodetector, i.e. it is implemented in a “ring” raster of a television image.
Поэтому данное техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.Therefore, this technical solution meets the criterion of the presence of an inventive step.
На фиг. 1 приведена структурная схема компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, реализующей заявляемый способ формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике; на фиг. 2 - схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника на ПЗС; на фиг. 3 - структурная этой телевизионной камеры из состава компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения; на фиг. 4, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 показано положение областей фотометрирования зарядового рельефа для шести формируемых «прямоугольных» кадров (k=6) на мишени «кольцевого» фотоприемника в условиях ее сложной освещенности и/или яркости; на фиг. 6б-6ж относительно временного положения гасящего импульса строк, показанного на фиг. 6а, приведены эпюры управляющих сигналов для получения необходимых «окон» фотометрирования; на фиг. 7 - функциональная схема, поясняющая организацию в телевизионной камере этого процесса фотометрирования для АРВН.In FIG. 1 shows a structural diagram of a computer system for panoramic television surveillance that implements the inventive method of generating a video signal in a "ring" photodetector; in FIG. 2 - circuitry organization of the "ring" photodetector at the CCD; in FIG. 3 - structural of this television camera from the computer system of panoramic television surveillance; in FIG. 4, according to [2], a photograph of an image obtained using a domestic panoramic mirror-lens lens is presented; in FIG. Figure 5 shows the position of the regions of photometry of the charge relief for six formed "rectangular" frames (k = 6) on the target of the "ring" photodetector under conditions of its complex illumination and / or brightness; in FIG. 6b-6g with respect to the temporary position of the blanking pulse of the rows shown in FIG. 6a shows diagrams of control signals for obtaining the necessary “windows” of photometrics; in FIG. 7 is a functional diagram explaining the organization in a television camera of this photometric process for ARVN.
Устройство на фиг. 1 содержит телевизионную камеру 1, сервер 2, роутер (российское название прибора - маршрутизатор) в позиции 3, компьютер 4 локального пользователя для работы в локальной сети, модем 5 для передачи видеосигнала в сеть Интернет и компьютер 6 удаленного пользователя для получения видеоинформации из «облака» Интернета.The device of FIG. 1 contains a television camera 1, server 2, a router (the Russian device name is a router) at position 3, a local user computer 4 for working on a local network, a modem 5 for transmitting video signals to the Internet, and a remote user computer 6 for receiving video information from the “cloud” Internet.
Телевизионная камера 1 (см. фиг. 3), как и для прототипа [1], содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1 и «кольцевой» фотоприемника 1-2, а также блок 1-3 «кольцевой» развертки видеосигнала и формирования апертуры, сигнальный процессор 1-4 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-5. Блок 1-3 телевизионной камеры состоит из временного контроллера 1-3-1, первого преобразователя уровней (ПУ) 1-3-2, второго ПУ 1-3-3, третьего ПУ 1-3-4 и четвертого ПУ 1-3-5. Выход АЦП 1-5 является выходом телевизионной камеры (выходом ЦТС).The television camera 1 (see Fig. 3), as for the prototype [1], contains sequentially located and optically connected panoramic lens 1-1 and the "ring" photodetector 1-2, as well as the block 1-3 "ring" scan video and the formation of the aperture, the signal processor 1-4 and the analog-to-digital converter (ADC) 1-5. Block 1-3 of the television camera consists of a temporary controller 1-3-1, the first level converter (PU) 1-3-2, the second PU 1-3-3, the third PU 1-3-4 and the fourth PU 1-3- 5. The output of the ADC 1-5 is the output of the television camera (the output of the DSP).
Отметим, что по входу «Импульсы сброса» сенсора, как и в прототипе [1], осуществляется управление площадью считывающей апертуры для получения ее одинакового показателя по всему «кольцевому» растру. Это гарантирует одинаковую чувствительность для всех элементов (пикселов) мишени, а также эквивалентно реализации одних и тех же пространственных зазоров между соседними пикселами мишени.Note that at the input “Reset pulses” of the sensor, as in the prototype [1], the area of the reading aperture is controlled to obtain its identical indicator throughout the “ring” raster. This guarantees the same sensitivity for all elements (pixels) of the target, and is also equivalent to the realization of the same spatial gaps between adjacent pixels of the target.
На временной контроллер 1-3-1 от счетчика 1-3-6 подается код команды управления. Этот код определяет выбранную область фотометрирования мишени «кольцевого» сенсора 1-2 - «окно», в пределах которого выполняется оценка зарядового рельефа при помощи АРВН и АРУ применительно к формируемым в сервере 2 «прямоугольным» кадрам. Допустим, что число этих «прямоугольных» кадров, запрограммированное в сервере 2, равно шести, т.е. k=6. Тогда двоичный код команды управления должен иметь три разряда. Счетчик 1-3-6 на шесть может быть выполнен по схеме синхронного трехразрядного счетчика [см, например, 3, с. 168-170], а определяемые им режимы представлены в табл., которые дополнительно иллюстрируются фиг. 5-6.A control command code is supplied to the temporary controller 1-3-1 from the counter 1-3-6. This code defines the selected photometric region of the target of the “ring” sensor 1-2 - the “window”, within which the charge relief is estimated using ARVN and AGC as applied to the “rectangular” frames formed in the server 2. Suppose that the number of these "rectangular" frames programmed in server 2 is six, i.e. k = 6. Then the binary code of the control command should have three digits. The counter 1-3-6 for six can be performed according to the scheme of a synchronous three-digit counter [see, for example, 3, p. 168-170], and the modes determined by him are presented in the table, which are additionally illustrated in FIG. 5-6.
Период тактовых импульсов, подаваемых на вход счетчика 1-3-6, равен 1/6 периода строчных импульсов.The period of clock pulses supplied to the input of the counter 1-3-6 is 1/6 of the period of horizontal pulses.
Как и в работе [3], схема трехразрядного счетчика 1-3-6 может быть спроектирована на базе трех JK-триггерах: первый триггер является разрядом единиц, второй триггер - разрядом двоек, а третий триггер - разрядом четверок. Но модуль счетчика 1-3-6 составляет не восемь, а шесть.As in [3], the three-digit counter circuit 1-3-6 can be designed on the basis of three JK-triggers: the first trigger is a discharge of units, the second trigger is a discharge of twos, and the third trigger is a discharge of fours. But the counter module 1-3-6 is not eight, but six.
Выход разряда единиц обозначен как выход «А» счетчика, выход разряда двоек - как выход «В» счетчика, а выход разряда четверок - как выход «С» счетчика.The output of the discharge of units is designated as the output "A" of the counter, the output of the discharge of twos - as the output "B" of the counter, and the output of the discharge of fours - as the output "C" of the counter.
С использованием сигналов «А», «В» и «С» во временном контроллере 1-3-1 будут сформированы управляющие сигналы, необходимые для получения в телевизионной камере необходимых «окон» фотометрирования, см. фиг. 6б-6ж, создаваемых по алгоритму: одно новое «окно» в текущем «кольцевом» кадре фотоприемника.Using the signals “A”, “B” and “C” in the temporary controller 1-3-1, the control signals necessary to obtain the necessary “windows” of photometry in the television camera will be generated, see FIG. 6b-6zh, created by the algorithm: one new “window” in the current “ring” frame of the photodetector.
Организация фотоприемника 1-2 (см. фиг. 2) с мишенью в виде кругового кольца, как и в прототипе [1], реализована по технологии ПЗС.The organization of the photodetector 1-2 (see Fig. 2) with the target in the form of a circular ring, as in the prototype [1], is implemented using CCD technology.
Она содержит на общем кристалле «кольцевую» мишень) 1-2-1, экранированную от света «кольцевую» секцию памяти 1-2-2, «кольцевой» регистр сдвига 1-2-3 и БПЗН 1-2-4 с организацией «плавающая диффузия». Число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени 1-2-1 и в каждой «кольцевой» строке секции памяти 1-2-2 равно числу элементов в «кольцевом» регистре сдвига 1-2-3.It contains on a common crystal a “ring” target) 1-2-1, a “ring” memory section 1-2-2, shielded from light, a “ring” shift register 1-2-3, and BPSN 1-2-4 with the organization “ floating diffusion. " The number of elements in each “ring” line of the target 1-2-1 and in each “ring” line of the memory section 1-2-2 is equal to the number of elements in the “ring” shift register 1-2-3.
Панорамный объектив 1-1 телевизионной камеры, как и в прототипе [1], предназначен для формирования оптического изображения кругового обзора («кольцевого» изображения). В качестве технического решения для панорамного объектива 1-1, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [2].The panoramic lens 1-1 of the television camera, as in the prototype [1], is intended to form an optical image of a circular view ("ring" image). As a technical solution for a panoramic lens 1-1, a panoramic mirror-lens lens can be proposed, the design of which is patented in Russia by Russian specialists from Moscow State University of Geodesy and Cartography [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.A photograph of the annular image formed by the panoramic lens is shown in FIG. 4. The angular field in the space of objects for this lens is 360 degrees in azimuth and can reach (75-80) degrees in elevation.
Рассмотрим реализацию заявляемого способа формирования видеосигнала в телевизионной камере 1 (см. фиг. 1…3).Consider the implementation of the proposed method for generating a video signal in a television camera 1 (see Fig. 1 ... 3).
Как и в прототипе [1], предполагается, что телевизионная камера 1 установлена в фиксированное положение, например при помощи фотоштатива (здесь он не показан).As in the prototype [1], it is assumed that the television camera 1 is installed in a fixed position, for example using a photographic tripod (here it is not shown).
Оптическое изображение наблюдаемой сцены проецируется с выхода панорамного объектива 1-2 на мишень 1-2-1 «кольцевого» фотоприемника.The optical image of the observed scene is projected from the output of the panoramic lens 1-2 to the target 1-2-1 of the "ring" photodetector.
Фотоприемник 1-2 телевизионной камеры (см. фиг. 2) реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-2-1 с последующим параллельным переносом зарядов всех строк кадра в секцию памяти 1-2-2 и заключительным поэлементным считыванием зарядовых пакетов в «кольцевом« регистре сдвига 1-2-3 с формированием на выходе БПЗН 1-2-4 напряжения видеосигнала в аналоговой форме.A photodetector 1-2 of a television camera (see Fig. 2) implements a “ring” scan of the charge image on the photodetector region 1-2-1, followed by parallel transfer of charges of all the lines of the frame to the memory section 1-2-2 and the final element-wise reading of the charge packets in the “ring” shift register 1-2-3 with the formation of the output voltage BPSN 1-2-4 voltage of the video signal in analog form.
В интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов в светочувствительных пикселах мишени 1-2-1 пропорционально освещенности панорамного сюжета.In the interval of the forward course of the frame, the process of accumulation of charge packets in the photosensitive pixels of the target 1-2-1 is proportional to the illumination of the panoramic plot.
В течение небольшого промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки выполняется параллельный перенос зарядов всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, в экранированные от света пикселы, расположенные в секции памяти 1-2-2.During a short period of the subsequent interval of the reverse scan of the frame scan, the charges of all the “ring” lines involved in the accumulation are parallelly transferred to the light-shielded pixels located in the memory section 1-2-2.
Затем в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а предыдущая зарядовая «картина» выводится из кристалла фотоприемника. При этом в интервале обратного хода строчной развертки происходит загрузка новыми зарядами из секции 1-2-2 в «кольцевой» регистр 1-2-3, которые затем, в каждом последующем интервале прямого хода по строке, переносятся в направлении к БПЗН 1-2-4, где для сигнала изображения выполняется поэлементное конвертирование уровня заряда в уровень напряжения.Then, in the new personnel cycle, another charge “picture” is accumulated on the target, and the previous charge “picture” is output from the photodetector crystal. At the same time, in the interval of the reverse stroke of horizontal scanning, new charges are loaded from section 1-2-2 into the “circular” register 1-2-3, which then, in each subsequent interval of the forward stroke along the line, are transferred towards BPZN 1-2 -4, where an image-by-element conversion of the charge level to the voltage level is performed for the image signal.
Отметим, что блок 1-3 телевизионной камеры, как и в прототипе [1], управляет работой «кольцевого» фотоприемника по входу «Импульсы сброса» для БПЗН 1-2-4, обеспечивая одинаковую по полю площадь считывающей апертуры. В результате гарантируется одинаковая чувствительность сенсора по пространству мишени.Note that the 1-3 camera unit of the television camera, as in the prototype [1], controls the operation of the “ring” photodetector at the input “Reset pulses” for BPZN 1-2-4, providing the same area of the reading aperture in the field. As a result, the same sensor sensitivity across the target space is guaranteed.
Аналоговый видеосигнал фотоприемника на выходе телевизионной камеры 1 преобразуется в цифровой телевизионный сигнал (ЦТС), а далее поступает на сервер 2. В сервере 2, как и в прототипе [1], осуществляется запись цифрового видеосигнала в оперативную память на кадр с последующим его считыванием, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры с общим числом k, а также возможность предоставления видеоинформации пользователям на выходе «Сеть» сервера 2.The analog video signal of the photodetector at the output of the television camera 1 is converted into a digital television signal (DTS), and then goes to server 2. In server 2, as in the prototype [1], the digital video signal is recorded into RAM on a frame, followed by its reading, and as a result, the conversion of the “ring” frame into ordinary “rectangular” frames with a total number k, as well as the possibility of providing video information to users at the “Network” output of server 2.
Следует сразу отметить, что в заявляемом решении, по сравнению с прототипом [1], организация оперативной памяти в сервере 2 имеет некоторые особенности, которые будут изложены ниже.It should be immediately noted that in the claimed solution, in comparison with the prototype [1], the organization of RAM in server 2 has some features, which will be described below.
Но вернемся к телевизионной камере 1. Отметим, что по умолчанию на входах «А», «В» и «С» временного контроллера 1-3-1 присутствует команда управления «000», означающая, что областью фотометрирования для АРВН и АРУ является «Окно 1» - область «кольцевой» мишени сенсора, отводимая для «прямоугольного» кадра 1.But back to the television camera 1. Note that by default, the inputs “A”, “B” and “C” of the temporary controller 1-3-1 have a “000” control command, which means that the photometric area for ARVN and AGC is “ Window 1 "- the area of the" ring "target of the sensor, reserved for the" rectangular "frame 1.
Поэтому на выходе «D» временного контроллера 1-3-1, см. фиг. 7, формируется импульсный сигнал, представленный на фиг. 6б.Therefore, the output "D" of the temporary controller 1-3-1, see Fig. 7, the pulse signal shown in FIG. 6b.
На время высокого уровня в сигнале «Окна» 1» коммутатор замкнут, а за этот промежуток на входе «Е» временного контроллера 1-3-1 получаем отсчет уровня выходного напряжения амплитудного детектора видеосигнала по пиковому или среднему значению, измеряемому по площади этого окна на мишени фотоприемника.At a high level in the “Window” 1 signal, the switch is closed, and during this period at the input “E” of the temporary controller 1-3-1 we get a reference of the output voltage level of the amplitude detector of the video signal from the peak or average value, measured by the area of this window on target photodetector.
Отметим, что данное напряжение от амплитудного детектора через аналогичный коммутатор с «окном» подается и на вход сигнального процессора 1-4 для управления работой АРУ.Note that this voltage from the amplitude detector through a similar switch with a "window" is supplied to the input of the signal processor 1-4 to control the operation of the AGC.
Пусть в нашем примере, где число k=6, показанном на фиг. 5, в условиях высокой освещенности наблюдаемого сюжета оказывается область, которую занимает «Окно 1 (кадр 1); в условиях слабо пониженной освещенности - «Окно 2» (кадр 2) и «Окно 5» (кадр 5); в условиях средне пониженной освещенности - «Окно 3 (кадр 3) и «Окно 6» (кадр 6), а в условиях существенно пониженной освещенности - «Окно 4» (кадр 4).Let in our example, where the number k = 6 shown in FIG. 5, in the conditions of high illumination of the observed plot, the area occupied by “Window 1 (frame 1); in low light conditions - “Window 2” (frame 2) and “Window 5” (frame 5); in conditions of medium low light - “Window 3 (frame 3) and“ Window 6 ”(frame 6), and in conditions of significantly reduced illumination -“ Window 4 ”(frame 4).
При входной команде «000» параметры, определяющие чувствительность изображения: длительность накопления фотоприемника Тн и коэффициент усиления видеотракта Ку, - фиксируются при оценке зарядового рельефа кадра 1, а распространяются на всю «кольцевую» мишень первого «кольцевого» кадра. При этом эти параметры, являющиеся оптимальными показателями для аналогового видеосигнала будущего «прямоугольного» кадра 1, не являются таковыми для кадров 2-6, т.к. для них они оказываются ниже оптимальных показателей. Далее из телевизионной камеры 1 ЦТС этого «кольцевого» кадра поступает в первую оперативную память сервера 2, где выполняется его запись.When the input command is “000”, the parameters that determine the sensitivity of the image: the accumulation time of the photodetector T n and the gain of the video path K y , are fixed when evaluating the charge relief of frame 1, and apply to the entire “ring” target of the first “ring” frame. Moreover, these parameters, which are optimal indicators for the analog video signal of the future “rectangular” frame 1, are not such for frames 2-6, because for them, they are below the optimal indicators. Further, from the television camera 1, the DSP of this "ring" frame enters the first random access memory of server 2, where it is recorded.
Когда счетчик 1-3-5 формирует следующую команду «100», телевизионная камера 1 переходит к формированию второго «кольцевого» кадра, в котором будут автоматически установлены другие оптимальные параметры по длительности накопления фотоприемника Тн и коэффициенту усиления видеотракта Ку для аналогового видеосигнала будущего «прямоугольного» кадра 2. Отметим, что в нашем примере, по сравнению с предыдущим отсчетом, эти показатели будут повышены. В составе второго «кольцевого» кадра его запись произойдет во вторую оперативную память сервера 2.When the counter 1-3-5 generates the next command "100", the television camera 1 proceeds to the formation of the second "ring" frame, which will automatically set other optimal parameters for the duration of the accumulation of the photodetector T n and the gain of the video path K y for the analog video signal of the future "Rectangular" frame 2. Note that in our example, compared with the previous count, these indicators will be increased. As part of the second “ring” frame, its recording will occur in the second random access memory of server 2.
Совершенно аналогичные операции будут выполняться и при последующих командах счетчика 1-3-5, работающего в циклическом режиме.Quite the same operations will be performed on subsequent counter commands 1-3-5, operating in a cyclic mode.
В результате шесть «кольцевых» кадров в полностью автоматическом режиме будут записаны раздельно в первую, вторую, третью, четвертую, пятую и шестую оперативные памяти сервера 2.As a result, six “ring” frames in fully automatic mode will be recorded separately in the first, second, third, fourth, fifth and sixth random access memory of server 2.
Это означает, что в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов, сопутствующих панорамному телевизионному наблюдению, в каждой из этих цифровых записей «кольцевого» видеосигнала будут содержаться соответственно по одной качественной (оптимальной) записи для первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого «прямоугольных» кадров.This means that in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects accompanying panoramic television surveillance, each of these digital recordings of the “ring” video signal will contain, respectively, one high-quality (optimal) recording for the first, second, third, fourth, fifth and the sixth “rectangular” frames.
А только для этих «прямоугольных» кадров и в данном порядке необходимо и достаточно произвести считывание видеоинформации из каждой из записей, чтобы ее можно было с успехом предложить операторам-пользователям персональных компьютеров 3.And only for these “rectangular” frames and in this order it is necessary and sufficient to read the video information from each of the records so that it can be successfully offered to the user operators of personal computers 3.
Технический результат заявляемого решения обеспечивается, что в телевизионной камере 1 будут в полностью автоматическом режиме получены искомые оптимальные показатели для параметров Тн и Ку применительно к шести участкам «кольцевой» мишени фотоприемника.The technical result of the proposed solution is provided that in the television camera 1 will be fully automatically obtained the desired optimum performance for the parameters T n and K in relation to six sections of the "ring" target of the photodetector.
Следовательно, будет достигнуто повышенное отношение сигнал/шум (ψ) формируемого видеосигнала и соответственно увеличение чувствительности наблюдаемых фрагментов изображения, по сравнению с прототипом, в аналогичных условиях контролируемого сюжета.Therefore, an increased signal-to-noise ratio (ψ) of the generated video signal and, accordingly, an increase in the sensitivity of the observed image fragments, as compared with the prototype, under similar conditions of the controlled plot will be achieved.
В настоящее время все блоки структурной схемы компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, реализующей предлагаемый способ формирования видеосигнала, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.Currently, all the blocks of the structural diagram of a computer system for panoramic television monitoring that implements the proposed method for generating a video signal, mastered or can be mastered by domestic industry.
Поэтому следует считать предлагаемое изобретение на способ формирования видеосигнала в «кольцевом» фотоприемнике и сервере для компьютерной системы панорамного наблюдения в условиях сложной освещенности и/или сложной яркости объектов соответствующим требованию о промышленной применимости.Therefore, the present invention should be considered as a method for generating a video signal in a “ring” photodetector and server for a panoramic panoramic computer system in conditions of complex illumination and / or complex brightness of objects corresponding to the requirement for industrial applicability.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент РФ №2625163. МПК H04N 7/00. Телевизионная камера и ее «кольцевой» фотоприемник для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения. / В.М. Смелков // БИ. - 2017. - №20.1. RF patent No. 2625163. IPC H04N 7/00. A television camera and its “ring” photodetector for a computer system for panoramic television surveillance. / V.M. Smelkov // BI. - 2017. - No. 20.
2. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.2. RF patent No. 2185645. IPC G02B 13/06, G02B 17/08. Panoramic mirror lens. / A.V. Kurtov, V.A. Solomatin // B.I. - 2002. - No. 20.
3. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Перевод с английского. - М.: «Мир», 1988.3. Tokheim R. Fundamentals of Digital Electronics. Translation from English. - M.: “World”, 1988.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132050A RU2657454C1 (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132050A RU2657454C1 (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657454C1 true RU2657454C1 (en) | 2018-06-14 |
Family
ID=62620401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017132050A RU2657454C1 (en) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657454C1 (en) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554585A (en) * | 1983-08-12 | 1985-11-19 | Rca Corporation | Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems |
| US4811106A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-07 | The General Electric Company, P.L.C. | Frame transfer image sensor having two vertical clock standards |
| US5841471A (en) * | 1996-09-12 | 1998-11-24 | Eastman Kodak Company | Timing control for a digitally interfaced camera using variable line readout intervals |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| US20070103543A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-05-10 | Polar Industries, Inc. | Network panoramic camera system |
| US20100023982A1 (en) * | 1997-12-04 | 2010-01-28 | Pentax Of America, Inc. | Camera connectible to cctv network |
| US20110074962A1 (en) * | 2006-06-23 | 2011-03-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Network camera apparatus and distributing method of video frames |
| US20110096216A1 (en) * | 2009-09-10 | 2011-04-28 | Fujifilm Corporation | Imaging pickup device and image pickup method |
| US20140092289A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Fujitsu Limited | Method and device for processing captured-image signals |
| RU2625163C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-12 | Вячеслав Михайлович Смелков | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
-
2017
- 2017-09-12 RU RU2017132050A patent/RU2657454C1/en active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4554585A (en) * | 1983-08-12 | 1985-11-19 | Rca Corporation | Spatial prefilter for variable-resolution sampled imaging systems |
| US4811106A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-07 | The General Electric Company, P.L.C. | Frame transfer image sensor having two vertical clock standards |
| US5841471A (en) * | 1996-09-12 | 1998-11-24 | Eastman Kodak Company | Timing control for a digitally interfaced camera using variable line readout intervals |
| US20100023982A1 (en) * | 1997-12-04 | 2010-01-28 | Pentax Of America, Inc. | Camera connectible to cctv network |
| US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
| US20070103543A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-05-10 | Polar Industries, Inc. | Network panoramic camera system |
| US20110074962A1 (en) * | 2006-06-23 | 2011-03-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Network camera apparatus and distributing method of video frames |
| US20110096216A1 (en) * | 2009-09-10 | 2011-04-28 | Fujifilm Corporation | Imaging pickup device and image pickup method |
| US20140092289A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Fujitsu Limited | Method and device for processing captured-image signals |
| RU2625163C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-12 | Вячеслав Михайлович Смелков | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2352279B1 (en) | Multi-step exposure method using electronic shutter and photography apparatus using the same | |
| CN109314742B9 (en) | Method, apparatus, device and storage medium for iris simulation | |
| KR102436954B1 (en) | Image photographing apparatus and method of controlling thereof | |
| RU2545519C1 (en) | Apparatus for computer-based panoramic television surveillance system and photodetector setup therefor | |
| US10326956B2 (en) | Circuits for self-powered image sensors | |
| RU2552101C1 (en) | Configuration of tv panoramic observation computer system and organisation of photo receiver to this end | |
| EP3040754B1 (en) | Imaging device, method, and program | |
| CN112995545B (en) | Multi-sensor high dynamic range imaging | |
| RU2625163C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2611421C1 (en) | Television camera and its "ring" photodetector for computer system of panoramic surveillance | |
| RU2665695C1 (en) | Computer system device for panoramic television surveillance | |
| RU2640755C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2633758C1 (en) | Hypersensitive television camera for panoramic computer vision system | |
| RU2657454C1 (en) | Method for forming video signal in “ring” photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects | |
| RU2640756C1 (en) | Computer system device for television circular review of internal surface of large diameter pipes and pipelines | |
| RU2657455C1 (en) | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor and server for computer system of panoramic observation in conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects | |
| RU2657449C1 (en) | Method for forming a video signal in "ring" photodetector and server for panoramic surveillance computer system in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects | |
| RU2656377C1 (en) | Method for forming a video signal in "ring" photodetector and server for panoramic surveillance computer system in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects | |
| RU2657456C1 (en) | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects | |
| RU2530879C1 (en) | Device for panoramic television surveillance "day-night" | |
| RU2657459C1 (en) | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects | |
| RU2657458C1 (en) | Method of forming a video signal in a “ring”; photosensor for computer system of panoramic television observation under conditions of complex lighting and / or complex brightness of objects | |
| RU2657453C1 (en) | Method for forming video signal in a “ring” photodetector for computer system of panoramic television surveillance in conditions of complex illumination and/or complex brightness of objects | |
| RU2611424C1 (en) | Method of forming videosignal in "ring" photodetector for computer system of panoramic television surveillance | |
| RU2592831C1 (en) | Photodetector device for panoramic television-computer surveillance |