RU2675245C1 - Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения - Google Patents
Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675245C1 RU2675245C1 RU2018107142A RU2018107142A RU2675245C1 RU 2675245 C1 RU2675245 C1 RU 2675245C1 RU 2018107142 A RU2018107142 A RU 2018107142A RU 2018107142 A RU2018107142 A RU 2018107142A RU 2675245 C1 RU2675245 C1 RU 2675245C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring
- photodetector
- register
- output
- line
- Prior art date
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС). Техническим результатом является сокращение энергопотребления фотоприемника. Результат достигается за счет двойного снижения частоты поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке путем выполнения выходного «кольцевого» регистра в виде двух «кольцевых» регистров. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Предлагаемое изобретение имеет отношение к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство «кольцевого» фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения [1], изготовленное по технологии ПЗС, имеющее форму кольца и содержащее на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» выходной регистр и блок преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), выход которого является выходом цветного видеосигнала фотоприемника, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область (мишень) накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента (пиксела) его «кольцевого» выходного регистра, при этом в БПЗН выполняется управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов на мишени фотоприемника.
В прототипе [1] обеспечивается выравнивание разрешающей способности формируемого цветного изображения четырехстрочного кадра за счет управления площадью считывающей апертуры видеосигнала. Предполагается, что БПЗН фотоприемника прототипа организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.
Следует отметить, что применительно к отдельно взятой строке в прототипе [1] выполняется традиционная загрузка зарядовыми пакетами «кольцевого» выходного регистра в пределах временного промежутка, который занимает длительность интервала обратного хода строчной развертки.
Недостаток прототипа «кольцевого» фотоприемника - повышенное энергопотребление, связанное с высокой частотой поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке, которым сопровождается существенное наращивание числа светочувствительных пикселов, необходимое для достижения желаемой разрешающей способности выходного видеосигнала.
Из монографии [3, с. 153] известно, что в n-канальном ПЗС с размером ячейки 30 мкм, работающем на частоте 1 МГц, зарядовый пакет величиной 0,5 пКл потребляет удельную мощность около 2,8 нВт/элемент.И эта величина растет как квадрат рабочей частоты. Отсюда следует, что мощность энергопотребления фотоприемника на ПЗС в первом приближении определяется затратами по организации в нем поэлементного переноса зарядов.
Задачей изобретения является сокращение энергопотребления фотоприемника за счет двойного снижения частоты поэлементного переноса зарядов в «кольцевой» строке, путем выполнения выходного «кольцевого» регистра в виде двух «кольцевых» регистров, каждый из которых содержит число пикселов, равное (половине) по отношению к их количеству у прототипа.
Поставленная задача в заявляемом «кольцевом» фотоприемнике для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения решается тем, что в устройстве прототипа [1], изготовленном по технологии ПЗС, имеющем форму кольца и содержащащем на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» выходной регистр и БПЗН, выход которого является выходом цветного видеосигнала фотоприемника, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область (мишень) накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела его «кольцевого» выходного регистра, при этом в БПЗН выполняется управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, в состав которого введен фотозатвор, расположенный между мишенью и «кольцевым» выходным регистром, при этом сам «кольцевой» выходной регистр выполнен в виде двух смежных (первого и второго) «кольцевых» регистров, каждый из которых снабжен затвором загрузки и содержит половину от числа элементов для каждой фотоприемной строки, причем расположенный за мишенью первый «кольцевой» регистр является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов в двух направлениях, а именно: как вдоль регистра, так и поперек его (насквозь), при этом каждый из двух смежных элементов первой фотоприемной строки мишени связан зарядовой связью через соответствующий затвор загрузки с расположенными напротив элементами первого и второго «кольцевых» регистров, а последние элементы первого и второго «кольцевых» регистров связаны зарядовой связью соответственно с первым и со вторым входами БПЗН, причем для зарядовых пакетов, поступающих по его второму входу, выполняется параллельно, как и по первому входу, управление площадью считывающей апертуры видеосигнала, при этом каждый из двух затворов обеспечивает загрузку зарядовыми пакетами для своего «кольцевого» регистра (применительно к отдельно взятой строке) в течение половины интервала обратного хода строчной развертки и по отношению к другому затвору - последовательно во времени, а число фазных электродов для отдельно взятого пиксела в обоих «кольцевых» регистрах должно быть четным, составляя показатель 2 или 4.
По отношению к прототипу [1] заявляемый фотоприемник отличается введением в его состав фотозатвора и технологически выполнением «кольцевого» выходного регистра. Этот выходной регистр предлагается реализовать по методу ПЗС-технологии в виде двух смежных (первого и второго) «кольцевых» регистров.
Дополнительно в новом устройстве фотоприемника БПЗН (применительно к его входу) превращается из одноканального в двухканальный блок, причем по каждому из этих входов параллельно выполняется управление площадью считывающей апертуры текущего видеосигнала.
При организации в телевизионной камере с помощью такого фотоприемника сканируемого четырехстрочного «кольцевого» растра разрешающая способность видеосигнала панорамного изображения остается неизменной, а энергопотребление от блока развертки сокращается почти в два раза.
Важно отметить, что управление двумя «кольцевыми» регистрами, осуществляемое блоком развертки на оба регистра, по сравнению с прототипом [1], требует лишь уменьшения в два раза частоты поэлементного переноса. Зарядовые сигналы будут складываться в правильном фазовом соотношении за счет выбора четного показателя для числа фазных электродов применительно к отдельно взятому элементу этих регистров.
Добавим, что в телевизионной камере с новым фотоприемником сохраняется в прежнем виде и механизм сканера - шагового перемещения сенсора на ширину четырех строк в направлении, которое перпендикулярно относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива.
Совокупность известных и новых признаков заявляемого устройства не известна из уровня техники, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.
В заявляемом устройстве оригинальный сканер при тех же энергозатратах прототипа способен реализовать повышенную разрешающую способность формируемого цветного телевизионного изображения для контролируемого объекта.
Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведена схемотехническая организация заявляемого фотоприемника; на фиг. 2 - структурная схема устройства компьютерной системы с этим фотоприемником для панорамного телевизионного сканирования цветного изображения; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [4], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 5 - предлагаемое оператору панорамное изображение текущего «кольцевого» кадра в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров; на фиг. 6, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 7 изображена эпюра выходного сигнала блока формирования апертуры (БФА) в составе телевизионной камеры с использованием заявляемого фотоприемника; на. 8 - фиг. 8 - эпюры сигналов, поясняющие работу «кольцевых» регистров.
Заявляемый фотоприемник, см. фиг. 1, в позиции 1-3, выполнен по технологии ПЗС, на кристалле которого, имеющего форму кругового кольца, расположены: «кольцевая» четырехстрочная фотоприемная область 1-3-1, фотозатвор 1-3-2, первый «кольцевой» регистр 1-3-3-(1), второй «кольцевой» регистр 1-3-3-(2) иБПЗН 1-3-4.
Каждый из этих «кольцевых» регистров имеет входное управление через затвор загрузки, который по импульсному сигналу может быть открыт, обеспечивая поступление зарядовых пакетов в ячейки своего регистра, или наоборот - закрыт, изолируя тем самым ячейки своего регистра от поступления зарядов.
Фотоприемник 1-3, см. фиг. 1 и 3, реализует «кольцевую» развертку четырех строк зарядового изображения на фотоприемной области 1-3-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов параллельно в обоих «кольцевых» регистрах 1-3-3-(1) и 1-3-3-(2) и формированием на выходе БПЗН 1-3-4 напряжения цветного видеосигнала в аналоговой форме.
При этом при закрытом фотозатворе 1-3-2 в течение одного интервала происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных пикселах фотоприемной области 1-3-1. В течение кратковременного промежутка последующего интервала открывается затвор мишени и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы, расположенные на той же области 1-3-1.
Затем затвор мишени закрывается, а накопленные зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая через открывающийся фотозатвор 1-3-2 новыми зарядами оба «кольцевых» регистра.
Рассмотрим подробнее «механизм» этой зарядовой загрузки, используя временные диаграммы сигналов, представленные на фиг. 8.
На фиг. 8а изображена эпюра сигнала для строчного гасящего импульса, действующего в течение интервала гахс.с периодом строк Тс.
На фиг. 8б, фиг. 8в показаны эпюры импульсных сигналов, управляющие затворами загрузки второго «кольцевого» регистра 1-3-3-(2) и первого «кольцевого» регистра 1-3-3-(1) соответственно.
Отметим, что первый «кольцевой» регистр 1-3-3-(1) является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов двух направлениях, а именно: как вдоль регистра, так и поперек (насквозь), т.е. в ячейки второго «кольцевого регистра 1-3-3 -(2).
Для реализации второй функции в зазоры между элементами регистра 1-3-3-(1), имеющие ширину пиксела, устанавливаются дополнительные электроды (на фиг. 1 и на фиг. З они отмечены пунктиром), соединенные между собой и подключенные к постоянному напряжению, величина которого не менее управляющего потенциала зарядового переноса. Эти дополнительные электроды выполняют одновременно и другую важную роль, а именно: исключают зарядовые потери при «кольцевом» переносе в регистре 1-3-3-(1). По этой причине точно такие же дополнительные электроды устанавливаются и в зазоры между элементами регистра 1-3-3-(2).
На фиг. 8 г, фиг. 8д представлены эпюры импульсных сигналов, управляющие работой обоих «кольцевых» регистров параллельно применительно для двухфазной системы переноса зарядов, где Tv=l/f3 -период поэлементного переноса зарядовых пакетов. В промежутке Уг г0.хс.-интервале активного действия импульса, показанного на фиг. 8б, через открытый затвор загрузки во второй «кольцевой» регистр 1-3-3-(2) будут поступать заряды первого, третьего, пятого и других нечетных элементов строки. А в последующем интервале ХА т0.хс.- интервале активного действия импульса, изображенного на фиг. 8в, через открытый затвор будет загружаться зарядами первый «кольцевой» регистр 1-3-3-(1), но применительно для второго, четвертого, шестого и других четных элементов этой строки. Отметим, что в этом временном промежутке зарядовые пакеты,
загруженные ранее во второй «кольцевой» регистр 1-3-3-(2), остаются там «на своих местах», находясь в ячейках (потенциальных ямах) регистра в режиме хранения.
Фотоприемник является единственным сенсором видеосигнала цветного изображения, в котором, благодаря применению цветного «кольцевого» фильтра, пикселы ПЗС становятся чувствительными к голубой (Су), желтой (Ye), пурпурной (Mg) и зеленой (G) цветовым составляющим. Конструкция этого фотоприемника представлена на фиг. З.
Как и в прототипе [1], в заявляемой телевизионной камере реализуется режим накопления поля. Это означает, что перед считыванием в «кольцевых» регистрах 1-3-3 зарядовые пакеты соседних (в радиальном направлении) пикселов фотомишени объединяются попарно. Причем выполняется эта процедура раздельно для нечетных «кольцевых» строк (первой и третьей) и соответственно четных «кольцевых» строк (второй и четвертой) формируемого изображения «кольцевого» кадра.
Поэтому, как и в прототипе [1], первая строка содержит попарные отсчеты: (Mg+Су), (G+YJ, (Mg+Су), (G+Ye). Аналогичные отсчеты будет содержать и третья строка.
А вторая строка содержит попарные отсчеты: (Су+G), (Ye+Mg), (Су+G), (Ye+Mg). Аналогичные отсчеты будет содержать и четвертая строка.
Для получения яркостного сигнала для нечетной строки производится операция по алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка на элемент разложения, совпадающая по времени с промежутком «кольцевого» поворота зарядов, и суммирование попарных отсчетов:
(1)
Коэффициент Уг в формуле (3) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования зарядов в попарных отсчетах. Очевидно, что выражение (1) можно представить так:
Y=l/2[{G+G+R)+{R+B+G+B)]=\/2{2B+3G+2R) (2)
Очевидно, что выражение (1) можно представить так:
Применив аналогичный алгоритм для четной строки, получим следующее выражение для яркостного сигнала:
Аналогично представим выражение (3) в основных цветах:
Выражения (2) и (4) показывают, что яркостной сигнал для нечетной и четной строки одинаков.
Для получения цветоразностного сигнала синего (В - У) выполняется операция по другому алгоритму, который заключается в том, что для нечетной строки выполняется задержка по времени на элемент разложения и вычитание попарных отсчетов:
Для получения цветоразностного сигнала красного R - У) выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четной строки:
Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в сигнал CVBS в системе PAL. Поясним, что CVBS - аббревиатура от английских слов: «composite video bar signal», т.е. полный видеосигнал.
Необходимо отметить, что для «кольцевого» фотоприемника электроды переноса на мишени 1-3-1, в «кольцевых» регистрах 1-3-3-(1) и 1-3-3-(2), включая конфигурацию из затворов загрузки, а также световые «окна» для «кольцевого» мозаичного фильтра могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца.
Телевизионная камера цветного изображения, выполненная на базе нового фотоприемника, см. фиг. 2, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, инфракрасный отсекающий фильтр (ИК-фильтр) 1-2 и фотоприемник 1-3, мишень которого накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. З, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты; в состав телевизионной камеры входят также следующие блоки: блок 1-4 механического сканирования сенсора, блок 1-5 «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала, сигнальный процессор 1-6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1-7 и БФА 1-8; выход БПЗН 1-3-4 фотоприемника подключен к информационному входу сигнального процессора 1-6, соединенному последовательно с АЦП 1-7, причем блок 1-4 кинематически связан с фотоприемником 1-3 и осуществляет его механическое сканирование (с шагом, равным ширине четырех строк) в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива 1-1; первый выход блока 1-5 подключен соответственно к управляющим входам мишени 1-3-1 сенсора, второй выход блока 1-5 - к управляющим входам обоих «кольцевых» регистров 1-3-3-(1) и 1-3-3-(2) сенсора, третий выход блока 1-5 - к входу синхронизации сигнального процессора 1-6, четвертый выход блока 1-5 - к тактовому входу АЦП 1-7, выход управления экспозицией сигнального процессора 1-6 подключен к первому управляющему входу блока 1-5, пятый выход которого подключен к входу синхронизации блока 1-4; информационный вход БФА 1-8 подключен к выходу импульсов сброса блока 1-5, синхронизирующий вход БФА 1-8 - к соответствующему выходу блока 1-5, а выход БФА 1-8 - ко второму управляющему входу блока 1-5; выход АЦП 1-7 является выходом телевизионной камеры.
Вводимый в состав фотоприемника телевизионной камеры фотозатвор 1-3-2 обеспечивает электрическую изоляцию мишени во время процесса зарядового накопления, что позволяет, по сравнению с прототипом [1], избежать необходимости разнесения во времени процесса накопления зарядов в фотоприемнике и процесса шагового перемещения сенсора.
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, совпадающим с аналогичным решением для прототипа, может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [4].
Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.
Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемников в пользу кругового кольца.
ИК-фильтр 1-2, как и в прототипе [1], изменяет спектральную характеристику «кольцевого» фотоприемника 1-3, обеспечивая необходимое согласование со спектральной чувствительностью человеческого глаза.
Отметим, что период управляющих импульсов Tr, формируемых на выходе БФА 1-8, как и у прототипа [1], определяется соотношением:
где Тр - период считывания элемента в фотоприемнике;
nm - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в фотоприемнике равна отношению:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в фотоприемнике;
Δm - площадь светочувствительного элемента для текущей строки считывания в фотоприемнике.
На фиг. 6 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника 1-3 с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала, см. например, [2]. На этом чертеже приняты следующие обозначения: Uф1, Uф2 - напряжения на шинах для двухфазного управления «кольцевым» регистром сдвига; Uвыхз - напряжение на выходном затворе; Двых, Дсбр - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.
Перед считыванием информационного заряда очередного элемента в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Дсбр.
Эта процедура осуществляется в заявляемом фотоприемнике параллельно, как для первого, так и для второго «кольцевых» регистров при помощи импульсов сброса Tr, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-3-4 (см. фиг. 1).
Блок формирования апертуры (БФА) 1-7 предназначен для управления считывающей апертурой фотоприемника 1-3 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3-4. В результате для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры видеосигнала при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсора.
Эпюра выходного сигнала Tr, вырабатываемая на выходе БФА 1-7, представлена на фиг. 7. Фотоприемник 1-3 содержит на мишени четыре «кольцевые» строки. На этой диаграмме первая строка обозначена как Тс1, а последняя строка - как Тс4.
Управляющие импульсы имеют положительную полярность, малую (короткую) длительность и различный период следования в пределах каждой из «кольцевых» строк.
Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен Tr1, а период управляющих импульсов для последней (четвертой) «кольцевой» строки - Tr4. Период Tr1 является самым малым и равен периоду считывания элемента Тр, а период считывания Tr4 - самым большим, который равен nTr.
Коэффициент n в последнем выражении определяется целым числом из соотношения:
где Δ1 - площадь светочувствительного элемента для первой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике;
Δ4 - площадь светочувствительного элемента для четвертой строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике.
В физическом плане управление площадью апертуры осуществляется за счет суммирования зарядовых пакетов в соседних элементах каждой текущей «кольцевой» строки сенсора до выполнения процедуры преобразования «заряд - напряжение».
Поэтому это зарядовое сложение не может быть дополнительным источником шумов для видеосигнала на выходе телевизионной камеры.
Рассмотрим работу телевизионной камеры 1 цветного изображения в составе компьютерной системы панорамного сканирования, см. фиг. 2.
Система содержит телевизионную камеру в позиции 1 и сервер в позиции 2, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3. В разъем расширения на материнской плате сервера 2 установлена плата видео, согласованная по каналам ввода/вывода, управлению и питанию с шиной сервера, содержащая блок преобразования «кольцевого» кадра в «прямоугольный» (БПКП), вход которого подключен к выходу блока оперативной памяти на кадр, а выход - к выходу «сеть», причем число «прямоугольных» кадров (k), соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:
где γг - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, априори означающее оптимизированное использование мишени фотоприемника.
Панорамный объектив 1-1 формирует «кольцевое» оптическое изображение контролируемой сцены, проецируя его через ИК-фильтр 1-2 на мишень 1-3-1 фотоприемника телевизионной камеры.
Фотоприемник 1-3 (см. фиг. 2) в статичном (неподвижном) состоянии реализует зарядовое накопление оптического изображения на мишени 1-3-1. При этом фотозатвор 1-3-2 на время накопления зарядов остается закрытым.
Когда интервал накопления заканчивается, фотозатвор 1-3-2 открывается, осуществляется последовательный перенос накопленных зарядов для каждой из четырех строк мишени в ячейки первого «кольцевого» регистра 1-3-3-(1) и в ячейки второго «кольцевого» регистра 1-3-3-(2) соответственно, при этом сам фотоприемник 1-3 перемещается на один шаг механического сканирования.
Затем фотозатвор 1-3-2 вновь закрывается. На мишени 1-3-1 начинается цикл накопления новой зарядовой «картины», а в обоих «кольцевых» регистрах осуществляется поэлементное перемещение зарядовых пакетов (последовательно для всех четырех строк) предыдущей зарядовой «картины по направлению к БПЗН 1-3-4 и формирование на его выходе аналогового видеосигнала. Далее процесс повторяется
В результате последующего аналого-цифрового преобразования видеосигнала на выходе телевизионной камеры 1 формируется цифровой телевизионный сигнал цветного изображения для одной «кольцевой» строки реконструируемого растра. По интерфейсу (например, USB 2,0) в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал этой «кольцевой» строки фотоприемника 1-3, а затем и видеосигнал других «кольцевых» строк при пошаговом перемещении самого фотоприемника на ширину четырех строк его мишени.
В итоге в оперативную память сервера 2 будет занесена видеоинформация о «кольцевом» кадре, полученном при помощи «сканерной» записи составляющих его «кольцевых» строк.
Допустим, что, как и в прототипе, горизонтальный угол поля зрения (γг) предъявляемого панорамного изображения составляет 60 градусов.
Тогда по соотношению (9) должно быть предусмотрено, что одна шестая часть каждой «кольцевой» строки из «кольцевого» кадра записывается в сервере 2 соответственно в один из шести массивов оперативной памяти на кадр.
Предположим, что полное число «кольцевых» строк, составляющих в «кольцевом» кадре угол места сканирования панорамного объекта, равно m. Необходимость процесса шагового перемещения сенсора определяет режим формирования этого кадра как медленный, т.е. малокадровый.
Далее, как и в прототипе [1], в сервере 2 осуществляется операция считывания видеосигнала, а в результате - конвертирование «кольцевого» кадра в обычные «прямоугольные» кадры вещательного телевидения и возможность предоставления этой информации на выходе «сеть» сервера 2.
Поэтому цифровой видеосигнал записи для каждого «кольцевого» кадра изображения преобразуется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 5) операторам компьютеров 3.
Это означает, что в реальном масштабе времени может быть реализован контроль шести изображений с одинаковой по полю и повышенной четкостью наблюдаемой «картины», как у прототипа [1], но с уменьшенным почти в два раза энергопотреблением фотоприемника.
В настоящее время все элементы структурной схемы устройства «кольцевого» фотоприемника (все элементы его схемотехнической организации), предназначенного для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.
Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2641287. МПК H04N 7/00, H04N 5/225. Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования. / В.М. Смелков // Б.И. - 2018. - №2.
2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. - «Радио и связь», 1986.
3. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. Перевод с англ. - «Мир», 1978.
4. Патент РФ №2185645. МПК G02B 13/06, G02B 17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. - №20.
Claims (2)
1. Устройство «кольцевого» фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения, изготовленное по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеющее форму кольца и содержащее на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область, «кольцевой» выходной регистр и блок преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), выход которого является выходом цветного видеосигнала фотоприемника, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, а сама фотоприемная область накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, при этом площадь светочувствительных элементов на мишени фотоприемника, совпадающая с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, и площадь соответствующих экранированных элементов на мишени фотоприемника от строки к строке различна, увеличиваясь в направлении вдоль «кольцевой» строки по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь пиксела его «кольцевого» выходного регистра, при этом в БПЗН выполняется управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов мишени фотоприемника, отличающееся тем, что в его состав введен фотозатвор, расположенный между мишенью и выходным «кольцевым» регистром, а сам «кольцевой» выходной регистр выполнен в виде двух смежных (первого и второго) «кольцевых» регистров, каждый из которых снабжен затвором загрузки и содержит половину от числа элементов для каждой фотоприемной строки, причем расположенный за мишенью первый «кольцевой» регистр является универсальным, обеспечивая перенос зарядовых пакетов в двух направлениях, а именно как вдоль регистра, так и поперек его (насквозь), при этом каждый из двух смежных элементов первой фотоприемной строки связан зарядовой связью через соответствующий затвор загрузки с расположенными напротив элементами первого и второго «кольцевых» регистров, а последние элементы первого и второго «кольцевых» регистров связаны зарядовой связью соответственно с первым и со вторым входами БПЗН, причем для зарядовых пакетов, поступающих по его второму входу, выполняется параллельно, как и по первому входу, управление площадью считывающей апертуры видеосигнала, при этом каждый из двух затворов обеспечивает загрузку зарядовыми пакетами для своего «кольцевого» регистра в течение половины интервала обратного хода строчной развертки и по отношению к другому затвору - последовательно во времени, а число фазных электродов для отдельно взятого пиксела в обоих «кольцевых» регистрах должно быть четным, составляя показатель 2 или 4.
2. Устройство «кольцевого» фотоприемника по п. 1, отличающееся тем, что электроды переноса фотоприемной области, первого и второго «кольцевых» регистров, включая конфигурацию их затворов загрузки, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018107142A RU2675245C1 (ru) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018107142A RU2675245C1 (ru) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2675245C1 true RU2675245C1 (ru) | 2018-12-18 |
Family
ID=64753251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018107142A RU2675245C1 (ru) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2675245C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703967C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2019-10-22 | Вячеслав Михайлович Смелков | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4236830A (en) * | 1978-12-29 | 1980-12-02 | International Business Machines Corporation | CCD Parallel-serial and serial-parallel charge transfer method and apparatus |
EP0265271A2 (en) * | 1986-10-23 | 1988-04-27 | Sony Corporation | Electronic shutter for an electronic camera and method of utilizing a CCD image sensor as electronic shutter for such a camera |
US4811106A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-07 | The General Electric Company, P.L.C. | Frame transfer image sensor having two vertical clock standards |
US4990985A (en) * | 1987-07-21 | 1991-02-05 | Nec Corporation | Charge coupled device having a parallel-serial converting portion |
EP0776123A2 (en) * | 1995-11-21 | 1997-05-28 | Sony Corporation | Three-line linear sensor |
US5880781A (en) * | 1995-07-31 | 1999-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Color filter array for a CCD driven in eight phases |
US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
US7259788B1 (en) * | 2002-01-28 | 2007-08-21 | Pixim, Inc. | Image sensor and method for implementing optical summing using selectively transmissive filters |
RU2641287C1 (ru) * | 2017-04-21 | 2018-01-17 | Вячеслав Михайлович Смелков | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования |
-
2018
- 2018-02-26 RU RU2018107142A patent/RU2675245C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4236830A (en) * | 1978-12-29 | 1980-12-02 | International Business Machines Corporation | CCD Parallel-serial and serial-parallel charge transfer method and apparatus |
US4811106A (en) * | 1986-05-16 | 1989-03-07 | The General Electric Company, P.L.C. | Frame transfer image sensor having two vertical clock standards |
EP0265271A2 (en) * | 1986-10-23 | 1988-04-27 | Sony Corporation | Electronic shutter for an electronic camera and method of utilizing a CCD image sensor as electronic shutter for such a camera |
US4990985A (en) * | 1987-07-21 | 1991-02-05 | Nec Corporation | Charge coupled device having a parallel-serial converting portion |
US5880781A (en) * | 1995-07-31 | 1999-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Color filter array for a CCD driven in eight phases |
EP0776123A2 (en) * | 1995-11-21 | 1997-05-28 | Sony Corporation | Three-line linear sensor |
US6563101B1 (en) * | 2000-01-19 | 2003-05-13 | Barclay J. Tullis | Non-rectilinear sensor arrays for tracking an image |
US7259788B1 (en) * | 2002-01-28 | 2007-08-21 | Pixim, Inc. | Image sensor and method for implementing optical summing using selectively transmissive filters |
RU2641287C1 (ru) * | 2017-04-21 | 2018-01-17 | Вячеслав Михайлович Смелков | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703967C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2019-10-22 | Вячеслав Михайлович Смелков | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2552101C1 (ru) | Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и организация фотоприёмника для его реализации | |
RU2611421C1 (ru) | Телевизионная камера и её "кольцевой" фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения | |
RU2625163C1 (ru) | Телевизионная камера и её "кольцевой" фотоприёмник для компьютерной системы панорамного наблюдения | |
RU2706011C1 (ru) | Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения | |
RU2633758C1 (ru) | Телевизионная камера повышенной чувствительности для панорамного компьютерного наблюдения | |
RU2665695C1 (ru) | Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения | |
RU2675245C1 (ru) | Устройство "кольцевого" фотоприёмника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования цветного изображения | |
RU2675244C1 (ru) | Устройство "кольцевого" фотоприёмника цветного изображения для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения | |
RU2640756C1 (ru) | Устройство компьютерной системы для телевизионного кругового обзора внутренней поверхности труб и трубопроводов большого диаметра | |
RU2641287C1 (ru) | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования | |
RU2710779C1 (ru) | Устройство "кольцевого" фотоприёмника цветного изображения для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения | |
RU2641284C1 (ru) | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного наблюдения | |
RU2631830C1 (ru) | Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения | |
RU2683241C1 (ru) | Способ управления поэлементным переносом зарядовых пакетов в "кольцевом" фотоприёмнике на ПЗС для панорамного телевизионно-компьютерного наблюдения | |
CN111835971B (zh) | 图像处理方法、图像处理***、电子设备及可读存储介质 | |
RU2579002C1 (ru) | Устройство компьютерной системы для панорамного сканирования монохромного изображения | |
RU2611426C1 (ru) | Датчик видеосигнала основных цветов для панорамного телевизионного наблюдения цветного изображения | |
RU2564678C1 (ru) | Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения с повышенной чувствительностью | |
RU2579003C1 (ru) | Устройство компьютерной системы для панорамного сканирования цветного изображения | |
RU2703967C1 (ru) | Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования | |
RU2625164C1 (ru) | Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения | |
RU2555855C1 (ru) | Устройство панорамного наблюдения "день-ночь" и телевизионная камера для его реализации | |
RU2611424C1 (ru) | Способ формирования видеосигнала в "кольцевом" фотоприёмнике для компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения | |
RU2570348C1 (ru) | Компьютерная система панорамного телевизионного наблюдения цветного изображения | |
JP2003116144A (ja) | 固体撮像装置 |