Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования

Изобретение относится к панорамному телевизионному сканированию. Технический результат заключается в повышении степени интеграции телевизионной камеры за счет выполнения «кольцевого» сенсора по технологии КМОП и с размещением на его кристалле электронного «обрамления» фотоприемника. Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования состоит из последовательно расположенных и оптически связанных между собой панорамного объектива, ИК-фильтра, светорегулирующей ячейки и «кольцевого» фотоприемника (сенсора), выполненного на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), и кинематически связанного с блоком механического сканирования сенсора. Сенсор имеет форму кругового кольца и содержит на кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область (мишень), «кольцевой» коммутатор видеосигналов, «кольцевой» процессор видеосигналов, «кольцевой» мультиплексор строчной развертки и «кольцевой» регистр четырехстрочной развертки по кадру. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

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 комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать телевизионную камеру цветного изображения для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования [1], состоящую из последовательно расположенных и оптически связанных между собой панорамного объектива, инфракрасного отсекающего фильтра (ИК-фильтра) и «кольцевого» фотоприемника (сенсора), изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеющего форму кругового кольца и содержащего на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область (мишень), «кольцевой» выходной регистр и блок преобразования «заряд - напряжение» (БПЗН), причем число элементов в каждой «кольцевой» строке мишени одинаково и равно числу элементов в его «кольцевом» регистре, а линейки светочувствительных элементов чередуются с линейками экранированных от света элементов, 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 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 по телевизионному стандарту 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, при этом «кольцевой» фотоприемник кинематически связан с блоком механического сканирования сенсора, который осуществляет его пошаговое перемещение на расстояние, равное ширине четырех строк в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива; в состав телевизионной камеры также входят следующие блоки: блок «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала, сигнальный процессор, соединенный последовательно с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и блок формирования апертуры (БФА); выход БПЗН фотоприемника подключен к информационному входу сигнального процессора, а выход АЦП является выходом «Видео» телевизионной камеры.

В прототипе [1] реализовано двухканальное управление площадью считывающей апертуры видеосигнала пропорционально изменению площади светочувствительных элементов на мишени фотоприемника для того, чтобы обеспечить выравнивание разрешающей способности формируемого цветного изображения.

Предполагается, что БПЗН фотоприемника прототипа [1] организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала.

Период импульсов сброса Т_г для фотоприемника прототипа [1] определяется соотношением:

где Т_р - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;

n_m - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике, равна отношению:

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

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

Недостаток прототипа - ограниченная степень интеграции телевизионной камеры из-за применяемой технологии ПЗС для изготовления ее «кольцевого» сенсора, принципиально не позволяющей разместить на кристалле электронное «обрамление» фотоприемника.

Здесь под этим термином конкретно подразумевается блоковая совокупность, включающая в себя блок «кольцевой» четырехстрочной развертки видеосигнала, БФА, сигнальный процессор и АЦП.

Задачей изобретения является повышение степени интеграции телевизионной камеры за счет выполнения «кольцевого» сенсора по технологии КМОП и с размещением на его кристалле электронного «обрамления» фотоприемника.

Поставленная задача в заявляемой телевизионной камере цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования решается тем, что в телевизионной камере прототипа [1], состоящей из последовательно расположенных и оптически связанных между собой панорамного объектива, ИК-фильтра и «кольцевого» сенсора, имеющего форму кругового кольца и содержащего на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную мишень, выполненную в виде линеек светочувствительных пикселов, расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии фотоприемника, при этом сама мишень накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, причем площадь светочувствительных пикселов на мишени фотоприемника совпадает с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, при этом «кольцевой» фотоприемник кинематически связан с блоком механического сканирования сенсора, который осуществляет его пошаговое перемещение на расстояние, равное ширине четырех строк в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива, но при этом, в отличие от прототипа [1], сам фотоприемник выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, путем реализации метода «координатная адресация», причем четырехстрочная мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель аналогового видеосигнала с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых равно четырем, а количество «радиальных» шин видео - числу пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала цветного изображения, а именно: «кольцевой» регистр четырехстрочной развертки по кадру, осуществляющий выбор «кольцевой» строки, «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки, и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, а с нее - на информационный вход «кольцевого» процессора видеосигналов, выход которого является выходом «Видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора изменяется по соотношению:

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

а в состав телевизионной камеры дополнительно введена светорегулирующая ячейка, которая выполнена на основе электрохромного прибора, установлена в заднем отрезке панорамного объектива и осуществляет пропускание светового потока с выхода панорамного объектива через ИК-фильтр на мишень сенсора или изолирование мишени от этого светового потока по сигналу управления с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора, который одновременно является управляющим сигналом и для блока механического сканирования сенсора.

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

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

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

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

Как следует из соотношения (3), этот показатель остается постоянным (неизменным) для всех светочувствительных пикселов заявляемого фотоприемника. Не меняется и величина шумовой «дорожки» для каждого активного пиксела сенсора, что является обязательным условием для реализации чувствительности фотоприемника и его отношения сигнал/шум.

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

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемой телевизионной камеры цветного изображения (в составе структурной схемы компьютерной системы панорамного сканирования); на фиг. 2 - схемотехническая организация фотоприемника цветного изображения для заявляемого сканера; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности конструкции его «кольцевой» мишени и мозаичного цветного фильтра; на фиг. 4 - подробности организации фотоприемника применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 5 и 6 - соответственно конструкция и типовая характеристика пропускания светорегулирующей ячейки; на фиг. 7, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 8 - предлагаемое оператору панорамное изображение в виде последовательности из 6-ти «прямоугольных» кадров.

Предлагаемый «кольцевой» фотоприемник 1-2 (см. фиг. 2) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле четырехстрочную «кольцевую» мишень 1-2-1 сенсора, «кольцевой» регистр 1-2-2 четырехстрочной развертки по кадру, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов, «кольцевой» мультиплексор 1-2-4 строчной развертки и «кольцевой» процессор 1-2-5 видеосигналов.

Как показано на фиг. 4, активные пикселы на мишени сенсора объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.

Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 4) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 с коэффициентом усиления K_m для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора и встроенный АЦП 1-2-1-3.

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

Отметим, что показанная на фиг. 2 и 3 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 4 - латинской буквы L - являются условными. На практике электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, могут быть выполнены совершенно иначе, например, с геометрической формой в виде части кругового кольца.

Управление АЦП 1-2-1-3 пиксела для каждой «кольцевой» строки мишени фотоприемника осуществляется при помощи отдельной (своей) строчной шины 1-2-1-4, передающей сигнал управления с соответствующего выхода «кольцевого» регистра 1-2-21 кадровой развертки.

Видеосигнал с выхода каждого АЦП 1-2-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 1-2-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 1-2-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 1-2-3-2. Здесь формируется промежуточный выход «Видео» цифрового видеосигнала сенсора.

Этот видеосигнал поступает на вход «кольцевого» процессора 1-2-5 видеосигналов, где выполняется синтез цветного изображения в заданном стандартном интерфейсе, например, USB 2,0. Выход процессора 1-2-5 является и выходом «Видео» полного цифрового видеосигнала цветного изображения нового сенсора.

Заметим, что показанная на фиг. 2 «кольцевая» форма процессора 1-2-5 видеосигналов является условной, т.к. она занимает лишь часть кругового кольца.

Отметим, что на фиг. 2 пунктирные стрелки показывают управление «кольцевыми» строчными шинами 1-2-1-4 фотоприемника со стороны «кольцевого» регистра 1-2-2 развертки по кадру.

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

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

Благодаря принятой для изготовления предлагаемого датчика видеосигнала технологии КМОП, обеспечивается возможность интегрировать на один общий кристалл не только фотоприемник с АЦП для каждого активного пиксела, но и блоки цифровой развертки телевизионной камеры, а также «кольцевой» процессор видеосигналов.

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

Заявляемая же здесь «кольцевая» форма мишени КМОП-фотоприемника и его электронного «обрамления» позволяет эффективнее использовать полезную площадь используемого кристалла для компьютерного сканирования панорамных сюжетов цветного изображения.

Фотоприемник является единственным сенсором видеосигнала цветного изображения, в котором, благодаря применению цветного «кольцевого» фильтра, светочувствительные пикселы мишени становятся чувствительными к голубой (Су), желтой (Ye), пурпурной (Mg) и зеленой (G) цветовым составляющим.

Конструкция этого мозаичного фильтра для фотоприемника поясняется на фиг. 3.

Здесь используется известный принцип цветного телевидения, утверждающий, что для успешного восстановления цвета, помимо сигнала яркости (Y) достаточно всего двух дополнительных сигналов. Имеются в виду сигнал цветовой разности красного (R-Y) и сигнал цветовой разности синего (B-Y).

Синтез выходного цифрового видеосигнала цветного изображения выполняется непосредственно в фотоприемнике - в «кольцевом» процессоре 1-2-5 видеосигналов.

В заявляемом решении для «кольцевого» КМОП-фотоприемника, как и в прототипе [1], используется режим накопления поля.

Отметим, что поскольку размер светочувствительного элемента в режиме накопления поля равен размеру двух пикселов сенсора по вертикали, это приводит к снижению вертикальной разрешающей способности цветного изображения в два раза, что можно считать приемлемым допущением. Первая (нечетная) строка содержит попарные отсчеты: (M_g+С_у), (G+Y_e), (M_g+С_у), (G+Y_e) так далее.

Вторая (четная) строка содержит попарные отсчеты: (С_у+G), (Y_e+M_g), (С_у+G), (Y_e+M_g) и так далее.

Для получения яркостного сигнала для нечетных строк производится операция по алгоритму, который заключается в том, что выполняется задержка на элемент разложения и суммирование попарных отсчетов:

Коэффициент в формуле (1) возвращает «должок», приобретенный за счет суммирования в попарных отсчетах. Очевидно, что выражение (4) можно представить так:

Применив аналогичный алгоритм для четных строк, получим следующее выражение для яркостного сигнала:

Аналогично представим выражение (4) в основных цветах:

Выражения (4) и (5) показывают, что яркостной сигнал для нечетных и четных строк одинаков.

Для получения цветоразностного сигнала синего (В-Y) выполняется операция по другому алгоритму, который заключается в том, что для нечетных строк выполняется задержка по времени на элемент разложения и вычитание попарных отсчетов:

B-Y=⎣(G+Y_e)-(M_g+C_y)⎦=[(G+G+R)-(R+B+G+B)]=-[2B-G]

Для получения цветоразностного сигнала красного (R-Y) ⎣выполняется операция по алгоритму, аналогичному при получении цветоразностного сигнала синего, но применительно для четных строк: R-Y=⎣(M_g+Y_e)-(G+C_y)⎦=[(R+B+G+R)-(G+G+B)]=2R-G.

Эти два цветоразностных сигнала совместно с сигналом яркости замешиваются в цифровом виде в полный цифровой видеосигнал, снимаемый на выходе «Видео» фотоприемника.

Необходимо отметить, что для заявляемого «кольцевого» фотоприемника 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. 1, содержит последовательно расположенные и оптически связанные панорамный объектив 1-1, ИК-фильтр 1-3, светорегулирующую ячейку 1-4 и фотоприемник 1-2, мишень которого накрыта мозаичным цветным фильтром, являющимся «кольцевым» по форме, см. фиг. 3, который разделяет световой поток, попадающий на светочувствительные элементы, соответственно на его голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты.

В состав телевизионной камеры входит также блок 1-5 механического сканирования сенсора, который кинематически связан с фотоприемником 1-2 и осуществляет его механическое сканирование (с шагом, равным ширине четырех строк) в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива. Очевидно, что сенсор сканера может быть введен в состав блока 1-5.

Выход «кольцевого» процессора 1-2-5 видеосигналов фотоприемника является выходом «Видео» телевизионной камеры.

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 [3].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 7. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75-80) градусов по углу места.

Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного объектива подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника в пользу кругового кольца.

ИК-фильтр 1-3, как и в прототипе [1], изменяет спектральную характеристику «кольцевого» фотоприемника 1-2, обеспечивая необходимое согласование со спектральной чувствительностью человеческого глаза.

Светорегулирующая ячейка 1-4 предназначена для управляемого скачкообразного изменения облученности мишени сенсора 1-2 и может быть выполнена по технологии [5] на основе электрохромного прибора.

Светорегулирующая ячейка 1-4 (см. фиг. 5) представляет собой два плоскопараллельных стекла толщиной 2,5 мм, соединенные между собой в кювету так, что между внутренними поверхностями стекол образован зазор порядка 0,1-0,2 мм, заполненный электрохромным материалом ЭХМ-11. Внутренние поверхности стекол покрыты токопроводящим покрытием и образуют электроды, выводы которых расположены снаружи ячейки.

Световая характеристика ячейки 6 (см. фиг. 6) определяется свойствами электрохромной жидкости. Изменение коэффициента пропускания от τ_max (70%) до τ_min (1÷1,5%) составляет для ячейки величину τ_max/τ_min=70÷150 при подаче на выводы постоянного напряжения U, величина которого составляет около 1,2 В.

Важно отметить, что физическое быстродействие изменения коэффициента пропускания такой ячейки позволяет обеспечить управление параметром с частотой до 50 Гц.

Как показано на фиг. 1, ячейка 1-4 установлена в заднем отрезке объектива 1-1, но по соображениям конструкторского решения телевизионной камеры может быть установлена на его входе. К этому следует добавить, что при проектировании оптической схемы телевизионной камеры целесообразно рассмотреть вопрос о технологической возможности объединения (интегрирования) ячейки, ИК-фильтра и объектива путем создания монолитного оптического блока.

Рассмотрим работу телевизионной камеры 1 цветного изображения в составе компьютерной системы панорамного сканирования, см. фиг. 1.

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 - 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 1-3 и светорегулирующую ячейку 1-4, - на мишень 1-3-1 фотоприемника телевизионной камеры.

Блок 1-5 механического сканирования сенсора выполняет шаговое перемещение фотоприемника 1-2 с интервалом по расстоянию, равным ширине «кольцевой» мишени сенсора.

Когда фотоприемник 1-2 находится в статичном (неподвижном) состоянии, осуществляется зарядовое накопление в светочувствительных пикселах его «кольцевой» мишени 1-2-1. При этом коэффициент пропускания светорегулирующей ячейки 1-4 максимален, обеспечивая в фотодиодах сенсора 1-2 сбор информационных зарядов.

Когда интервал накопления заканчивается, коэффициент пропускания светорегулирующей ячейки 1-4 скачкообразно уменьшается до минимальной величины, изолируя мишень сенсора 1-2, и сохраняется таким в течение всего интервала перемещения фотоприемника 1-2 за один шаг.

Длительность накопления зарядов информационной строки определяется освещенностью контролируемого объекта и чувствительностью фотоприемника 1-2. Учитывая, что механическое сканирование сенсора осуществляется принципиально медленнее, чем электронное, телевизионная камера 1 может быть справедливо названа камерой малокадрового телевидения.

По интерфейсу (например, USB 2,0) в оперативную память сервера 2 будет транслироваться цифровой видеосигнал цветного изображения в виде текущей пары (первой и второй) «кольцевых» строк, а затем и видеосигнал и других пар «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 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.

Механическое сканирование сенсора определяет режим формирования «кольцевого» кадра как медленный, т.е. малокадровый.

Поэтому необходимое время записи всех m строк в сервере 2 составит несколько секунд, но вполне оправдано достигаемым результатом - поддержанием неизменного показателя угла места кругового обзора и оптимизацией фотоприемника для ведения такого обзора.

После завершения записи последних строк «кольцевого» кадра блок 1-5 механического сканирования сенсора по сигналу реверсирования, как и в прототипе [1], возвращается назад в исходное положение.

А далее в сервере 2 при помощи элемента БПКП, реализующего возложенные на него функции программным путем, 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. Следовательно, цифровой видеосигнал записи для этого и каждого последующего «кольцевого» кадра изображения будет преобразован в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде выбранной последовательности (см. фиг. 8) операторам компьютеров 3.

В настоящее время все элементы структурной схемы телевизионной камеры цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2675245. МПК H04N 5/00. Устройство «кольцевого» фотоприемника для панорамного телевизионно-компьютерного сканирования. / В.М. Смелков // Б.И. - 2018. - №35.

2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. - «Радио и связь», 1986.

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

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

5. Разработка светорегулирующих ячеек и технологического процесса их изготовления. Технический по теме «Балтика». Новгород (Великий Новгород), 1979.

1. Телевизионная камера цветного изображения для панорамного компьютерного сканирования, состоящая из последовательно расположенных и оптически связанных между собой панорамного объектива, инфракрасного отсекающего фильтра (ИК-фильтра) и «кольцевого» фотоприемника (сенсора), имеющего форму кругового кольца и содержащего на его кристалле «кольцевую» четырехстрочную фотоприемную область (мишень), выполненную в виде линеек светочувствительных элементов (пикселов), расположенных вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем число светочувствительных пикселов в каждой «кольцевой» строке одинаково, а их площадь от строки к строке различна, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии фотоприемника, при этом сама мишень накрыта мозаичным фильтром, разделяющим свет на голубой, желтый, пурпурный и зеленый компоненты, причем площадь светочувствительных пикселов на мишени фотоприемника совпадает с площадью соответствующих «окон» мозаичного цветного фильтра, при этом «кольцевой» фотоприемник кинематически связан с блоком механического сканирования сенсора, который осуществляет его пошаговое перемещение на расстояние, равное ширине четырех строк в перпендикулярном направлении относительно неподвижной плоскости изображения панорамного объектива, отличающаяся тем, что фотоприемник выполнен на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), путем реализации метода «координатная адресация», причем четырехстрочная мишень сенсора состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель аналогового видеосигнала с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки сенсора, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых равно четырем, а количество «радиальных» шин видео - числу пикселов в каждой строке сенсора; при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала цветного изображения, а именно «кольцевой» регистр четырехстрочной развертки по кадру, осуществляющий выбор «кольцевой» строки, «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, а с нее - на информационный вход «кольцевого» процессора видеосигналов, выход которого является выходом «Видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» четырехстрочного растра изображения, а в состав телевизионной камеры дополнительно введена светорегулирующая ячейка, которая выполнена на основе электрохромного прибора, установлена в заднем отрезке панорамного объектива и осуществляет пропускание светового потока с выхода панорамного объектива через ИК-фильтр на мишень сенсора или изолирование мишени от этого светового потока по сигналу управления с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора, который одновременно является управляющим сигналом и для блока механического сканирования сенсора.

2. Телевизионная камера цветного изображения по п.1, отличающаяся тем, что в «кольцевом» фотоприемнике электроды зарядового накопления активных пикселов мишени, а также световые «окна» у «кольцевого» мозаичного фильтра выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Телевизионная камера цветного изображения по п.1, отличающаяся тем, что «кольцевой» фотоприемник выполнен в составе блока механического сканирования сенсора.

4. Телевизионная камера цветного изображения по п.1, отличающаяся тем, что ИК-фильтр и светорегулирующая ячейка интегрированы совместно с панорамным объективом в оптический блок.