Способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца

Изобретение относится к телевизионно-компьютерной технике и обеспечивает формирование цифрового видеосигнала «кольцевого» кадра полностью и отдельно его выбранного фрагмента с повышенной четкостью, а предназначено для телевизионно-компьютерного наблюдения объектов, имеющих форму кругового кольца. Техническим результатом является расширение номенклатуры применяемой комплектации в составе телевизионной камеры системы путем использования в качестве сенсоров «кольцевых» и матричных фотоприемников, различающихся по площади светочувствительных пикселов (Δ1) и (Δ). Результат достигается тем, что телевизионная камера выполнена на базе двух однокристальных сенсоров: «кольцевого» и «прямоугольного» (матричного), изготовленных по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП). При этом если величина светочувствительной площади активного пиксела (Δ1) первой строки «кольцевого» сенсора меньше показателя площади (Δ) в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов в телевизионной камере коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора увеличивают в Δ/Δ1 раз, если величина показателя Δ1 в «кольцевом» сенсоре больше показателя Δ в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов увеличивают в Δ1/Δ раз величину коэффициента усиления K активного пиксела матричного сенсора при условии сохранения величины коэффициента Km для «кольцевого» сенсора. 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение на способ относится к телевизионно-компьютерной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе двух однокристальных сенсоров: «кольцевого» и «прямоугольного» (матричного), - изготовленных по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП).

Эти камеры обеспечивают формирование цифрового видеосигнала «кольцевого» кадра полностью и отдельно его выбранного фрагмента с повышенной четкостью, а предназначены для телевизионно-компьютерного наблюдения объектов, имеющих форму кругового кольца. К подобным объектам (изделиям) промышленного производства могут быть отнесены диски, колеса, фрезы, а также другие детали и принадлежности многочисленных рабочих и транспортных машин.

Например, зубчатое колесо - основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями, входящими в зацепление с зубьями другого колеса [1, с. 174]. Управление работой такой телевизионной камеры, регистрация ее видеосигналов и их воспроизведение производится при помощи компьютеров, объединенных в локальную вычислительную сеть.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца [2], заключающийся в том, что в телевизионной камере оптическое изображение контролируемого объекта проецируют на мишень фотоприемника, изготовленного по технологии КМОП, причем мишень сенсора, имеет форму кругового кольца и состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с переменным коэффициентом усиления K для каждой текущей «кольцевой» строки, и встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на шину видео, которая объединяет все активные пикселы мишени в столбцы, при этом столбцы мишени и параллельные им шины видео этих столбцов расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество радиальных шин видео -число элементов (пикселов) в каждой строке сенсора, причем светочувствительная площадь пикселов каждого активного столбца мишени различна от строки к строке, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор строки; коммутаторы видеосигнала для каждого столбца, управляемые с соответствующего выхода мультиплексора строчной развертки, и обеспечивающие передачу видеосигнала на выходе каждой шины видео столбца на шину видео строки, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, при этом в активных пикселах мишени сенсора с периодом кадров осуществляют накопление зарядовых пакетов текущего кадра и одновременно считывание видеоинформации предыдущего кадра последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой строки мишени и последовательного строка за строкой для мишени в целом, формируя на выходе фотоприемника в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала сенсора, формируют на выходе «видео» телевизионной камеры цифровой телевизионный сигнал, который транслируют на вход «видео» компьютера, при этом в компьютере для реализации возможности контроля изделия целиком (полностью) выполняют электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора, а для реализации возможности контроля отдельных участков (фрагментов) этого изделия «кольцевой» кадр считывают из оперативной памяти компьютера при помощи m «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению:

где γ - величина захватываемого углового пространства в градусах для участка контролируемого изделия,

при этом в телевизионной камере осуществляют светоделение входного оптического изображения контролируемого объекта по двум каналам, в результате которого на первом канале изображение каждого из m фрагментов контролируемого объекта последовательно проецируют на мишень матричного фотоприемника, установленного на электромеханической турели или на блоке наведения, а на втором канале - изображение всего «кольцевого» кадра проецируют на мишень «кольцевого фотоприемника, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу «кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, но в отличие от него, число пикселов в строке превышает показатель, равный числу пикселов в строке у «кольцевого сенсора, деленному на m, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления K активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени сохраняется постоянным по величине; электромеханическая турель или блок наведения выполняет круговое пространственное перемещение матричного фотоприемника в одно из положений, общее число которых за круг составляет m; при этом в матричном фотоприемнике осуществляют формирование напряжения цифрового «прямоугольного» видеосигнала, который далее транслируется для записи в дополнительные m блоков оперативной памяти на кадр на тот же компьютер, принимающий цифровой «кольцевой» видеосигнал, причем системный блок этого компьютера становится сервером для пользователей других персональных компьютеров, к нему подключенных в составе системы; при этом для компенсации оптических потерь светоделения в телевизионной камере изменение коэффициента усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора выполняют с учетом коэффициента β по соотношению:

где β - коэффициент, определяющий отношение освещенности сцены на выходе первого канала светоделения к его освещенности на выходе второго канала светоделения;

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

В прототипе [2] обеспечивается возможность контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца, полностью (целиком) и отдельных его фрагментов с типовой и повышенной разрешающей способностью изображения; гарантируется повышенная степень интеграции телевизионной камеры за счет выполнения «кольцевого» и матричного сенсоров по технологии КМОП, позволяющей разместить на их кристаллах и необходимое электронное «обрамление» фотоприемников.

Однако следует признать, что в прототипе [2] компенсация оптических потерь светоделения, а, следовательно, и выполнение эффективного выравнивания чувствительности обоих каналов телевизионного контроля, соблюдается при выполнении условия, когда площадь светочувствительного пиксела (Δ) матричного фотоприемника равна площади пиксела (Δ1) первой строки «кольцевого» сенсора.

Поэтому недостаток прототипа [2] - ограничение возможности использования в составе телевизионной камеры компьютерной системы «кольцевых» и матричных фотоприемников, не отвечающих этому условию, т.е. имеющих различие по площади светочувствительных пикселов (Δ1) и (Δ) соответственно.

Задачей изобретения является расширение номенклатуры применяемой комплектации в составе телевизионной камеры системы путем использования в качестве сенсоров «кольцевых» и матричных фотоприемников, различающихся по площади светочувствительных пикселов (Δ1) и (Δ).

Поставленная задача в заявляемом способе формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца, решается тем, что, как и в прототипе [2], в телевизионной камере оптическое изображение контролируемого объекта проецируют на мишень фотоприемника, изготовленного по технологии КМОП, причем мишень сенсора, имеет форму кругового кольца и состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с переменным коэффициентом усиления K для каждой текущей «кольцевой» строки, и встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на шину видео, которая объединяет все активные пикселы мишени в столбцы, при этом столбцы мишени и параллельные им шины видео этих столбцов расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество радиальных шин видео - число элементов (пикселов) в каждой строке сенсора, причем светочувствительная площадь пикселов каждого активного столбца мишени различна от строки к строке, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор строки; коммутаторы видеосигнала для каждого столбца, управляемые с соответствующего выхода мультиплексора строчной развертки, и обеспечивающие передачу видеосигнала на выходе каждой шины видео столбца на шину видео строки, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, при этом в активных пикселах мишени сенсора с периодом кадров осуществляют накопление зарядовых пакетов текущего кадра и одновременно считывание видеоинформации предыдущего кадра последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой строки мишени и последовательного строка за строкой для мишени в целом, формируя на выходе фотоприемника в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала сенсора, формируют на выходе «видео» телевизионной камеры цифровой телевизионный сигнал, который транслируют на вход «видео» компьютера, при этом в компьютере для реализации возможности контроля изделия целиком (полностью) выполняют электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора, а для реализации возможности контроля отдельных участков (фрагментов) этого изделия «кольцевой» кадр считывают из оперативной памяти компьютера при помощи m «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (1), при этом в телевизионной камере осуществляют светоделение входного оптического изображения контролируемого объекта по двум каналам, в результате которого на первом канале изображение каждого из m фрагментов контролируемого объекта последовательно проецируют на мишень матричного фотоприемника, установленного на электромеханической турели или на блоке наведения, а на втором канале - изображение всего «кольцевого» кадра проецируют на мишень «кольцевого фотоприемника, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу «кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, но в отличие от него, число пикселов в строке превышает показатель, равный числу пикселов в строке у «кольцевого сенсора, деленному на m, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления K активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени сохраняется постоянным по величине; электромеханическая турель или блок наведения выполняет круговое пространственное перемещение матричного фотоприемника в одно из положений, общее число которых за круг составляет m; при этом в матричном фотоприемнике осуществляют формирование напряжения цифрового «прямоугольного» видеосигнала, который далее транслируется для записи в дополнительные m блоков оперативной памяти на кадр на тот же компьютер, принимающий цифровой «кольцевой» видеосигнал, причем системный блок этого компьютера становится сервером для пользователей других персональных компьютеров, к нему подключенных в составе системы; причем для компенсации оптических потерь светоделения в телевизионной камере изменение коэффициента усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора выполняют с учетом коэффициента β по соотношению (2), при этом, если по сравнению с прототипом [2], величина светочувствительной площади активного пиксела (Δ1) первой строки «кольцевого» сенсора меньше показателя площади (Δ) в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов в телевизионной камере коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора увеличивают в Δ/Δ1 раз, а его величина составляет:

а, если величина показателя Δ1 в «кольцевом» сенсоре больше показателя Δ в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов увеличивают в Δ1/Δ раз величину коэффициента усиления K активного пиксела матричного сенсора при условии сохранения величины коэффициента Km для «кольцевого» сенсора, определяемого по соотношению (2).

Совокупность известных и новых признаков для заявляемого способа 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 [2], 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 в заявляемом решении способа формирования видеосигнала, в отличие от прототипа [2], в телевизионной камере системы могут быть применены в качестве «кольцевых» и матричных фотоприемников и другие сенсоры, которые не совпадают по площади светочувствительных пикселов (Δ1) и (Δ) соответственно, а различаются по этим показателям.

В данном решении обеспечено и необходимое выравнивание чувствительности обоих каналов телевизионного наблюдения, использующих такие сенсоры.

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 изображена возможная структурная схема сетевого устройства, включая структурную схему телевизионной камеры для реализации заявляемого способа формирования видеосигнала; на фиг. 2 показана эта же структурная схема сетевого устройства, но с другой структурной схемой телевизионной камеры; на фиг. 3 приведена схемотехническая организация «кольцевого» фотоприемника, реализующая заявляемый способ; на фиг. 4 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 5 - оптическая схема светоделителя; на фиг. 6 - иллюстрация замысла решения по конструкции электромеханической турели (а) и замысла по конструкции блока наведения (б) соответственно; на фиг. 7 - иллюстрация выполнения задачи по конвертированию одного «кольцевого» кадра в шесть «прямоугольных» кадров, а также реализации альтернативой задачи получения шести «прямоугольных» кадров с повышенной разрешающей способностью изображения; на фиг. 8 - возможная электрическая схема блока наведения телевизионной камеры в составе ее структурной схемы, изображенной на фиг. 2.

Устройство на фиг. 1 содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), который является узлом локальной вычислительной сети, с возможностью подключения к ней двух или более персональных компьютеров в позиции 3.

В качестве сервера 2 использован системный блок компьютера 4 одного из пользователей, являющегося оператором системы.

Как и в прототипе [1], плата видео выполняет программным путем следующие операции:

запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера в автоматическом режиме;

электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра из оперативной памяти в «прямоугольный» растр компьютерного монитора в режиме 1 работы системы (наблюдение кольцевого сюжета полностью);

считывание «кольцевого» кадра из оперативной памяти при помощи m «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (2) в режиме 2 этой программы.

Но в заявляемом решении в режиме 2 работы системы дополнительно предусмотрена возможность мониторинга фрагментов «кольцевого» кадра с повышенной разрешающей способностью при помощи матричного фотоприемника.

Устройство системы на фиг. 1 содержит телевизионную камеру 1, сервер 2, персональный компьютер 3 пользователей видеоинформации и компьютер 4 оператора системы.

Телевизионная камера 1 на фиг. 1 состоит из последовательно расположенных и оптически связанных объектива 1-1, светоделителя 1-3, «кольцевого» фотоприемника 1-2 и матричного фотоприемника 1-4, установленного на электромеханической турели 1-5. Выход цифрового видеосигнала от сенсора 1-2 является первым выходом телевизионной камеры, а выход цифрового видеосигнала от сенсора 1-4 - вторым выходом телевизионной камеры.

Светоделитель 1-3 телевизионной камеры предназначен для направления светового потока с выхода панорамного объектива 1-1 по двум каналам: на мишень матричного фотоприемника 1-4 (выход 1) и на мишень «кольцевого» фотоприемника (выход 2).

В качестве возможного технического решения оптической схемы светоделителя 1-3 может быть использована схема, представленная на фиг. 5, которая была ранее экспериментально проверена и использована в описании к патенту РФ [3].

Светоделитель 1-3 содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало 1-3-1, коллективную линзу 1-3-2, отражающее зеркало 1-3-3 и дополнительный (второй) объектив 1-3-4, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала 1-3-1, первый выход светоделителя - с выходом полупрозрачного зеркала 1-3-1, а второй выход светоделителя - с выходом дополнительного объектива 1-3-4.

Обозначим основные параметры для оптических элементов светоделителя:

D/ƒ - относительное отверстие второго объектива;

τ1 - коэффициент пропускания второго объектива;

τ2 - коэффициент пропускания коллективной линзы.

Тогда коэффициент β, определяющий отношение освещенности сцены на первом выходе светоделителя к его освещенности на втором выходе, измеряется величиной

Продолжим анализ устройства, представленного на фиг. 1.

Установка 1-5, обозначенная как «электромеханическая турель», осуществляет круговое пространственное перемещение мишени матричного фотоприемника 1-4 в одно из m положений на проекции «кольцевого» изображения панорамной сцены, формируемого на первом выходе светоделителя 1-3 (см. фиг. 6а).

Отметим, что термин «турель» в настоящей заявке является заимствованным, как наиболее подходящий по названию к блоку 1-5, хотя он (по известным в литературе источникам, см, например, толковый словарь Ушакова) определяет собой «вращающуюся установку для орудий и пулеметов на самолетах и танках».

На материнской плате компьютера 2 оператора установлена плата видео, выполняющая программным путем запись «кольцевого» видеосигнала в оперативную память сервера в автоматическом режиме; электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра из оперативной памяти в прямоугольный растр компьютерного монитора в режиме 1 работы программы; считывание «кольцевого» кадра из оперативной памяти при помощи m «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению (2) в режиме 2 этой программы.

«Кольцевой» фотоприемник 1-2 (см. фиг. 3) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» мишень 1-2-1 сенсора, «кольцевой» регистр 1-2-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-4.

Как показано на фиг. 3, 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 для каждой текущей «кольцевой» строки сенсора и АЦП 1-2-1-3. «Кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов состоит из отдельных коммутаторов 1-2-3-1 видеосигнала, число которых соответствует числу активных пикселов в строке, объединенных «кольцевой» шиной видео 1-2-3-2.

Отметим, что показанная на фиг. 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 фотоприемника осуществляется при помощи отдельной (своей) строчной шины 1-2-1-4, передающей сигнал управления с соответствующего выхода «кольцевого» регистра 1-2-2 кадровой развертки.

Видеосигнал с выхода каждого АЦП 1-2-1-3 для каждого активного пиксела отдельного взятого «радиального» столбца передается на «радиальную» шину видео 1-2-1-5. Далее при помощи «своего» ключевого МОП-транзистора коммутатора 1-2-3-1, управляемого с одного из выходов мультиплексора 1-2-4, цифровой видеосигнал текущего пиксела передается на «кольцевую» шину видео 1-2-3-2, а затем транслируется по ней на выход сенсора. То же самое формирование цифрового видеосигнала происходит и в пределах других радиально расположенных столбцов «кольцевой» мишени 1-2-1 предлагаемого сенсора.

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

Поясним дополнительно на фиг. 3 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.

Матричный фотоприемник 1-4, выполненный также по технологии КМОП, сохраняет все признаки прибора, реализованного по методу «координатная адресация» американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и подробно комментировалось в отечественной монографии [4, с. 67, рис. 1.21]. Очевидно, что по этой технологии на кристалле матричного фотоприемника 1-4 также реализуется задача по формированию цифрового видеосигнала «прямоугольного» растра с пониженным энергопотреблением.

В предлагаемом другом решении телевизионной камеры (см. фиг. 2) она содержит в своем составе объектив 1-1, «кольцевой» фотоприемник 1-2, светоделитель 1-3, матричный фотоприемник 1-4, блок наведения 1-5-1, коммутатор-смеситель 1-6, генератор 1-7 электронной отметки и селектор синхроимпульсов 1-8. Выход коммутатора-смесителя 1-6 является единственным выходом «Видео» телевизионной камеры.

По линии связи одна команда управления телевизионной камерой с компьютера 4 оператора системы поступает на управляющий вход коммутатора-смесителя 1-6, затем другая команда - на блок наведения 1-5-1. Первый информационный вход блока 1-6 подключен к выходу «Видео» «кольцевого» фотоприемника 1-2, его второй информационный вход - к выходу «Видео» матричного фотоприемника 1-4, а его третий информационный вход - к выходу генератора электронной отметки 1-7. На управляющий вход генератора 1-7 электронной отметки подается сигнал с датчика положения блока наведения 1-5-1. Выход «Видео» «кольцевого» фотоприемника 1-2 подключен также к входу селектора 1-8 синхроимпульсов, выход кадровых синхроимпульсов (КСИ) которого подключен к первому входу генератора 1-7 и соответственно к входу синхронизации коммутатора-смесителя 1-6, выход строчных синхроимпульсов (ССИ) - ко второму входу генератора 1-7, а выход сигнала синхронизации приемника (ССП) - к входу внешней синхронизации матричного фотоприемника 1-4.

Блок наведения 1-5-1 осуществляет плавное круговое пространственное перемещение мишени матричного фотоприемника 1-4 по проекции «кольцевого» изображения панорамной сцены, формируемого на первом выходе светоделителя 1-3 (см. фиг. 6б).

Электрическая схема блока 1-5-1 может быть реализована на базе технического решения, которое ранее было использовано в описании к патенту РФ [3].

Рассмотрим работу блока 1-5-1 (см. фиг.8), электрическая схема которого выполнена на двух оптронах HSSR, обозначенных как VT1 и VT2.

Изделие HSSR-7111 согласно [5] - однополюсный нормально разомкнутый оптрон с выходным каскадом на мощных МОП-транзисторах, имеет очень малое сопротивление во включенном состоянии и работает в точности как полупроводниковое реле. Максимальная величина сопротивления нагрузочной цепи оптрона HSSR-7111 во включенном состоянии составляет 1 Ом.

Будем считать, что управление наведением осуществляется командами в соответствии с табл. 1.

Подаваемые в телевизионную камеру с компьютера по двухпроводной линии связи сигналы управления блоком 1-5-1 наведения являются постоянными напряжениями положительной или отрицательной полярности величиной (5…12) Вольт. Отсчет этих напряжений выполняется относительно провода «общий».

При отсутствии команд управления эти напряжений тоже отсутствуют. Поэтому оптроны VT1 и VT2 разомкнуты, а электродвигатель М обесточен.

Пусть по линии связи на блок 1-5-1 наведения поступает команда «Управление поворотом» - «Вперед». Тогда оптрон VT2 замыкается, а электродвигатель М подключается к источнику переменного напряжения ~U и начинает вращаться.

Если взамен этой команды поступит команда «Управление поворотом» - «Назад», то замкнется оптрон VT1, а электродвигатель М будет вращаться в другом направлении.

Концевые выключатели SF1 и SF2 обеспечивают границы позиционирования в пределах одного кругового оборота матричного фотоприемника 1-4.

Датчик положения выполнен на базе переменного резистора RPn, имеющего линейную зависимость изменения сопротивления от угла поворота, а постоянный резистор Rn* служит для реализации настроечной работы по точному позиционированию. Движок резистора RPn кинематически (через редуктор) связан с двигателем М.

Отметим, что сигнал датчика положения (напряжение Un с потенциометра RPn), поступает на управляющий вход генератора 1-7 электронной отметки, обеспечивая перемещение маркера на «кольцевом» изображении в соответствии с командами, поступающими с блока наведения 1-5-1.

Заявляемый способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца, осуществляется следующим образом.

При включении системы, представленной на фиг. 1, она по умолчанию начинает действовать в режиме 1. В этом режиме работает только «кольцевой фотоприемник 1-2 телевизионной камеры 1. Тогда по ее первому выходу «Видео» цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) «кольцевого» кадра по интерфейсу (например, USB 2,0) передается на сервер 2, где выполняется запись видеоинформации в блок оперативной памяти на кадр.

Оператору компьютера 4 первому предоставляется возможность наблюдения на экране монитора контролируемого изделия как полностью, так и фрагментарно, используя шесть различных изображений (см. фиг. 7).

Если четкости этих фрагментарных изображений будет недостаточно, то оператор обязан воспользоваться дополнительным режимом 2 работы системы. В этом режиме дополнительно включается в работу матричный фотоприемник 1-4, который в составе электромеханической турели 1-5 осуществляет за ее круговой оборот шесть остановок для экспонирования.

Как отмечалось выше, число светочувствительных пикселов в строке матричного фотоприемника 1-4 должно быть выше показателя, равного числу пикселов для «кольцевой» строки сенсора 1-2, деленному на m.

Это означает формирование на втором выходе «Видео» телевизионной камеры последовательности из шести дополнительных цифровых кадров с обязательным выигрышем по разрешающей способности (четкости) передаваемых им изображений. После завершения записи этих изображений в дополнительный блок памяти сервера 2 они также становятся доступными для всех пользователей компьютеров 3.

Если число светочувствительных пикселов в строке матричного фотоприемника равно числу пикселов для «кольцевой» строки сенсора 1-2, получаемый выигрыш в четкости изображений составит т раз.

Благодаря реализации предложенного в заявляемом решении метода выравнивания в телевизионной камере чувствительностей «кольцевого» и матричного фотоприемников, этот выигрыш достигается без потерь отношения сигнал/шум наблюдаемого изображения.

В результате же успешно решается и поставленная задача изобретения по расширению номенклатуры применяемой комплектации в составе телевизионной камеры системы путем использования в качестве сенсоров «кольцевых» и матричных фотоприемников, имеющих различие по размеру площади светочувствительных пикселов и (Δ1) и (Δ) соответственно.

Рассмотрим теперь работу системы, изображенной на фиг. 2.

При включении этой системы она тоже начинает действовать по умолчанию в режиме 1.

Характеристика сигналов управления ее телевизионной камеры с компьютера 4, сопутствующих команде «Выбор режима видео», представлена в табл. 2. Они являются типовыми логическими сигналами в уровнях ТТЛ.

Совершенно аналогично на мишень «кольцевого» фотоприемника 1-2 проецируется «кольцевое» оптическое изображение контролируемого изделия, а на мишень матричного сенсора 1-4, расположенного на блоке наведения 1-5, - фрагмент этого изображения.

Далее по выходу «Видео» телевизионной камеры 1 сформированный ЦТС по интерфейсу USB 2,0 передается на сервер 2, в котором выполняется запись видеоинформации в блок оперативной памяти на кадр.

В этом режиме оператор компьютера 4 наблюдает полное изображение объекта контроля, формируемое «кольцевым» фотоприемником 1-2, и электронную отметку на нем, например «крест», который показывает текущее местоположение геометрического центра мишени матричного фотоприемника 1-4.

Будем считать, что наша электронная отметка («крест») априори располагается точно в середине «кольцевого» изображения по его ширине.

Когда оператор компьютера 4 затем выполнит переключение системы в режим 2, то ему взамен будет предложено телевизионное изображение, которое формируется в данный момент матричным фотоприемником 1-4 при его текущем местоположении.

Для того, чтобы коммутация режимов работы системы происходила без внесения искажений в наблюдаемые изображения, фотоприемники телевизионной камеры (см. фиг. 2) работают в режиме Genlock, который обеспечивается путем подачи на вход внешней синхронизации матричного сенсора 1-4 сигнала синхронизации приемника (ССП) от «кольцевого» сенсора 1-2. Дополнительно к этому в коммутаторе-смесителе 1-6 обеспечивается «привязка» временного процесса переключения команд к интервалу кадрового синхроимпульса (КСИ), вырабатываемого на выходе селектора 1-8 синхроимпульсов. В этой системе, как и в системе на фиг. 1, точно так же может быть успешно реализовано применение расширенной номенклатуры «кольцевых» и матричных фотоприемников, имеющих различную площадь светочувствительных пикселов (Δ1) и (Δ).

Но важно отметить очевидное достоинство данного решения. Оно связано с тем, что блок наведения 1-5-1 по сравнению с электромеханической турелью 1-5 может обеспечить точное позиционирование мишени матричного фотоприемника 1-4 в пределах всей площади панорамного изображения, формируемого «кольцевым» фотоприемником 1-2, т.е. без потерь его отдельных участков (см. фиг. 6б).

В настоящее время все блоки устройства, реализующего заявляемый способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца, освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Политехнический словарь. Главный редактор И.И. Артоболевский. М.: «Советская энциклопедия», 1977.

2. Патент РФ №2725973. МПК H04N 5/374, H04N 7/18. Способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца. / В.М. Смелков // Б.И. - 2020. - №19.

3. Патент РФ №2504100. H04N 5/225. Телевизионная система с селективным масштабированием изображения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2014. - №1.

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. www.avagotech.com.

1. Способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца, заключающийся в том, что в телевизионной камере оптическое изображение контролируемого объекта проецируют на мишень фотоприемника, изготовленного по технологии КМОП, причем мишень сенсора имеет форму кругового кольца и состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с переменным коэффициентом усиления K для каждой текущей «кольцевой» строки, и встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на шину видео, которая объединяет все активные пикселы мишени в столбцы, при этом столбцы мишени и параллельные им шины видео этих столбцов расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» шины, общее количество которых определяет число строк в сенсоре, а количество радиальных шин видео - число элементов (пикселов) в каждой строке сенсора, причем светочувствительная площадь пикселов каждого активного столбца мишени различна от строки к строке, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии сенсора, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор строки; коммутаторы видеосигнала для каждого столбца, управляемые с соответствующего выхода мультиплексора строчной развертки и обеспечивающие передачу видеосигнала на выходе каждой шины видео столбца на шину видео строки, выход которой является выходом «Видео» фотоприемника, при этом в активных пикселах мишени сенсора с периодом кадров осуществляют накопление зарядовых пакетов текущего кадра и одновременно считывание видеоинформации предыдущего кадра последовательно один за другим для каждого пиксела отдельно взятой строки мишени и последовательного строка за строкой для мишени в целом, формируя на выходе фотоприемника в цифровом виде напряжение выходного видеосигнала сенсора, формируют на выходе «видео» телевизионной камеры цифровой телевизионный сигнал, который транслируют на вход «видео» компьютера, при этом в компьютере для реализации возможности контроля изделия целиком (полностью) выполняют электрическое вписывание изображения «кольцевого» кадра в прямоугольный растр компьютерного монитора, а для реализации возможности контроля отдельных участков (фрагментов) этого изделия «кольцевой» кадр считывают из оперативной памяти компьютера при помощи m «прямоугольных» кадров, число которых удовлетворяет соотношению:

где γ - величина захватываемого углового пространства в градусах для участка контролируемого изделия,

при этом в телевизионной камере осуществляют светоделение входного оптического изображения контролируемого объекта по двум каналам, в результате которого на первом канале изображение каждого из m фрагментов контролируемого объекта последовательно проецируют на мишень матричного фотоприемника, установленного на электромеханической турели или на блоке наведения, а на втором канале - изображение всего «кольцевого» кадра проецируют на мишень «кольцевого фотоприемника, при этом матричный фотоприемник, как и «кольцевой» сенсор, выполнен по технологии КМОП, с аналогичной организацией по методу «координатная адресация», причем число его «прямоугольных» строк равно числу «кольцевых» строк у «кольцевого» сенсора, но в отличие от него число пикселов в строке превышает показатель, равный числу пикселов в строке у «кольцевого сенсора, деленному на m, а при одинаковой светочувствительной площади (Δ) всех активных пикселов мишени коэффициент усиления K активного пиксела для каждой текущей «прямоугольной»» строки мишени сохраняется постоянным по величине; электромеханическая турель или блок наведения выполняет круговое пространственное перемещение матричного фотоприемника в одно из положений, общее число которых за круг составляет m; при этом в матричном фотоприемнике осуществляют формирование напряжения цифрового «прямоугольного» видеосигнала, который далее транслируется на для записи в дополнительные m блоков оперативной памяти на кадр на тот же компьютер, принимающий цифровой «кольцевой» видеосигнал, причем системный блок этого компьютера становится сервером для пользователей других персональных компьютеров, к нему подключенных в составе системы; при этом для компенсации оптических потерь светоделения в телевизионной камере изменение коэффициента усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора выполняют с учетом коэффициента β по соотношению:

где β - коэффициент, определяющий отношение освещенности сцены на выходе первого канала светоделения к его освещенности на выходе второго канала светоделения;

Δ1 и Δm - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей строк считывания в «кольцевом» сенсоре, отличающийся тем, что если величина светочувствительной площади активного пиксела (Δ1) первой строки «кольцевого» сенсора меньше показателя площади (Δ) в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов в телевизионной камере коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора увеличивают в Δ/Δ1 раз, а его величина составляет:

а если величина показателя Δ1 в «кольцевом» сенсоре больше показателя Δ в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов увеличивают в Δ1/Δ раз величину коэффициента усиления K активного пиксела матричного сенсора при условии сохранения величины коэффициента Km для «кольцевого» сенсора, определяемого по соотношению (2).

2. Способ формирования видеосигнала в телевизионно-компьютерной системе для контроля промышленных изделий, имеющих форму кругового кольца, по п. 1, отличающийся тем, что в «кольцевом» фотоприемнике телевизионной камеры электроды зарядового накопления активных пикселов мишени сенсора, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении скорости обнаружения потенциально опасных ситуаций.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей круговой обзор в сферической области пространства, занимающей два противоположно расположенных шаровых слоя. При этом для каждого из этих шаровых слоев телевизионный контроль ситуации в реальном масштабе времени осуществляется в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.

Изобретение относится к области визуализации данных на карте местности, а более конкретно к анализу видеоданных, получаемых от камер, привязанных к интерактивной карте местности, для последующего отображения в режиме реального времени всех движущихся в кадре объектов на упомянутой карте местности. Система отображения движущихся объектов на интерактивной карте местности содержит видеокамеры, трекер объектов и устройство обработки и хранения данных, на котором установлен графический пользовательский интерфейс.

Изобретение относится к области связи, в частности к способу мультиплексирования порта в системе видеоконференций по протоколу установления сессии (SIP). Технический результат заключается в снижении сложности развертывания системы видеоконференций и рисков в отношении безопасности.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.

Система для обнаружения несанкционированной попытки открытия замка (1-6) безопасности, содержащая камеру (10), которая направлена к близлежащему пространству замка безопасности; соединение связи между камерой (10) и заранее заданной мобильной станцией (13); и детектор или датчик (8, 9), выполненный с возможностью запуска камеры для передачи изображения через указанное соединение связи на мобильную станцию.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.

Группа изобретений относится к системам поворачивающейся камеры на основании различной информации, связанной с транспортным средством. Система поворачивающейся камеры транспортного средства содержит двигатель, модуль связи и модуль управления поворачиванием.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.

Изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места. Техническим результатом является расширение номенклатуры применяемой комплектации в составе телевизионной камеры системы путем использования в качестве сенсоров «кольцевых» и матричных фотоприемников, различающихся по площади светочувствительных пикселов. Результат достигается тем, что телевизионная камера имеет два сенсора: «кольцевой» и «прямоугольный» (матричный) фотоприемники, изготовленные по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП). При этом если величина светочувствительной площади активного пиксела (Δ1) первой строки «кольцевого» сенсора меньше показателя площади (Δ) в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов в телевизионной камере коэффициент усиления Km активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки «кольцевого» сенсора должен быть увеличен в Δ/Δ1 раза, если величина показателя Δ1 в «кольцевом» сенсоре больше показателя Δ в матричном фотоприемнике, то для выравнивания чувствительностей «кольцевого» и матричного каналов должна быть увеличена в Δ1/Δ раз величина коэффициента усиления Km активного пиксела матричного сенсора при условии сохранения величины коэффициента Km для «кольцевого» сенсора. 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.
Наверх