УСТРОЙСТВО ДАТЧИКА МОНОХРОМНОГО ВИДЕОСИГНАЛА ДЛЯ ТЕЛЕВИЗИОННО-КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПАНОРАМНОЙ ОХРАНЫ "ДЕНЬ - НОЧЬ"
SENSOR DEVICE OF MONOCHROME VIDEO SIGNAL FOR TV-COMPUTER SYSTEM OF PANORAMIC PROTECTION "DAY - NIGHT"

Изобретение имеет отношение к панорамной охране «день - ночь», которое выполняется в вечернее и/или в ночное время суток телевизионно-компьютерной системой кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е. в пространственном угле 360 градусов по азимуту и десятки градусов по углу места.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению следует считать устройство датчика цифрового монохромного видеосигнала для телевизионной камеры панорамного наблюдения «день - ночь» [1], которое формирует «кольцевой» растр изображения, передавая на выход в аналоговой форме композитный монохромный видеосигнал, и содержит в своем составе «кольцевой» фотоприемник, блок «кольцевой» развертки и сигнальный процессор, выход которого является выходом композитного черно-белого видеосигнала датчика, при этом «кольцевой» фотоприемник, выполненный по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС), имеет кристалл мишени в виде кругового кольца и состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, «кольцевого» регистра сдвига и преобразователя «заряд - напряжение» (БПЗН), причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементов, расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, число элементов которого равно числу элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области, при этом блок «кольцевой» развертки состоит из временного контроллера, первого преобразователя уровней (ПУ) и второго ПУ, причем первый управляющий вход фотоприприемной области «кольцевого» фотоприемника подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника - к выходу второго ПУ, а выход БПЗН «кольцевого» фотоприемника - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией которого подключен к первому управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход временного контроллера - к входу второго ПУ, третий выход временного контроллера - к входу синхронизации сигнального процессора, при этом четвертый, пятый и шестой выходы временного контроллера являются соответственно выходом «сигнала готовности изображения» датчика, выходом «сигнала квитирования изображения» датчика и выходом строчных синхроимпульсов датчика, а второй, третий и четвертый управляющие входы временного контроллера - соответственно входом «выбора режима работы» датчика, входом «сигнала накопления кадра» датчика и входом «сигнала запроса изображения» датчика.
Для прототипа предполагается, что кристалл «кольцевого» фотоприемника выполнен из кремния. БПЗН «кольцевого» фотоприемника организован по типу «плавающая диффузионная область» [2], а поэтому имеет управляющий вход, обеспечивающий поэлементный сброс напряжения формируемого видеосигнала. Предполагается, что логический сигнал поэлементного сброса формируется на седьмом выходе временного контроллера и подается через третий ПУ на управляющий вход БПЗН.
Недостаток датчика монохромного видеосигнала для телевизионно-компьютерной системы прототипа - переменная величина разрешающей способности изображения в пределах кадра, изменяющаяся в сторону уменьшения по направлению к внешней периферии «кольцевого» фотоприемника из-за увеличивающейся величины зазора между его светочувствительными элементами, которые имеют одинаковый показатель по геометрической площади.
Задачей изобретения является выравнивание разрешающей способности изображения монохромного датчика видеосигнала путем реализации в его «кольцевом» фотоприемнике различной по площади светочувствительных элементов и управления зарядовым считыванием в видеосигнале сенсора с одинаковой величиной площади апертуры.
r
Поставленная задача в заявляемом датчике цифрового монохромного видеосигнала решается тем, что в устройство его прототипа [1], которое формирует «кольцевой» растр изображения, передавая на выход в аналоговой форме композитный монохромный видеосигнал, и содержит в своем составе «кольцевой» фотоприемник, блок «кольцевой» развертки и сигнальный процессор, выход которого является выходом композитного видеосигнала датчика, при этом «кольцевой» фотоприемник, выполненный по технологии ПЗС, имеет кристалл мишени в виде кругового кольца из кремния и состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области, «кольцевого» регистра сдвига и БПЗН, причем на фотоприемной области линейки светочувствительных элементов, чередующиеся с линейками экранированных от света элементов, расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца к его внешней периферии и расположенному там «кольцевому» регистру сдвига, число элементов которого равно числу элементов в каждой «кольцевой» строке фотоприемной области, при этом блок «кольцевой» развертки состоит из временного контроллера, первого ПУ, второго ПУ и третьего ПУ, причем первый управляющий вход фотоприприемной области «кольцевого» фотоприемника подключен к выходу первого ПУ, управляющий вход «кольцевого» регистра сдвига «кольцевого» фотоприемника - к выходу второго ПУ, управляющий вход БПЗН «кольцевого» фотоприемника - выходу третьего ПУ, а выход БПЗН «кольцевого» фотоприемника - к информационному входу сигнального процессора, выход управления экспозицией которого подключен к первому управляющему входу временного контроллера, первый выход которого подключен к входу первого ПУ, второй выход временного контроллера - к входу второго ПУ, а третий выход временного контроллера - к входу синхронизации сигнального процессора, при этом четвертый, пятый и шестой выходы временного контроллера являются соответственно выходом «сигнала готовности изображения» датчика, выходом «сигнала квитирования изображения» датчика и выходом строчных синхроимпульсов датчика, а второй, третий и четвертый управляющие входы временного контроллера - соответственно входом «выбора режима работы» датчика, входом «сигнала накопления кадра» датчика и входом «сигнала запроса изображения» датчика, введен блок формирования апертуры (БФА), информационный вход которого подключен к седьмому выходу временного контроллера, синхронизирующий вход БФА - к восьмому выходу временного контроллера, а выход БФА - к входу третьего ПУ, при этом на фотоприемной области сенсора вносятся следующие конструкторско-технологические изменения топологического характера, а именно площадь светочувствительных элементов и равная ей площадь экранированных элементов различны от строки к строке, увеличиваясь по мере движения к внешней периферии до максимальной величины, не превышающей площадь элемента «кольцевого» регистра сдвига, при реализации в выходном видеосигнале сенсора одинаковой площади считывающей апертуры, причем период управляющих импульсов T, формируемых на выходе БФА, определяется соотношением
р
где Т - период считывания элемента в «кольцевом» фотоприемнике;
m
n - коэффициент, целое число, величина которого для текущей строки считывания в «кольцевом» фотоприемнике равна отношению
1
m
где Δ и Δ - соответственно площадь светочувствительного элемента для первой и текущей строк считывания в «кольцевом» фотоприемнике.
Сопоставительный анализ с прототипом [1] показывает, что заявляемое устройство датчика монохромного видеосигнала отличается тем, что в его «кольцевом» фотоприемнике светочувствительные элементы имеют геометрическую площадь, которая монотонно увеличивается в радиальном направлении на пути к внешней периферии.
При этом при помощи вводимого в состав телевизионной камеры БФА реализуется одинаковый показатель площади считывающей апертуры сенсора, что обеспечивает одинаковую чувствительность сенсора по всей его мишени и без внесения шумовых потерь для видеосигнала.
Учитывая, что в новой топологии фотоприемника зазоры, т.е. промежутки между светочувствительными элементами по всей мишени становятся одинаковыми (или близкими к одинаковым) по величине, осуществляется выравнивание параметра разрешающей способности изображения в пределах всего «кольцевого» телевизионного кадра.
Совокупность известных и новых признаков для заявляемого устройства не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.
Выравнивание разрешающей способности изображения выполняется в «кольцевом» растре изображения. Поэтому данное техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства датчика монохромного видеосигнала для телевизионно-компьютерной системы панорамной охраны «день - ночь»; на фиг. 2 приведена схемотехническая организации «кольцевого» фотоприемника из состава этого датчика; на фиг. 3 показан фрагмент этого фотоприемника, иллюстрирующий подробности его конструкции; на фиг. 4, по данным [2, с. 19], представлена структурная схема БПЗН с организацией «плавающая диффузионная область»; на фиг. 5 изображена эпюра выходного сигнала БФА, который выполняет управление апертурой заявляемого «кольцевого» сенсора; на фиг. 6, по данным [3], представлена фотография изображения, полученного при помощи отечественного панорамного зеркально-линзового объектива; на фиг. 7 приведена структурная схема телевизионно-компьютерной системы согласно патенту [1], в составе которой реализуется заявляемый датчик; на фиг. 8 - временная диаграмма, поясняющая работу заявляемого датчика в этой системе.
Заявляемое устройство датчика монохромного видеосигнала (см. фиг. 1-3) содержит в своем составе «кольцевой» фотоприемник 1, блок 2 «кольцевой» развертки и сигнальный процессор 3, выход которого является выходом композитного видеосигнала датчика (на фиг. 1 обозначен как «LV2»), при этом «кольцевой» фотоприемник 1 состоит из последовательно связанных зарядовой связью фотоприемной области 1-1, «кольцевого» регистра сдвига 1-2 и БПЗН 1-3, при этом блок 2 «кольцевой» развертки состоит из временного контроллера 2-1, первого ПУ 2-2, второго ПУ 2-3, третьего ПУ 2-4 и БФА 2-5, причем первый управляющий вход фотоприприемной области «кольцевого» фотоприемника 1 подключен к выходу первого ПУ 2-1, управляющий вход «кольцевого» регистра сдвига 1-2 «кольцевого» фотоприемника - к выходу второго ПУ 2-3, управляющий вход БПЗН 1-3 «кольцевого» фотоприемника – к выходу третьего ПУ 2-4, а выход БПЗН 1-3 «кольцевого» фотоприемника - к информационному входу сигнального процессора 3, выход управления экспозицией которого подключен к первому управляющему входу временного контроллера 2-1, первый выход которого подключен к входу первого ПУ 2-2, второй выход временного контроллера 2-1 - к входу второго ПУ 2-3, третий выход временного контроллера 2-1 - к входу синхронизации сигнального процессора 3, при этом информационный вход БФА 2-5 подключен к седьмому выходу временного контроллера 2-1, синхронизирующий вход БФА 2-5 - к восьмому выходу временного контроллера 2-1, а выход БФА 2-5 - к входу третьего ПУ 2-4.
*
*
На фиг. 1 четвертый выход временного контроллера 2-1 обозначен как «IRDY» (Здесь и далее знак «*» означает, что данные логические сигналы являются активными на низком уровне), пятый его выход - как «IACK», а шестой его выход - как «HDout).
*
*
*
Второй управляющий вход временного контроллера 2-1 обозначен как «MS», третий его управляющий вход - как «FI», а четвертый его управляющий вход - как «IRQ».
Наличие пассивной (неинформативной) области в центре оптического кадра панорамного изображения (см. фиг. 6) подтверждает целесообразность выбора формы фотоприемника 1, как и в прототипе, в пользу кругового кольца.
Следует отметить, что в «кольцевом» фотоприемнике 1 электроды переноса на фотоприемной области 1-2 и в «кольцевом» регистре сдвига 1-3 могут быть выполнены с геометрической формой не в виде прямоугольника, а в виде части кругового кольца. Несомненно, что это предоставит и определенные преимущества при изготовлении «кольцевого» фотоприемника по технологии ПЗС.
Учитывая использование заявляемого датчика монохромного видеосигнала в системах охранного телевидения, разумно кристалл «кольцевого» фотоприемника 1 выполнить не на основе кремния, а на основе полупроводника из арсенида галлия.
Тогда физически реально достигнуть красной границы спектральной характеристики 1,7 мкм и даже 2,2 мкм, не применяя принудительное охлаждение кристалла фотоприемника [4, с. 113], а в результате получить существенный выигрыш в чувствительности датчика.
ф1
ф2
ф3
выхЗ
вых
сбр
На фиг. 4 показана возможная структурная схема БПЗН «кольцевого» фотоприемника с организацией «плавающая диффузионная область», которая полностью совпадает со схемой, применяемой в настоящее время в матрицах ПЗС для реализации прямоугольной развертки видеосигнала. На фиг. 4 приняты следующие обозначения: U, U, U - напряжения на шинах для трехфазного управления «кольцевым» регистром сдвига 1-2-2; U - напряжение на выходном затворе; Д, Д - выходной и сбрасывающие диоды соответственно.
сбр
Перед считыванием информационного заряда очередного элемента (пиксела) в процессе его преобразования в напряжение видеосигнала информационный заряд предыдущего элемента должен быть сброшен в стирающий диод Д.
r
Эта процедура осуществляется при помощи управляющих импульсов T, называемых часто в литературе импульсами сброса, которые подаются на соответствующую шину управления БПЗН 1-3.
Блок формирования апертуры (БФА) 2-5 предназначен для управления считывающей апертурой в «кольцевом» фотоприемнике 1 при поэлементном съеме напряжения видеосигнала в БПЗН 1-3. В результате для всех строк фотоприемника обеспечивается одинаковая по полю площадь считывающей апертуры при различной от строки к строке площади электродов светочувствительных элементов сенсора.
r
с1
cn
Эпюра выходного сигнала T, вырабатываемого на выходе БФА 2-5, представлена на фиг. 5. Предполагается, что фотоприемник 1 содержит n «кольцевых» строк. На этой диаграмме первая строка обозначена как Т, а последняя строка - как T.
Управляющие импульсы имеют положительную полярность, малую (короткую) длительность и различный период следования в пределах каждой из «кольцевых» строк.
r1
rn
r1
р
rn
r
Период управляющих импульсов для первой «кольцевой» строки обозначен T, а период управляющих импульсов для последней «кольцевой» строки - Τ. Период T является самым малым и равен периоду считывания элемента Т, а период считывания T - самым большим, который равен nT.
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 заявляемого датчика.
БФА 2-5 на практике может быть реализован с использованием классического набора технических средств (логических элементов) цифровой электроники. Очевидно, что БФА 2-5 может быть выполнен в составе временного контроллера 2-1 блока 2 «кольцевой» развертки.
Остальные блоки заявляемого датчика, а именно временной контроллер 2-1, ПУ 2-2, ПУ 2-3, ПУ 2-4 и сигнальный процессор 3, ничем не отличаются от блоков прототипа, имеющих те же наименования.
Устройство датчика монохромного видеосигнала (см. фиг. 1-5) работает следующим образом.
Как и в прототипе [1], «кольцевой» фотоприемник 1 заявляемого датчика реализует «кольцевую» развертку зарядового изображения на фотоприемной области 1-1 с последующим поэлементным считыванием зарядов в «кольцевом» регистре 1-2 и формированием на выходе БПЗН 1-3 напряжения черно-белого видеосигнала в аналоговой форме.
При этом в интервале прямого хода по кадру происходит процесс накопления зарядовых пакетов пропорционально освещенности панорамного сюжета в светочувствительных элементах (пикселах) фотоприемной области 1-2.
В течение кратковременного промежутка последующего интервала обратного хода кадровой развертки открывается фотозатвор, и заряды всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, переносятся (за один шаг поворота) в экранированные от света пикселы, расположенные на той же области 1-2.
Затем фотозатвор закрывается и в новом кадровом цикле на мишени выполняется накопление другой зарядовой «картины», а накопленные в предыдущем кадре зарядовые пакеты в радиальных направлениях переносятся на периферию кристалла фотоприемника, загружая в интервале обратного хода по строке новыми зарядами «кольцевой» регистр 1-2.
Но в отличие от прототипа [1], процесс текущего поэлементного преобразования «заряд - напряжение, выполняемый в БПЗН 1-3, осуществляется с переменной величиной периода сброса предыдущего зарядового пакета в стирающий диод.
r
r1
cn
Этот период, обозначенный как T, в пределах «кольцевого» кадра меняется по величине от самого малого (T) для первой строки до самого большого (T) для последней строки.
Благодаря тому, что площадь светочувствительных элементов для «кольцевых» строк на фотоприемной области 1-2 априори изменяется в этом направлении пропорционально, но в сторону уменьшения, обеспечивается одинаковая величина площади считывающей апертуры сенсора.
Величина же промежутка между отдельными апертурными площадками («апертурными пятнами») за счет новой топологии фотоприемника обеспечивается практически одинаковой по всей площади мишени и равной величине зазоров между светочувствительными элементами сенсора.
Следовательно, для заявляемого датчика черно-белого видеосигнала будет достигаться выравнивание параметра разрешающей способности непосредственно в фотоприемнике 1.
Далее монохромный видеосигнал сенсора, как и в датчике прототипа, преобразуется на выходе сигнального процессора 3 в аналоговый композитный видеосигнал черно-белого изображения, являющийся и выходным сигналом самого датчика.
n
*
*
*
*
*
*
Рассмотрим работу заявляемого датчика монохромного видеосигнала в составе телевизионно-компьютерной системы для панорамной охраны «день - ночь» [1] (см. фиг. 7), которая содержит на передающей стороне телевизионную камеру в позиции 4, состоящую из последовательно расположенных панорамного объектива 4-1, оптического блока 4-2 и двух датчиков телевизионного сигнала ДТС 4-3 и ДТС 4-4, причем в состав телевизионной камеры 4 также входит детектор 4-5 движения, блок 4-6 коммутации, выход которого является выходом «видео» (обозначен «LV») телевизионной камеры, последовательно соединенные селектор 4-7 синхроимпульсов и формирователь импульсов (ФИ) 4-9, последовательно соединенные первый пиковый детектор 4-8, блок 4-10 выборки-хранения и компаратор 4-11, установочный вход которого подключен к пороговому напряжению U, инвертор 4-12, элемент «И» 4-13, второй пиковый детектор 4-14, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4-15, формирователь 4-16 длительности накопления, одновибратор 4-17, элемент «ИЛИ» 4-18, первый RS-триггер 4-19 и второй RS-триггер 4-20, при этом управляющий вход блока 4-10 выборки-хранения подключен к первому выходу ФИ 4-9, второй выход которого подключен к управляющему входу первого пикового детектора 4-8; линию связи из пятижильного кабеля в позиции 5, а на приемной стороне - формирователь 6 сигнала тревоги и компьютер оператора в позиции 7, при этом в телевизионной камере выход «видео» (обозначен «LV1») ДТС 4-3, являющегося датчиком цветного сигнала изображения, подключен соответственно к входу селектора 4-7 синхроимпульсов, к информационному входу пикового детектора 4-8 и к первому информационному входу блока 4-6 коммутации, а выход «видео» (обозначен «LV2») ДТС 4-4, являющегося датчиком черно-белого сигнала изображения, подключен соответственно ко второму информационному входу блока 4-6 коммутации, к входу детектора 4-5 движения и к информационному входу пикового детектора 4-14, управляющий вход которого объединен с входом одновибратора 4-17 и входами «S» RS-триггеров 4-19 и 4-20 и подключен к выходу инвертора 4-12, который является выходом «сигнал регистрации движения» телевизионной камеры (обозначен «RM»), при этом выход детектора 4-5 движения подключен соответственно к входу инвертора 4-12 и к первому входу элемента «И» 4-13, второй вход которого подключен к выходу компаратора 4-11, причем выход пикового детектора 4-14 подключен к информационному входу АЦП 4-15, выход которого подключен к установочному входу формирователя 4-16, разрешающий вход которого подключен к выходу одновибратора 4-17, управляющий вход формирователя 4-16 подключен к инверсному выходу RS-триггера 4-19, тактовый вход формирователя 4-16 объединен с тактовым входом АЦП 4-15 и подключен к выходу «сигнал строчных синхроимпульсов» ДТС 4-4 (обозначен «HD out), а выход формирователя 4-16 подключен к входу «R» RS-триггера 4-19 и соответственно к входу «сигнал накопления кадра» ДТС 4-4 (обозначен «F1»), вход «сигнал запроса изображения» (обозначен «IRQ») которого подключен к входу «R» RS-триггера 4-20, инверсный выход которого подключен к первому входу элемента «ИЛИ» 4-18, второй вход которого подключен к выходу одновибратора 4-17, а выход элемента «ИЛИ» 4-18 - к входу «выбор режима работы» ДТС 4-4 (обозначен «MS), выход которого «сигнал готовности изображения» (обозначен «IRDY) подключен к управляющему входу детектора 4-5 движения, при этом выходы ДТС 4-4, а именно выход «сигнал готовности изображения», выход «сигнал квитирования изображения» (обозначен «IACK»), которые являются и соответствующими выходами телевизионной камеры 4, подключены через жилы кабеля линии связи 5 к входам этих сигналов на компьютере 7 оператора, выход сигнала «IRQ» которого подключен через жилу кабеля линии связи 5 к соответствующему входу телевизионной камеры 4 и к входу сигнала этого наименования для ДТС 4-4; выход видеосигнала «LV» с телевизионной камеры транслируется по жиле кабеля линии связи 5 на вход «видео» компьютера 7 оператора, а сигнал «RM» с выхода инвертора 4-12 телевизионной камеры 4 - на вход формирователя 6 сигнала тревоги.
Отметим, что заявляемый датчик монохромного видеосигнала выполняет в этой системе панорамной охраны «день - ночь» обязанности датчика телевизионного сигнала ДТС 4-4.
Выделим в работе охранной телевизионной системы три режима:
- «день» (режим 1);
- «ночь» (режим 2);
- «тревога» (режим 3, который может сопутствовать как режиму 1, так и режиму 2).
Согласно техническому решению [1] телевизионная камера 4 может работать в режиме «TV», обеспечивая по выходу «LV» в зависимости от времени суток формирование периодического цветного или черно-белого сигнала изображения в соответствии с телевизионным стандартом.
Кроме этого, телевизионная камера может быть переведена в режим «MONOSHOT» - формирования однократного видеосигнала (снимка монохромного изображения) длительностью в один кадр прогрессивной развертки или в один полукадр чересстрочной развертки. Видеосигнал снимка, обладающий повышенной информативностью, записывается в память компьютера и может быть в любое время предоставлен в качестве доказательства произошедшего нарушения.
Независимо от режима работы системы «кольцевое» оптическое изображение наблюдаемой сцены, формируемое панорамным объективом 4-1 на входе оптического блока 4-2, по оптическому пути: первая светоделительная грань призмы светоделителя, вторая светоделительная грань призмы светоделителя, спектроделительная грань призмы корректирующего светофильтра, вторая грань призмы корректирующего светофильтра проецируется в видимом спектральном диапазоне на фотомишень первого ДТС 4-3. Одновременно оптический кадр панорамного объектива 4-1 по другому оптическому пути: первая светоделительная грань призмы светоделителя, вторая светоделительная грань призмы светоделителя, третья грань призмы светоделителя во всем спектральном диапазоне (видимом и инфракрасном) проецируется на фотомишень второго ДТС 4-4. Следует отметить, что инфракрасная область спектра последнего оптического изображения дополнительно усиливается за счет светового потока, отраженного спектроделительной гранью призмы светофильтра 4-2-2 в направлении третьей грани призмы светоделителя 4-2-1.
При включении питания оба датчика телевизионного сигнала ДТС 4-3 и ДТС 4-4 по умолчанию начинают работать в режиме «TV».
В результате фотоэлектрических преобразований на выходе «LV1» ДТС 4-3 формируется композитный цветной видеосигнал, а на выходе «LV2» ДТС 4-4 - композитный черно-белый видеосигнал сигнал в том же масштабе.
По монохромному видеосигналу с выхода «LV2» детектор 4-5 движения осуществляет слежение за обстановкой, выполняя межкадровое сравнение соседних кадров. В дальнейшем изложении воспользуемся эпюрами, приведенными на фиг. 7.
к
Селектор 4-7 выделяет из композитного цветного видеосигнала по выходу «LV1» строчные и кадровые синхроимпульсы, а ФИ 4-9 вырабатывает в пределах каждого кадрового гасящего импульса следующие с периодом Т импульсы записи и сброса.
к
к
n
Пиковый детектор 4-8 с периодом Т измеряет уровень видеосигнала с ДТС 4-3, блок 4-10 выборки-хранения запоминает его на время Т, а компаратор 4-11 оценивает выходное напряжение блока 4-10, сравнивая его с пороговым напряжением U.
*
*
*
*
В режиме «TV» на входе «выбор режима работы» («MS») другого датчика - ДТС 4-4 устанавливается высокий уровень (логическая «1»). Отметим, что высокий логический уровень поддерживается на входе «сигнал накопления кадра» («FI»), на входе «сигнал запроса изображения» («IRQ) и на выходе «сигнал готовности изображения» («IRDY»). Одновременно низкий логический уровень присутствует на выходе ДТС 4-4 - «сигнал квитирования изображения» («IACK») и на выходе инвертора 4-12 - «сигнал регистрации движения» («RM»).
*
Первый RS-триггер 4-19 и второй RS-триггер 4-20 находятся в состоянии «0». Поэтому на инверсном выходе RS-триггера 4-19 поддерживается логическая «1», а формирователь 4-16 заблокирован по управляющему входу высоким логическим уровнем и не считает строчные синхроимпульсы HD out. На выходе «видео» («LV2») датчика ДТС 4-4 формируется композитный черно-белый видеосигнал по телевизионному стандарту.
По монохромному видеосигналу с выхода «LV2» детектор 4-5 движения осуществляет слежение за обстановкой, выполняя межкадровое сравнение соседних кадров.
Предположим, что телевизионная система работает в дневное время суток, т.е. в режиме «день» (в режиме «1»), а подвижные объекты в зоне контроля отсутствуют. Тогда компаратор 4-11 не изменяет своего состояния по выходу, поддерживая состояние логической «1», и сохраняется высокий уровень напряжения на выходе детектора 4-5 движения. Поэтому на выходе элемента «И» 4-13 тоже присутствует логическая «1», а на выход блока 4-6 коммутации, а, следовательно, и на выход «LV» телевизионной камеры, передается цветной композитный видеосигнал с ДТС 4-3.
Цветной композитный видеосигнал с выхода «LV» транслируется по линии связи 5 на приемную сторону телевизионной системы, а далее поступает в компьютер 7 на плату видео.
Приходящий на плату видео компьютера 7 «кольцевой» видеосигнал цветного изображения оцифровывается, а затем вводится (записывается) в блоки оперативной памяти. Далее реализуется преобразование выходного «кольцевого» кадра цветного изображения в соответствующие «прямоугольные» кадры путем считывания видеосигнала из оперативной памяти, причем число «прямоугольных» кадров, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению
г
где γ - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения.
г
Предположим, что при проектировании охранной телевизионной системы разработчиком заложено, что текущий угол поля зрения (γ) предъявляемого оператору панорамного изображения составляет 60° по горизонтали. Тогда по соотношению (3) «кольцевой» кадр должен соответствовать шести «прямоугольным» кадрам (n=6). Это означает, что имеем 6 условных областей в пространстве «кольцевого» кадра.
Следовательно, каждый «кольцевой» кадр записи изображения конвертируется в 6 «прямоугольных» кадров, которые могут быть предложены в виде текущей последовательности оператору компьютера 7, ведущему мониторинг обстановки на охраняемой территории.
0
*
Пусть в момент t очередной результат межкадрового сравнения в детекторе 4-5 движения фиксирует появление нарушителя. Тогда на его выходе («RM») появляется низкий уровень напряжения, а на выходе инвертора 4-12 - положительный перепад напряжения, который по линии связи 5 транслируется на вход формирователя 6. В результате на приемной стороне телевизионной системы обеспечивается звуковая и световая сигнализация тревоги.
Телевизионная система переходит в режим «1+3».
Одновременно в самой телевизионной камере 4 положительный перепад напряжения на выходе инвертора 4-12 переводит RS-триггеры 4-19 и 4-20 в состояние «1», выполняет сброс пикового детектора 4-14 и производит запуск одновибратора 4-17.
0
1
Одновибратор 4-17 формирует на выходе импульсный сигнал, длительность которого t…t является интервалом разрешения операции предварительной записи-установки числа в счетчики формирователя 4-16.
0
1
В течение интервала t…t пиковый детектор 4-14 измеряет текущее значение видеосигнала. Постоянное напряжение с выхода пикового детектора 4-14 преобразуется далее в АЦП 4-15 из аналоговой формы в цифровую и подается на установочные входы счетчиков формирователя 4-16.
1
К моменту t (см. фиг. 8) запись-установка этого числа в счетчики формирователя 4-16 должна закончиться.
0
Необходимо отметить также, что, начиная с момента t, блок 4-6 коммутации уже передает на выход видеосигнал «LV2» от датчика ДТС 4-4.
1
*
Начиная же с момента t, на выходе элемента «ИЛИ» 4-18, а следовательно, и на входе «MS» датчика ДС 4-4 устанавливается уровень логического «0».
1
0
Поэтому телевизионная камера 4, начиная с момента t, переходит в из режима «TV» в режим «MONOSHOT». Дополнительно отметим, что с момента t на управляющем входе формирователя 4-16 присутствует низкий логический уровень, т.е. блокировка по этому входу снята.
1
Счетчики формирователя 4-16 подсчитывают приращение данных, а на его выходе, начиная с момента t, устанавливается низкий логический уровень. Поэтому датчик ДТС 4-4 переходит в состояние накопления информационных зарядов в зависимости от освещенности зоны контроля во всем спектральном диапазоне.
Монохромный сигнал изображения «кольцевого» фотоприемника 1 имеет линейную шкалу уровня в зависимости от освещенности (γ=1), и предполагается, что по этому выходу «видео» исключено воздействие автоматической регулировки усиления (АРУ).
Отметим, что эти признаки являются совершенно необходимым условием для предлагаемого решения телевизионной системы.
Длительность накопления в датчике ДТС 4-4 устанавливается оптимальной по критерию максимума отношения сигнал/шум для видеосигнала выполняемого снимка изображения, что достигается предварительной калибровкой телевизионной камеры.
Если нарушение в охраняемой зоне происходит ночью, то телевизионная система в режиме «2+3» работает аналогично, отличаясь только тем, что длительность накопления в датчике ДТС 4-4 в ночное время суток будет заведомо больше, чем в дневное время.
2
После окончания накопления зарядов в датчике ДС 4-4 (см. момент t на фиг. 8а) производится сброс счетчиков формирователя 4-15 и установка RS-триггера 4-19 в состояние «0», а, следовательно, возобновление блокировки формирователя 4-16 по управляющему входу.
*
В счетчиках формирователя 4-16 устанавливается нулевое число, а датчик ДТС 4-4 переходит в состояние «ненакопления», т.к. на его входе «FI», начиная с этого момента, формируется высокий логический уровень.
Далее на фотозатвор ДТС 4-4 кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядов из всех «кольцевых» строк, участвовавших в накоплении, в экранированные от света пиксельные линейки, расположенные на той же мишени. Поэтому перенесенные заряды накопленного кадра могут храниться там достаточно продолжительное время.
1
*
Если время переноса зарядов составляет величину τ, то после его завершения на выходе «IRDY» датчика ДТС 4-4 будет сформирован одиночный импульс (см. фиг. 8б) - сигнал готовности изображения.
2
*
Этот сигнал по линии связи 5 транслируется на приемную сторону телевизионной системы и поступает в компьютер 7. В компьютере с задержкой τ, установленной в блоке сопряжения интерфейса платы видео, вырабатывается выходной сигнал запроса изображения (см. фиг. 8г), который по линии связи 5 поступает на вход «IRQ датчика ДТС 4-4 телевизионной камеры 1.
3
3
4
к
Далее, когда низкий уровень в сигнале запроса изображения совпадает с окончанием ближайшего строчного синхроимпульса (см. момент t, на фиг. 8в), начинается считывание зарядового рельефа информационного кадра, которое продолжается в течение интервала t…t. В результате на выходе «видео» («LV2») ДТС 4-4, а, следовательно, и на выходе «видео» («LV») телевизионной камеры 4 формируется видеосигнал одиночного кадра (см. фиг. 8е). Отметим, что длительность этого сигнала с учетом кадрового гасящего импульса составляет Т и соответствует периоду полукадров по телевизионному стандарту.
3
4
Параллельно с видеосигналом одиночного кадра на выходе «IACK» ДТС 4-4 вырабатывается одиночный положительный импульс - сигнал квитирования (подтверждения) изображения (см. фиг. 8д), длительность которого составляет интервал (t…t).
Далее сигналы «LV» и «IACK» транслируются по линии связи 5 на приемную сторону телевизионной системы, а там поступают на плату видео компьютера 7 оператора.
3
4
Приходящий сигнал «IACK» обеспечивает автоматический переход в работающей компьютерной программе в закладку «Снимок». Поэтому в интервале (t…t) выполняется запись «кольцевого» монохромного видеосигнала одиночного кадра («LV») в оперативную память компьютера. Далее аналогично выполняется преобразование одиночного «кольцевого» кадра в 6 «прямоугольных» кадров и их сохранение в папке компьютерной памяти.
5
*
*
Добавим к этому, что в телевизионной камере 4 в момент t (см. фиг. 8г) низкий уровень в сигнале «IRQ заканчивается. Возникающий положительный перепад напряжения устанавливает RS-триггер 4-20 в состояние «0». В результате высокий логический уровень напряжения поддерживается на входе «MS» ДТС 4-4, а телевизионная камера 4 из режима «MONOSHOT»возвращается в режим «TV».
6
*
Отметим, что в момент t возникающий положительный перепад напряжения в сигнале «IRDY» (см. фиг. 8б) осуществляет сброс тревоги в детекторе 4-5 движение, восстанавливая уровень логической «1» на его выходе.
В результате телевизионная система переходит из режима работы «2+3» в режим «2».
Если затем в результате суточного перехода «ночь - день» освещенность на объекте увеличится, то телевизионно-компьютерная система автоматически вновь перейдет из режима «2» в режим «1».
Техническим результатом заявляемого монохромного датчика видеосигнала для этой системы можно считать получение одинакового показателя четкости черно-белого изображения по всему пространству «кольцевого» кадра как в режиме «TV», так и в режиме «MONOSHOT».
В настоящее время все элементы структурной схемы устройства датчика монохромного видеосигнала освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.
Поэтому следует считать изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2565064, МПК G08B 13/196. Устройство телевизионно-компьютерной системы для панорамной охраны «день - ночь» / В.М. Смелков // Б.И. - 2015. - №29.
2. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. – М.: 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. Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учебное пособие. / Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.