CC BY
35
І
СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович, доктор технических наук
і
і
і
і
МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ ДЛЯ ПАНОРАМНОГО НАБЛЮДЕНИЯ ДИНАМИЧНЫХ СЮЖЕТ
В работе [1] обсуждалось техническое решение цифровой телекамеры кругового обзора с использованием панорамного зеркально-линзового объектива и матричного фотоприемника, выполненного по технологии КМОП. Телекамера подключена к серверу, являющемуся узлом локальной вычислительной сети, и позволяет оператору персонального компьютера увидеть на экране видеомонитора панорамное изображение в виде последовательности традиционных «прямоугольных» кадров. Число кадров определяется углом поля зрения контролируемого изображения по горизонтали, который связывает его разрешающую способность и число элементов (пикселов) матрицы КМОП-телекамеры. Для технической реализации этого проекта требуется матричный фотоприемник с большой информационной емкостью, однако современные мегапиксельные матрицы КМОП максимального формата 2592x1944 имеют ограничение по частоте кадров фотоэлектрического преобразования до (2...4) Гц из-за сегодняшних технологических возможностей их производства [2]. Низкая же частота кадров панорамной телекамеры будет обязательно приводить к искажениям изображения подвижного объекта и, прежде всего, к нарушению слитности восприятия, даже при его воспроизведении с частотой 100 Гц на стандартном компьютерном видеомониторе.
В настоящей статье рассматривается альтернативный метод построения панорамной телекамеры, в которой обеспечивается повышение частоты кадров фотоэлектрического преобразования путем распараллеливания мишени фотоприемника в целях использования матриц КМОП или ПЗС обычного формата. Основная идея метода во многом была подсказана решением другой задачи в работе [3], опубликованной более четверти века назад.
Структурная схема устройства панорамного наблюдения, реализующая данный метод, представлена на рис. 1. Поставленная задача решается тем, что в плоскость выходного изображения панорамного объектива 1-1 введена волоконно-оптическая насадка 1-2, имеющая п световодных ответвлений (жгутов), каждый из которых состыкован через волоконно-оптическое сочленение с мишенью датчика видеосигнала 1-3. Выходы всех п датчиков видеосигнала подключены к соответствующим входам блока восстановления изображения 1-4, выход которого является выходом телекамеры.
Число п жгутов насадки и соответственно датчиков видеосигнала удовлетворяет соотношению:
п = 360/уг,
где уг — горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения.
Рис. 1. Структурная схема устройства панорамного телевизионного наблюдения
Предположим, что горизонтальный угол поля зрения (уг) изображения, наблюдаемого с экрана видеомонитора (5), составляет 60 градусов. Тогда п = 6, а кольцевое изображение на выходе панорамного объектива 1-1 при помощи насадки 1-2 необходимо разделить на шесть областей захвата (рис. 2).
Оптические изображения этих областей проецируются соответственно на мишени шести датчиков видеосигнала 1-3, которые параллельно формируют шесть телевизионных сигналов их регистрации. Точками на рис. 2 отмече-
но начало первой строки регистрации датчика видеосигнала.
В блоке 1-4 осуществляется цифровая запись панорамного изображения по критерию, когда одному «кольцевому» кадру соответствуют шесть «прямоугольных» кадров в последовательности: Область 1 — Область 2 — Область 3 — Область 4 — Область 5 - Область 6 (рис. 3) с одновременным выполнением коррекции геометрических искажений каждого из участков оптического панорамного изображения.
Рис. 2. Пример размещения областей захвата в плоскости выходного изображения панорамного объектива
Область Область Область Область Область Область Область
1 2 3 4 5 6 1
Рис. 3. Пример последовательности кадров панорамного изображения, предлагаемой оператору
С выхода телекамеры 1 этот цифровой сигнал по скоростному интерфейсу, например иЯБ 2.0, поступает на сервер 2 и предоставляется пользователям персональных компьютеров на выходе «сеть».
Локальную вычислительную сеть, подключенную к серверу 2, образуют персональные компьютеры, каждый из которых оснащен системным блоком 3, манипулятором «мышь» 4 и видеомонитором 5. Оператор каждого персонального компьютера может осуществить при помощи манипулятора «мышь» 4 селекцию предлагаемого изображения и его вывод на экран видеомонитора 5. При равных условиях, по отношению к решению [1], частота кадров преобразования «свет — сигнал» в новой телекамере может быть увеличена в шесть раз, то есть с (2...4) до (12...24) Гц, что гарантирует оператору компьютера повышение слитности восприятия изображения подвижного объекта. С другой стороны, современные датчики видеосигнала на ПЗС и КМОП, имеющие число элементов 500x582 и 752x582, обеспечивают качественное фотоэлектрическое преобразование и на частоте 50 Гц, то есть способны усилить этот эффект.
Пусть горизонтальный угол поля зрения (уТ) изображения, наблюдаемого с экрана видеомонитора 5, составля-
ет 22,5°. Тогда п = 16, а кольцевое изображение на выходе панорамного объектива 1-1 при помощи насадки 1-2 необходимо разделить на шестнадцать областей захвата. В этом случае оператору будет предложена 16-кадровая последовательность панорамного изображения, но потребуется и 16 датчиков видеосигнала.
Очевидно, что это и дальнейшее продолжение процесса распараллеливания входного окна телекамеры должно рассматриваться с учетом всех компромиссов по конструированию и производству телекамеры и ее оптических элементов.
В качестве заключения
Предложенный метод построения телекамеры может быть использован для решения задачи панорамного телевизионного наблюдения динамичных объектов и хочется надеяться, что найдет «нишу» своего практического приложения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смелков В.М. К вопросу построения телевизионной камеры для панорамного наблюдения/ Спецтехника и связь, 2008, № 1, с. 12 - 17.
2. www.evs.ru. Бескорпусные мегапиксельные телевизионные ШБ 2.0 камеры.
3. Устройство для. получения телевизионных изображений с помощью матриц с зарядовой связью и передающая, система с подобным устройством. Описание к заявке Франции №2476949, И04М 5/32, А61Б 6/00, И04М 3/15, И05С 1/60, заявлено 22.02.1980, опубликовано 28.08.1981.
