телевизионная камера с селективным масштабированием

Формула изобретения

1. Телевизионная камера с селективным масштабированием, содержащая первый объектив, первый датчик телевизионного сигнала и формирователь сигнала рамки, отличающаяся тем, что введены светоделитель, второй датчик телевизионного сигнала, блок позиционирования, содержащий первый и второй приводы и кинематически с ними связанные соответственно первый и второй датчики положения, при этом первый и второй приводы осуществляют наведение второго датчика телевизионного сигнала соответственно по горизонтали и вертикали, а также селектор синхроимпульсов и коммутатор-смеситель, причем первый объектив оптически связан с входом светоделителя, первый выход которого является выходом нормального оптического изображения и оптически связан с фотомишенью первого датчика телевизионного сигнала, а второй выход светоделителя является выходом увеличенного оптического изображения и оптически связан с фотомишенью второго датчика телевизионного сигнала, вход "Синхро" которого подключен к выходу "Синхро" первого датчика телевизионного сигнала, выход "Видео" которого подключен соответственно к входу селектора синхроимпульсов и к первому информационному входу коммутатора-смесителя, второй информационный вход которого подключен к выходу "Видео" второго датчика телевизионного сигнала, а третий информационный вход - к первому выходу формирователя сигнала рамки, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого датчика положения блока позиционирования, второй управляющий вход - к выходу второго датчика положения блока позиционирования, вход строчной и вход кадровой синхронизации - соответственно к первому и второму выходам селектора синхроимпульсов, а второй выход - к четвертому информационному входу коммутатора-смесителя, управляющий вход которого является входом управления телевизионной камеры, а выход - выходом телевизионной камеры.

2. Телевизионная камера по п.1, отличающаяся тем, что светоделитель содержит последовательно расположенные и оптически связанные полупрозрачное зеркало, коллективную линзу, отражающее зеркало и второй объектив, причем вход светоделителя оптически связан с входом полупрозрачного зеркала, первый выход светоделителя - с выходом второго объектива, а второй выход светоделителя - с вторым выходом полупрозрачного зеркала.

3. Телевизионная камера по п.1, отличающаяся тем, что коммутатор-смеситель содержит последовательно включенные первый блок фиксации, смеситель и первый коммутатор, а также последовательно включенные второй блок фиксации и второй коммутатор, а также первый элемент И, второй элемент И, первый элемент НЕ и второй элемент НЕ, при этом второй вход смесителя подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого объединен с входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И выход которого подключен управляющему входу первого коммутатора и соответственно к входу второго элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, причем вход первого блока фиксации является первым информационным входом блока, вход второго блока фиксации - вторым информационным входом блока, первый вход второго элемента И - четвертым информационным входом блока, второй вход первого элемента И - третьим информационным входом блока, первый вход первого элемента И - управляющим входом блока, а выход первого коммутатора, объединенный с выходом второго коммутатора, - выходом блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах наблюдения, где на одном приемном экране воспроизводится комбинированное изображение, которое по отношению к первоначально предъявляемому изображению состоит из увеличенного участка (фрагмента) и остальной части с неизменным масштабом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является телевизионная камера с селективным масштабированием /1/, содержащая последовательно расположенные и оптически связанные объектив и фотоприемник на матричном приборе с зарядовой связью (ПЗС-фотоприемник), а также генератор воспроизведения изображения и генератор развертки с переменной скоростью и выборочным увеличением, который содержит в своем составе формирователь сигнала рамки, состоящий из формирователя стробирующих импульсов и импульсов рамки, которые определяют местоположение увеличенного фрагмента изображения, а ПЗС-фотоприемник в совокупности с формирователем фазных напряжений (в составе генератора развертки) и видеоусилителем (в составе генератора воспроизведения) образует датчик телевизионного сигнала. В прототипе обеспечивается масштабирование выбранного фрагмента изображения. Однако недостатком прототипа является пониженная разрешающая способность изображения увеличенного фрагмента как в продольном, так и в поперечном направлениях по отношению к показателю разрешающей способности остальной части изображения. Это определяется тем, что в увеличенном изображении выбранного участка по сравнению с его первоначальным (нормальным) изображением рост геометрических размеров фрагмента поддерживается использованием одного и того же числа светочувствительных элементов матричного ПЗС для формирования обоих изображений. Таким образом, увеличенное изображение имеет пониженную величину частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) для средних и верхних пространственных частот, а само оно воспринимается оператором как "растянутое" в обоих направлениях.

Задачей изобретения является масштабирование выбранного фрагмента с сохранением неизменного показателя разрешающей способности в пределах всего комбинированного изображения.

Поставленная задача решается тем, что в телевизионную камеру с селективным масштабированием, содержащую первый объектив, первый датчик телевизионного сигнала и формирователь сигнала рамки, введены светоделитель, второй датчик телевизионного сигнала, блок позиционирования, содержащий первый и второй приводы и кинематически с ними связанные соответственно первый и второй датчики положения, при этом первый и второй приводы осуществляют наведение второго датчика телевизионного сигнала соответственно по горизонтали и вертикали, а также селектор синхроимпульсов и коммутатор-смеситель, причем первый объектив оптически связан с входом светоделителя, первый выход которого является "выходом нормального оптического изображения" и оптически связан с фотомишенью первого датчика телевизионного сигнала, а второй выход светоделителя является "выходом увеличенного оптического изображения" и оптически связан с фотомишенью второго датчика телевизионного сигнала, вход "Синхро" которого подключен к выходу "Синхро" первого датчика телевизионного сигнала, выход "Видео" которого подключен соответственно к входу селектора синхроимпульсов и к первому информационному входу коммутатора-смесителя, второй информационный вход которого подключен к выходу "Видео" второго датчика телевизионного сигнала, а третий информационный вход - к первому выходу формирователя сигнала рамки, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого датчика положения блока позиционирования, второй управляющий вход - к выходу второго датчика положения блока позиционирования, вход строчной и вход кадровой синхронизации - соответственно к первому и второму выходам селектора синхроимпульсов, а второй выход - к четвертому информационному входу коммутатора-смесителя, управляющий вход которого является входом управления телевизионной камеры, а выход - выходом телевизионной камеры.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая телевизионная камера отличается наличием новых блоков, в т.ч.: светоделителя, второго датчика телевизионного сигнала, блока позиционирования, селектора синхроимпульсов и коммутатора-смесителя, а также наличием новых связей между новыми и остальными блоками.

Совокупность этих признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение соответствует требованию новизны.

В предлагаемом решении формирование изображения увеличенного фрагмента осуществляется вторым датчиком телевизионного сигнала, который при помощи светоделителя обеспечивает телевизионное наблюдение за объектом контроля параллельно с первым датчиком. При этом комбинированное изображение формируется путем замены центрального фрагмента нормального изображения на выбранный фрагмент увеличенного изображения, а т.к. оба фрагмента имеют одинаковые характеристики по геометрическим параметрам и числу элементов фотоэлектрического преобразования (элементов дискретизации), то разрешающая способность комбинированного изображения сохраняется высокой и неизменной в пределах всего растра.

По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемой телевизионной камеры; на фиг. 2 - структурная схема блока позиционирования с резисторными датчиками положения; на фиг. 3 - структурная схема коммутатора-смесителя; на фиг. 4 -изображения на экране видеоконтрольного блока, иллюстрирующие результат заявляемого решения; на фиг. 5 - изображения прямоугольной рамки на экране видеоконтрольного блока после завершения процесса юстировки камеры.

Телевизионная камера с селективным масштабированием (фиг. 1) содержит первый объектив 1, первый датчик 2 телевизионного сигнала, формирователь 3 сигнала рамки, светоделитель 4, второй датчик 5 телевизионного сигнала, блок 6 позиционирования, содержащий первый привод 6-1, второй привод 6-2 и кинематически с ними связанные соответственно первый датчик 6-3 положения и второй датчик 6-4 положения, при этом приводы 6-1 и 6-2 осуществляют наведение второго датчика 5 телевизионного сигнала; а также селектор 7 синхроимпульсов и коммутатор-смеситель 8, причем первый объектив 1 оптически связан с входом светоделителя 4, первый выход которого оптически связан с фотомишенью первого датчика 2 телевизионного сигнала, а второй выход светоделителя 4 - с фотомишенью второго датчика 5 телевизионного сигнала, вход "Синхро" которого подключен к выходу "Синхро" первого датчика 2 телевизионного сигнала, выход "Видео" которого подключен соответственно к входу селектора 7 синхроимпульсов и к первому информационному входу коммутатора-смесителя 8, второй информационный вход которого подключен к выходу "Видео" второго датчика 5 телевизионного сигнала, а третий информационный вход - к первому выходу формирователя 3 сигнала рамки, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого датчика 6-1 положения, второй управляющий вход - к выходу второго датчика 6-2 положения, вход строчной и вход кадровой синхронизации формирователя 3 - соответственно к первому и второму выходам селектора 7 синхроимпульсов, а второй выход формирователя 3 - к четвертому информационному входу коммутатора-смесителя 8, управляющий вход которого является входом управления телевизионной камеры, а выход - выходом телевизионной камеры. Выход телевизионной камеры на фиг. 1 подключен к входу видеоконтрольного блока 9.

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

В качестве датчиков 2 и 5 могут быть использованы импортные камерные модули SBC-4KXE производства Южной Кореи. Эти модули выполнены на базе матриц ПЗС с форматом мишени 1/3 дюйма (4,8 х 3,6) мм и числом элементов 795(H) х 596(Y). В России поставку модулей SBC-4KXE выполняет ассоциация "Теза" (г. Москва) и ее филиалы.

В модулях SBC-4KXE дополнительно к выходу полного телевизионного сигнала по выходу "Видео" предусмотрен выход сигнала синхронизации приемника (ССП) в ТТЛ-уровнях по выходу "Синхро" и возможность подачи на вход "Синхро" внешнего ССП для организации режима внешней синхронизации.

Предположим, что в качестве первого объектива 1 использован отечественный объектив "Зенитар-М 2,8/16", в качестве второго объектива 4-3 - отечественный объектив "Т-55", а в качестве датчиков 2 и 5 - указанные выше приборы. Объектив 1 формирует изображение с форматом (36 х 24) мм. В плоскости этого изображения находится фотомишень датчика 5. Поэтому датчик 5 регистрирует оптическое изображение фрагмента с размерами, определяемыми его фотомишенью (4,8 х 3,6) мм. Таким образом, на втором выходе светоделителя формируется увеличенное изображение объекта контроля с кратностью масштабирования K_м, равной отношению:

24/3,6 = 36/4,8 = 6,6 раза.

С другой стороны, объектив 4-4 переносит полностью изображение с форматом (36 х 24) мм в плоскость фотомишени датчика 2. Отражающее зеркало 4-3 обеспечивает необходимое направление оптического переноса, а коллективная линза 4-2 устраняет возможные оптические искажения при переносе. В результате на первом выходе светоделителя формируется нормальное оптическое изображение объекта контроля.

Формирователь 3 предназначен для получения:

а) сигнала прямоугольной рамки с форматом (a х b), где

a - размер рамки по горизонтали,

b - размер рамки по вертикали;

б) сигнала "окошка" с форматом (A х B), где

A - размер "окошка" по горизонтали,

B - размер "окошка" по вертикали.

Сигнал прямоугольной рамки вырабатывается на первом выходе формирователя 3, а сигнал "окошка" - на его втором выходе. Оба сигнала имеют положительную полярность.

Как и для прототипа, размеры "окошка" и рамки связаны следующей зависимостью:

A = K_м a,

B = K_м b.

Но на практике могут быть удобнее другие соотношения:

a = X/K_м,

b = Y/K_м,

A = X/(2...3),

B = Y/(2...3),

где X и Y - размеры растра по горизонтали и вертикали соответственно.

Как и в прототипе, рамка и "окошко" формируются цифровым методом без применения одновибраторов. В заявляемом решении рамка, имеющая толщину (1... 2) элемента/строки, может перемещаться по растру, при этом смещение рамки по горизонтали и по вертикали определяется величинами постоянных напряжений, подаваемых на вход соответствующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и регулируемых раздельно делителями на R_x и R_y. Последние, устанавливаемые в блоке 6 позиционирования, являются оперативными органами управления рамкой и одновременно датчиками положения по горизонтали и вертикали. Отметим, что "окошко" заявляемого решения неподвижно, а его центр совмещен с центром растра фотоприемников.

Блок 6 позиционирования предназначен для осуществления пространственного наведения по горизонтали и вертикали второго датчика 5 и съема текущей информации о его положении в системе координат XOY при помощи датчиков положения.

Блок 6 позиционирования (см. фиг. 2) содержит первый привод 6-1 горизонтального перемещения, второй привод 6-2 вертикального перемещения и кинематически с ними связанные соответственно первый датчик положения на резисторе R_x = R_x^* + R_nx и второй датчик положения на резисторе R_y = R_y^* + R_ny.

Пространственное наведение датчика 5 телевизионного сигнала может быть ручным или электромеханическим с использованием электродвигателей. Во втором случае на дополнительный вход блока 6 подается сигнал внешнего управления. В процессе изготовления и настройки заявляемой камеры юстировка блока 6 должна обеспечивать при всех выставляемых положениях движков потенциометров R_nx и R_ny такое положение второго датчика 5 относительно второго выхода светоделителя 4, чтобы проецируемое на фотомишень увеличенное оптическое изображение оказывалось отцентрированным по горизонтали и вертикали. Юстировка обеспечивается за счет применения подборочных резисторов R_x^* и R_y^*, а также использования потенциометров R_nx и R_ny с линейной зависимостью изменения сопротивления от угла поворота.

После завершения юстировки формирование изображений рамки P0, P1, P2, P3 и P4 на экране видеоконтрольного блока 9 (см. фиг. 5) должно соответствовать положениям движков потенциометров R_nx и R_ny, приведенным в таблице.

Селектор 7 синхроимпульсов предназначен для выделения из полного телевизионного сигнала, вырабатываемого на выходе датчика 2, импульсов строчной и кадровой частоты. Техническое решение селектора известно (см. например /2, с. 150-156/).

Коммутатор-смеситель 8 предназначен для формирования на выходе:

а) полного телевизионного сигнала нормального изображения и "наложенного" на него сигнала рамки

(в режиме "Выбор фрагмента");

б) полного телевизионного сигнала комбинированного изображения, состоящего из сигнала увеличенного изображения выбранного фрагмента в центре растра и сигнала нормального изображения на его остальной части.

(в режиме "Комбинированное изображение").

Коммутатор-смеситель 8 (см. фиг. 3) содержит последовательно включенные первый блок 8-1 фиксации, смеситель 8-2 и первый коммутатор 8-3, а также последовательно включенные второй блок 8-4 фиксации и второй коммутатор 8-5, а также первый элемент И 8-6, второй элемент И 8-7, первый элемент НЕ 8-8 и второй элемент НЕ 8-9, при этом второй вход смесителя 8-2 подключен к выходу элемента И 8-6, первый вход которого объединен с входом элемента НЕ 8-8, выход которого подключен к второму входу элемента И 8-7, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 8-3 и соответственно к входу элемента НЕ 8-9, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 8-5, причем вход первого блока 8-1 фиксации является первым информационным входом блока 8, вход второго блока 8-2 фиксации - вторым информационным входом блока 8, второй вход элемента И 8-6 - третьим информационным входом блока 8, первый вход элемента И 8-7 - четвертым информационным входом блока 8, первый вход элемента И 8-6 - управляющим входом блока 8, а выход коммутатора 8-3, объединенный с выходом коммутатора 8-5, - выходом блока 8.

Блоки 8-1 и 8-4 фиксации обеспечивают привязку уровня черного видеосигнала на входе к потенциалу E_ф. На управляющий вход блока 8 подаются логические сигналы:

а) уровня логической "1" в режиме "Выбор фрагмента";

б) уровня логического "0" в режиме "Комбинированное изображение".

Коммутаторы 8-3 и 8-5 могут быть выполнены на основе управляемых ключей микросхемы КР590КН2 /3, с. 447/, включение которых происходит при подаче на их управляющие входы сигнала логического "0".

Телевизионная камера работает следующим образом.

Независимо от режима работы камеры входное оптическое изображение по оптическому пути: первый объектив 1, полупрозрачное зеркало 4-1, коллективная линза 4-2, отражающее зеркало 4-3, второй объектив 4-4 проецируется на фотомишень первого датчика 2 телевизионного сигнала. Одновременно увеличенный (в соответствии с кратностью масштабирования светоделителя) фрагмент этого изображения по другому оптическому пути: первый объектив 1, полупрозрачное зеркало 4-1 проецируется на фотомишень второго датчика 5 телевизионного сигнала. Изображения на фотомишенях каждого из датчиков преобразуются далее в соответствующие видеосигналы. Отметим, что благодаря связи выхода "Синхро" датчика 2 с входом "Синхро" датчика 5, оба видеосигнала синхронны и синфазны по отношению друг к другу.

Независимо от режима работы камеры формирователь 3 вырабатывает на выходе сигнал прямоугольной рамки с форматом (a х b) и сигнал "окошка" с форматом (A х B). Напомним, что положение сигнала рамки в пределах активной части растра определяется в зависимости от положения движков потенциометров R_nx и R_ny, установленных в блоке 6 позиционирования. Синхронизация формирователя 3 по строкам и кадрам осуществляется от полного телевизионного сигнала датчика 2 при помощи селектора 7, на выходах которого формируются импульсы строчной и кадровой частоты.

Пусть на управляющий вход коммутатора-смесителя 8 подается сигнал логической "1", тогда заявляемая камера работает в режиме "Выбор фрагмента". Смеситель 8-2 микширует видеосигнал нормального изображения, поступающий на первый информационный вход блока 8, с сигналом прямоугольной рамки, подаваемым на его третий информационный вход. Коммутатор 8-3 устанавливается в замкнутое состояние, т.к. на его управляющем входе действует сигнал логического "0", и транслирует входной сигнал на выход камеры. На экране видеоконтрольного блока 9 воспроизводится нормальное изображение с наложенной на него рамкой, как показано на фиг. 4а. Нормальное изображение отмечено на фиг. 4 одиночной штриховкой.

Одновременно увеличенное в соответствии с кратностью масштабирования светоделителя оптическое изображение, геометрический центр которого совмещен с центром рамки, проецируется на фотомишень датчика 5. Если на управляющий вход блока 8 подается сигнал логического "0", заявляемая камера переводится в режим "Комбинированное изображение". При этом сигнал рамки на второй вход смесителя 8-2 не проходит, а коммутаторы 8-3 и 8-5 устанавливаются в замкнутое состояние поочередно в соответствии с сигналом "окошка", подаваемым на четвертый информационный вход блока 8.

В результате на выходе блока 8, а следовательно, и камеры, формируется комбинированное изображение, состоящее из сигнала увеличенного изображения выбранного фрагмента в центре и сигнала нормального изображения на его остальной части. Воспроизводимое в этом режиме изображение на экране видеоконтрольного блока 9 приведено на фиг. 4б, где увеличенное изображение отмечено двойной штриховкой. Показатель разрешающей способности сохраняется неизменным в пределах всего комбинированного изображения, т.к. оптическое изображение фрагмента "воспринимается" светочувствительными элементами датчика 5 при той же плотности расположения их на единицу длины, что и оптическое изображение остальной части, регистрируемое элементами датчика 2.

Допустим, что оператору необходимо проконтролировать увеличенное изображение другого фрагмента. Тогда он должен возвратиться в режим работы "Выбор фрагмента". Далее оператор выбирает новый интересующий его фрагмент изображения при помощи рамки путем пространственного наведения в двух направлениях датчика 5 телевизионного сигнала, используя для этого блок 6 позиционирования.

После этого телевизионная камера вновь переводится в режим "Комбинированное изображение", а на экране видеоконтрольного блока 9 в центре устанавливается увеличенная "картинка" этого фрагмента на фоне первоначально предъявляемого изображения.

В настоящее время все блоки заявляемого решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

На время подачи заявки предлагаемая телевизионная камера с селективным масштабированием разработана на уровне опытного образца КТП-236 по теме "Азот".

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США N 4002824, заявл. 28.01.76 г., опубл. 11.07.77 г. МПК² H 04 N 7/00.

2. Быков Р. Е., Сигалов В.М., Эйссенгардт Г.А. Телевидение, М.: Высшая школа, 1988 г.

3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник /С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. Под ред. С.В. Якубовского, М.: Радио и связь, 1990 г.