способ видеонаблюдения и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ видеонаблюдения, включающий в себя движение элемента сканирования по полю для построения изображения объекта, преобразование изображения и регистрацию, а также его обработку, отличающийся тем, что предварительно формируют промежуточное изображение объекта, движение элемента сканирования по полю осуществляют, сканируя промежуточное изображение по двум координатам, полученное после сканирования изображение объекта преобразуют в электрический сигнал, а регистрацию изображения осуществляют путем единовременной фиксации участка поля, включающий в себя совокупность элементов сканирования по двум координатам.

2. Устройство видеонаблюдения, содержащее объектив, приемник изображения и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что между объективом и приемником изображения дополнительно установлена оборачивающая система, имеющая линейное увеличение больше 1, расположенная с возможностью линейного перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива.

3. Устройство видеонаблюдения по п.2, отличающееся тем, что объектив выполнен из пяти компонентов, первый из которых отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй - склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, третий - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый - двояковыпуклая линза, а пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту.

4. Устройство видеонаблюдения по п.2, отличающееся тем, что оборачивающая система выполнена из 6-ти компонентов, первый из которых - положительный, склеенный из отрицательного мениска, обращенного к изображению, и двояковыпуклой линзы, второй - двояковыпуклая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, а шестой - положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для наблюдения за объектами внешней среды.

Известен способ видеонаблюдения (www.elics.ru/katalog/kvideo), позволяющий контролировать помещения и территорию, осуществлять видеозапись тревожных событий и непрерывную запись видеоинформации.

Способ-аналог имеет недостаточно высокую информативность при работе в режиме реального времени, устройство по известному способу имеет малые угловые поля, большие габариты и стоимость.

Наиболее близким к изобретению и выбранным за прототип является способ видеонаблюдения с использованием технологии линейно сканирующей камеры, (www.sentryscope.com). Способ видеонаблюдения, включающий в себя движение элемента(линии) сканирования по полю для построения изображения объектов, преобразование и регистрацию изображения, а также его обработку. Линейное сканирование использует одну единственную линию изображения для построения изображений движущихся объектов. Для видеонаблюдения нужно двигать сканирующую линию по полю зрения и строить изображение. Движение сканирующей линии осуществляется вращающимся зеркалом, установленным перед камерой. В то время, как зеркало вращается, оно двигает линию через поля зрения, сохраняя множество сканов, чтобы сформировать изображение.

Недостатками способа являются: невысокая информативность при работе в режиме реального времени из-за недостаточного угла обзора, способ-прототип имеет сложные алгоритмы обработки видеосигналов, большое время на обработку изображения, большие габариты устройства, не позволяющие его использовать в переносном режиме, высокую стоимость самого устройства и его комплектующих.

Наиболее близким устройством, реализующим заявляемый способ, является устройство по способу видеонаблюдения Sentry Scope (www.sentryscope.com.)

Устройство состоит из сканирующего зеркала, телевизионной камеры и процессора изображения, который способен производить 600 миллионов операций в секунду. Быстрое соединение через Ethernet между камерой и персональным компьютером обеспечивает передачу данных со скоростью 100 миллионов бит в секунду, что едва хватает для передачи сжатого потока данных сверхвысокого разрешения. Требуется персональный компьютер 2 ГГц с емкостью памяти до 480 Гбайт. Недостатками устройства являются недостаточный угол обзора, большие габариты и высокая стоимость.

Решается задача повышения информативности при работе в режиме реального времени за счет увеличения угла обзора при сохранении масштаба изображения, упрощение обработки видеосигнала и сокращение времени обработки за счет сканирования промежуточного изображения по двум координатам одновременно.

Дополнительным преимуществом устройства по сравнению с прототипом является уменьшение габаритов и удешевление устройства.

Решение указанной задачи в способе достигается тем, что в способе видеонаблюдения, включающем в себя движение элемента сканирования по полю для построения изображения объекта, преобразование изображения и регистрацию, а также его обработку, предварительно формируют промежуточное изображение объекта, движение элемента сканирования по полю осуществляют, сканируя промежуточное изображение по двум координатам, полученное после сканирования изображения объекта преобразуют в электрический сигнал, а регистрацию изображения осуществляют путем единовременной фиксации участка поля, включающего в себя совокупность элементов сканирования по двум координатам, при этом преобразование изображения включает в себя его оборачивание оптическим путем и увеличение, а регистрацию изображения осуществляют путем единовременной фиксации участка площади, включающий в себя совокупность элементов сканирования.

В заявляемом способе видеонаблюдения элементом сканирования является участок поля.

Решение указанной задачи в устройстве видеонаблюдения достигается тем, в устройство, содержащее объектив, приемник изображения и блок обработки сигналов, между объективом и приемником изображения дополнительно установлена оборачивающая система, имеющая линейное увеличение больше 1, расположенная с возможностью линейного перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива.

Коррекция аберраций проводилась во всем устройстве в целом, т.е. ни объектив, ни оборачивающая система отдельно использоваться не могут. Оборачивающая система позволяет получить прямое изображение объекта, что очень удобно. Оборачивающая система также играет роль оптического рычага, ее увеличение больше 1, что позволяет иметь малые пределы ее перемещения, такое выполнение упрощает механизм перемещения и уменьшает габариты устройства в целом.

Кроме того, устройство для видеонаблюдения по п.1, отличающееся тем, что объектив выполнен из пяти компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй - склеенный из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, третий - склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, четвертый - двояковыпуклая линза, а пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту.

Кроме того, устройство для видеонаблюдения по п.1, отличающееся тем, что оборачивающая система выполнена из 6-ти компонентов, первый из которых - положительный, склеенный из отрицательного мениска, обращенного к изображению и двояковыпуклой линзы, второй - двояковыпуклая линза, третий - положительный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, а шестой - положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту.

Сущность изобретения поясняется чертежами где:

на фиг.1 представлена оптическая схема устройства для видеонаблюдения;

на фиг.2 представлен вариант оптической схемы объектива;

на фиг.3 представлен вариант оптической схемы оборачивающей системы;

на фиг.4 представлены частотно-контрастные характеристики для одного из положений оборачивающей системы, подтверждающие высокое качество изображения устройства по предлагаемому изобретению.

Устройство для видеонаблюдения, реализующее заявляемый способ, содержит, последовательно расположенные по ходу лучей, объектив 1, коллектив 2, оборачивающую систему 3, приемник изображения 4, блок обработки сигналов 5. Устройство работает следующим образом.

Световой поток от объекта проходит через объектив 1 и коллектив 2 и формирует предварительно промежуточное изображение в плоскости 6, которое затем передается через оборачивающую систему 3, установленную с возможностью линейного перемещения в плоскости перпендикулярно оптической оси. Перемещение позволяет сканировать промежуточное изображение по двум координатам, т.е. осуществляется движение элемента сканирования по полю, которое формирует изображение в плоскости 7 приемника 4. Полученное после сканирования изображение объекта преобразуют в электрический сигнал, при этом преобразование изображения включает в себя его оборачивание оптическим путем и увеличение, а затем регистрируют путем единовременной фиксации участка поля, включающего в себя совокупность элементов сканирования по двум координатам. Полученная совокупность сигналов обрабатывается. Обработка сигналов происходит в блоке цифровой обработки сигналов 5. Коллектив 2 работает по своему прямому назначению (сопрягает зрачки объектива и оборачивающей системы). Коррекция аберраций проводилась во всем устройстве в целом, т.е. ни объектив, ни оборачивающая система отдельно использоваться не могут. Оборачивающая система позволяет получить прямое изображение объекта, что очень удобно. Оборачивающая система также играет роль оптического рычага, ее увеличение больше 1, что позволяет иметь малые пределы ее перемещения, такое выполнение упрощает механизм перемещения и уменьшает габариты устройства в целом.

Объектив в конкретной реализации устройства состоит из семи компонентов (фиг.2) где 8 - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй компонент склеенный из двояковыпуклой линзы 9 и отрицательного мениска 10, обращенного вогнутостью к объекту, третий - склеенный из двояковыпуклой линзы 11 и двояковогнутой линзы 12, четвертый - двояковыпуклая линза 13, а пятый - отрицательный мениск 14.

Оборачивающая система в конкретной реализации устройства выполнена из шести компонентов (фиг.3), первый из которых - положительный, склеенный из отрицательного мениска 15, обращенного к изображению и двояковыпуклой линзы 16, второй - двояковыпуклая линза 17, третий - положительный мениск 18, обращенный вогнутостью к изображению, четвертый - отрицательный мениск 19, обращенный вогнутостью к изображению, пятый - отрицательный мениск 20, обращенный вогнутостью к объекту, а шестой - положительный мениск 21, обращенный вогнутостью к объекту.

Примером конкретной реализации способа видеонаблюдения является устройство видеонаблюдения с оптическими параметрами, представленными в таблице 1, а в таблице 2 - его технические характеристики.

Таблица 1
Конструктивные параметры устройства.
№ поверхности	Радиусы, мм	Толщины, мм	Марки стекол
Объект		бесконечность	Воздух
1 - диафрагма	плоскость	0.9	Воздух
2.	-2.03	1.6	СТК19
3	-3.35	0	Воздух
4	28.97	4.32	СТК19
5	-4.365	1.1	СТФ2
6	-10.4	0	Воздух
7	12.27	3.34	СТК19
8	-608.1	1.26	ТФ10
9	95.28	0	Воздух
10	9.81	3.7	СТК19
11	-129.42	1.91	Воздух
12	-15.17	1	ТФ10
13	-60.67	2	Воздух
14	Плоскость	1	ТФ10
15	14.09	21.096	Воздух
16	158.12	1	ТФ10
17	13.552	3.28	ТК23
18	-25.03	0	Воздух
19	20	2.8	ТК12
20	-158.85	3.3	Воздух
21	8.71	4.1	Ф9
22	263	2.47	Воздух
23	88.31	1	СТК19
24	5.45	2.25	Воздух
25	Плоскость	1.75	Воздух
26	-4.093	1.2	ТФ10
27	-6.081	1.18	Воздух
28	-505.8	5.1	ТК23
29	-10.4		Воздух
Изображение	Плоскость		Воздух

позиции со 2 по 13 - поверхности объектива (п.3 формулы);

позиции 14-15 поверхности коллектива; 16-29 - поверхности оборачивающей системы (п.4. формулы).

В примере конкретной реализации в качестве блока 5 цифровой обработки изображения может использоваться компьютер.

Таблица 2
Технические характеристики устройства
№	Название характеристики	Значение
1	Фокусное расстояние, мм	-11.51
2	Угловое поле, угл.град.	108
3	Относительное отверстие	1:8
4	Задний фокальный отрезок, мм	43.6
5	Общая длина, мм	72.66
6	Линейное увеличение сканирующей системы, крат	-2.32

Таким образом, предполагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения информативности при работе в режиме реального времени за счет увеличения угла обзора при сохранении масштаба изображения, упрощение обработки видеосигнала и сокращение времени обработки за счет сканирования промежуточного изображения по двум координатам одновременно.

Дополнительным преимуществом устройства по сравнению с прототипом является уменьшение габаритов (до размера делающего устройство портативным) и удешевление устройства, по крайней мере, на порядок.