РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 2 780 801 (13) C1
	(51) МПК H04N 5/225 (2006.01) (52) СПК H04N 5/2251 (2022.08) H04N 5/2258 (2022.08) H04N 5/2259 (2022.08) H04N 5/23203 (2022.08)

Статус:	действует (последнее изменение статуса: 10.10.2022)
Пошлина:	Установленный срок для уплаты пошлины за 6 год: с 04.11.2025 по 03.11.2026. При уплате пошлины за 6 год в дополнительный 6-месячный срок с 04.11.2026 по 03.05.2027 размер пошлины увеличивается на 50%.

На основании пункта 1 статьи 1366 части четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации патентообладатель обязуется заключить договор об отчуждении патента на условиях, соответствующих установившейся практике, с любым гражданином Российской Федерации или российским юридическим лицом, кто первым изъявил такое желание и уведомил об этом патентообладателя и федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности.

(21)(22) Заявка: 2021132295, 03.11.2021 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 03.11.2021 Дата регистрации: 04.10.2022 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 03.11.2021 (45) Опубликовано: 04.10.2022 Бюл. № 28 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 10057509 B2, 2018.08.21. RU 2709459 C1, 2019.12.18. RU 2004103678 A, 2005.07.27. US 2013162761 A1, 2013.06.27. RU 177254 U1, 2018.02.14. US 10904430 B2, 2021.01.26. US 2012169842 A1, 2012.07.05. US 2006215049 A1, 2006.09.28. Адрес для переписки: 173024, г. Великий Новгород, пр. Александра Корсунова, 29, корп. 1, кв. 9, Смелкову В.М.

(72) Автор(ы): Смелков Вячеслав Михайлович (RU) (73) Патентообладатель(и): Смелков Вячеслав Михайлович (RU)

(54) Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата

Предлагаемое изобретение относится к панорамному телевизионному наблюдению, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры, обеспечивающей одновременно или последовательно круговой обзор в четырех шаровых слоях окружающей сферической области пространства. 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. Сенсорный блок этой телевизионной камеры состоит из изготовленных по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП) четырех или двух фотоприемников, которые имеют форму мишени в виде кругового кольца.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения [1], содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, третий панорамный объектив, четвертый панорамный объектив; сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник, второй фотоприемник, третий фотоприемник и четвертый фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника; третий панорамный объектив - с мишенью третьего фотоприемника, а четвертый панорамный объектив - с мишенью четвертого фотоприемника, причем каждый из четырех фотоприемников сенсорного блока выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке фотоприемника, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, причем на кристаллах всех четырех фотоприемников сенсорного блока имеется разрез (сквозной шлиц), выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между первым и последним пикселами первой «кольцевой строки, при этом первый фотоприемник установлен в консольное соединение со вторым фотоприемником в шлиц под углом 90°, третий фотоприемник установлен в консольное соединение с четвертым фотоприемником под тем же углом 90°, но с обратной стороны первого фотоприемника, стыкуясь с ней своей обратной стороной, а четвертый фотоприемник - с обратной стороны второго фотоприемника, стыкуясь с ней своей обратной стороной, причем ширина сквозного разреза для всех четырех фотоприемников составляет не менее двух толщин их кристаллов, при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход второго фотоприемника - ко второму информационному входу мультиплексора, выход третьего фотоприемника - к третьему информационному входу мультиплексора, а выход четвертого фотоприемника - к четвертому информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демультиплексирование входного цифрового телевизионного сигнала на четыре канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование первого, второго, третьего и четвертого «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем.

Как отмечалось в описании изобретения [1], устройство прототипа может быть установлено в беспилотном летательном аппарате в качестве которого предлагался гексакоптер.

Отметим, что термином «гексакоптер» принято называть в технической литературе радиоуправляемую модель беспилотного летательного аппарата с шестью крыльями, предназначенного для выполнения аэровидео съемки местности.

Недостаток прототипа - существенная сложность телевизионной камеры, связанная с наличием в ее составе четырех фотоприемников.

Задачей изобретения является сокращение количества фотоприемников в составе телевизионной камеры до двух при сохранении для беспилотного летательного аппарата возможности мониторинга видеоинформации панорамного сюжета в четырех слоях окружающего пространства в беспосадочном режиме.

Поставленная задача в заявляемом устройстве системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата решается тем, что, как и в устройстве прототипа [1], содержащем последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник и второй фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, а второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника; причем каждый из двух фотоприемников сенсорного блока выполнен на кристалле, изготовленном по технологии КМОП, причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный АЦП, обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке фотоприемника, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно: «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению (1), обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, причем на кристаллах всех обоих фотоприемников сенсорного блока имеется сквозной шлиц, выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между первым и последним пикселами первой «кольцевой строки, при этом первый фотоприемник установлен в консольное соединение со вторым фотоприемником в шлиц под углом 90°, при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора-модулятора, а выход второго фотоприемника – ко второму информационному входу мультиплексора-модулятора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демодуляцию входного цифрового телевизионного сигнала и его демультиплексирование на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров , соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2); но при этом, в отличие от прототипа [1], в телевизионную камеру введены шариковый подшипник, устанавливаемый в пространстве, которая состоит из свободной от пикселов области первого и второго фотоприемников; демодулятор команд оператора, при этом в беспосадочном режиме летательного аппарата по командам, поступающим в телевизионную камеру с компьютера оператора системы, обеспечивается последовательно пространственное перемещение этих фотоприемников при помощи первого и второго блоков поворота якоря электромагнита, устанавливаемых на внешней периферии первого и второго фотоприемников соответственно, причем первый блок поворота реализует пространственный поворот первого фотоприемника на угол 180°, а второй блок поворота реализует пространственный поворот на угол 180° второго фотоприемника, так что мишень первого фотоприемника устанавливается симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а мишень второго фотоприемника - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, при этом плата видео, размещенная на материнской плате сервера, выполняет демодуляцию нового входного цифрового телевизионного сигнала и его демультиплексирование на два дополнительных канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2), а в качестве сервера используется системный блок компьютера оператора системы.

Совокупность известных и новых признаков для заявляемого устройства не известна из уровня техники, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизны.

Важно отметить следующее. Светочувствительная площадь пикселов «кольцевой» мишени всех четырех фотоприемников сенсорного блока, как и для прототипа [1], 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 зазора между светочувствительными элементами вдоль каждой «кольцевой» строки.

Но при этом в заявляемом решении, как и в прототипе [1], не происходит межстрочного нарушения чувствительности сенсора по следующим обстоятельствам.

Параметр считывающей апертуры для всех пикселов каждой текущей строки «кольцевого» кадра определяется произведением коэффициента усиления K_m пиксела на величину его светочувствительной площади Δ_m.

Как следует из соотношения (1), этот показатель остается постоянным (неизменным) для всех светочувствительных пикселов фотоприемника.

Не меняется и величина шумовой «дорожки» для каждого активного пиксела фотоприемника, что является обязательным условием реализации его высоких показателей по чувствительности и отношению сигнал/шум.

Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1а) приведена структурная схема заявляемой компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения и на этом же чертеже -структурная схема телевизионной камеры в ее составе, реализующая пространственный мониторинг в двух слоях (сверху и слева) окружающего пространства; на фиг. 1б) - структурная схема заявляемой компьютерной системы и соответственно структурная схема телевизионной камеры, реализующая пространственный мониторинг в двух других слоях (снизу и справа) окружающего пространства; на фиг. 2 приведена схемотехническая организация для каждого из двух «кольцевых» фотоприемников сенсора; на фиг. 3 - подробности этой организации применительно к отдельно взятому «радиальному» столбцу; на фиг. 4, по данным [2], представлена фотография изображения, полученного при помощи панорамного объектива; на фиг. 5 -изображена структурная схема первого (второго) блока поворота якоря электромагнита в составе телевизионной камеры.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения, см. фиг. 1а), фиг. 1б), фиг. 2 и фиг. 3, содержит последовательно соединенные телевизионную камеру 1 и сервер 2 (с установленной в нем платой видео), являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютеров в позиции 3, при этом в состав телевизионной камеры 1 входит первый панорамный объектив 1-1, второй панорамный объектив 1-2, третий панорамный объектив 1-3 и четвертый панорамный объектив 1-4, а также сенсорный блок 1-5, содержащий первый и второй фотоприемники, мультиплексор-модулятор 1-6, шарикоподшипник 1-7, первый блок поворота 1-8 и второй блок поворота 1-9; которые управляются по командам из сервера через демодулятор 1-10, подключенный к его первому и второму входам соответственно, при этом фотоприемники соединены между собой через консоль под углом 90°, причем в исходном положении первый панорамный объектив 1-1 оптически связан с первым фотоприемником, а второй панорамный объектив 1-2 - со вторым фотоприемником, при этом выход «видео» первого фотоприемника сенсорного блока 1-5 подключен к первому информационному входу мультиплексора-модулятора 1-6, а выход «видео» второго фотоприемника сенсорного блока 1-5 - ко второму информационному входу мультиплексора-модулятора 1-6, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры 1.

Отметим, что блоки поворота 1-8 и 1-9 на фиг. 1а) и на фиг. 1б) условно изображены в виде двойных фигурных стрелок для каждого из этих элементов.

Панорамные объективы 1-1 и 1-2 и соответственно панорамные объективы 1-3 и 1-4 предназначены для формирования оптических изображений кругового обзора для четырех противоположно расположенных шаровых слоев контролируемого пространства, например для направления взгляда телевизионного оператора, это может быть соответствующее пространство сверху и снизу или спереди и сзади от него.

В качестве технического решения для панорамных объективов 1-1, 1-2, 1-3 и 1-, совпадающего с аналогичным решением для прототипа [1], может быть предложен панорамный зеркально-линзовый объектив, конструкция которого запатентована в России отечественными специалистами из Московского государственного университета геодезии и картографии [2].

Фотография кольцевого изображения, формируемого панорамным объективом, представлена на фиг. 4. Угловое поле в пространстве предметов для этого объектива составляет 360 градусов по азимуту и может достигать (75 - 80) градусов по углу места.

Каждый из четырех фотоприемников (см. фиг. 2) выполнен по технологии КМОП и содержит на общем кристалле «кольцевую» фотоприемную область (мишень) 1-2-1, «кольцевой» регистр 1-2-2 кадровой развертки, «кольцевой» коммутатор 1-2-3 видеосигналов и «кольцевой» мультиплексор 1-2-4. Сквозной шлиц имеет позиционное обозначение 1-2-5.

Как показано на фиг. 2, активные пикселы на мишени фотоприемника объединены в столбцы, которые расположены вдоль радиальных направлений от воображаемого центра кругового кольца.

Каждый активный пиксел мишени (см. фиг. 3) имеет в своем составе светочувствительную область (площадь) 1-2-1-1, усилитель 1-2-1-2 с коэффициентом усиления K_m для каждой текущей «кольцевой» строки 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. 2 форма светочувствительной площади пиксела в виде прямоугольника, а на фиг. 3 - 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, как и всех остальных пикселов мишени, осуществляется с управляющего входа «кольцевого» мультиплексора 1-2-3. 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 фотоприемника.

То же самое формирование цифрового видеосигнала происходит и в пределах других радиально расположенных столбцов «кольцевой» мишени 1-2-1 каждого из четырех фотоприемников сенсорного блока 1-2.

Отметим, что на фиг. 2 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. 2 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.

Благодаря принятой для изготовления предлагаемого датчика видеосигнала технологии КМОП, обеспечивается возможность интегрировать на один общий кристалл не только фотоприемник с АЦП для каждого активного пиксела, но и блоки цифровой развертки телевизионной камеры. Реализация такого решения обеспечивает существенное снижение общего энергопотребления телевизионной камеры.

Необходимо признать, что концепция матричного (прямоугольного) фотоприемника с активным пикселом, встроенным в него АЦП и цифровым видеосигналом на выходе, который предполагалось выполнить по технологии КМОП путем реализации метода «координатная адресация», была разработана американскими специалистами в «нулевые» двухтысячные годы. Об этом сообщалось и в отечественной монографии [3, с. 67, рис. 1.21]. Однако схемотехническая организация на кристалле КМОП «кольцевого» фотоприемника с аналогичными возможностями там не упоминалась.

Предлагаемая же здесь «кольцевая» форма мишени КМОП-фотоприемника и блоков развертки позволяет эффективнее использовать полезную площадь используемого кристалла для телевизионно-компьютерного наблюдения панорамных сюжетов.

Мультиплексор-модулятор 1-6, как и в прототипе [1], предназначен для синхронизации цифровых видеосигналов, но не четырех, а двух (от первого или второго, фотоприемника) и объединения их на единственную линию связи путем разделения составляющих сигналов по времени. Дополнительно, в отличие от прототипа [1], блок 1-6 служит для преобразования выходного видеосигнала телевизионной камеры в форму, необходимую для передачи его по эфирному каналу (беспроводной сети).

Очевидно, что благодаря технологии КМОП, мультиплексор-модулято 1-6 может быть выполнен в составе одного из этих фотоприемников сенсорного блока 1-5.

Шарикоподшипник 1-7 предназначен для обеспечения плавности хода поворотного якоря нейтрального электромагнита в блоках 1-8 и 1-9.

Демодулятор команд оператора 1-10 предназначен для преобразования эфирных сигналов, поступающих с сервера 2 на телевизионную камеру 1, в логические сигналы «0» или «1», передаваемые по проводам.

Рассмотрим структурную схему, которая предназначена раздельно для первого и для второго блока поворота якоря нейтрального электромагнита и представлена на фиг. 5. Базовую основу предлагаемого технического решения составляют две публикации в технической литературе: [4, с. 227] и [5, с. 79].

Нейтральный электромагнит содержит сердечник с обмоткой, имеющий цилиндрическую выточку, в которой помещен якорь в форме двух полуцилиндров, оси которых смещены в разные стороны относительно оси вращения. Поэтому при повороте цилиндра в направлении, указанном стрелкой, воздушный зазор между якорем и сердечником постепенно уменьшается.

Учитывая малые размеры «кольцевого» фотоприемника, применительно к нему опубликованной в [4, с. 227] тяговой характеристики электромагнита, возникающей за счет увеличения магнитодвижущей силы (м.д.с.) обмотки от нуля до 1500 ампер-вольт, будет достаточно, чтобы вызвать необходимый поворот якоря на 180°.

Отметим, что такой электромагнит называют нейтральным потому, что его работа не зависит от направления тока в обмотке.

Схема включения электромагнита выполнена с использованием буферного каскада на элементе КМОП с питанием от источника 15 В, а также транзистора VT1 типа 2N4401 и транзистора VT2 типа 2N685, реализующего схему Дарлингтона с питанием от напряжения 24 В.

При высоком управляющем уровне напряжения (логической «1») на входе КМОП-буфера обеспечивается ток базы транзистора VT1 8 мА, который в свою очередь вырабатывает ток 150 мА, поступающий в базу транзистора VT2 и вызывающий полное открывание последнего. Благодаря этому, обмотка электромагнита подключается к напряжению 24В, а якорь электромагнита поворачивается на угол 180°.

При дальнейшем появлении низкого управляющего уровня напряжения (логического «0») на входе КМОП-буфера транзисторы VT1 и VT2 закрываются, электромагнит обесточивается, а его поворотный якорь возвращается в исходное положение.

Необходимо отметить, что поворотный якорь электромагнита для блока 1-8 должен быть жестко закреплен на внешней периферии первого фотоприемника, а поворотный якорь электромагнита для блока 1-9 - на внешней периферии второго фотоприемника, как показано на фиг.2.

Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата (см. фиг. 1а, фиг. 1б) работает следующим образом.

Пусть телевизионная камера 1 установленная на гексакоптере и расположена на некоторой высоте относительно Земли.

Будем считать, что линии связи телевизионной камеры 1 с компьютером 4 оператора системы по видеосигналу и управлению реализованы в стандарте IEEE 802/11 для беспроводных сетей [6, с. 380-381]. Это означает, что передача данных осуществляется на одной из двух скоростей (1 или 2 Мбит/с) в полосе частот 2.4 ГГц.

В исходном положении управляющие сигналы с компьютера 4 на телевизионную камеру 1 не поступают, т.е. на входах блоков 1-8 и 1-9 присутствую логические «0».

Конструкторское решение сенсорного блока 1-5 в составе телевизионной камеры 1, см. фиг. 1а), реализовано так, что ось визирования первого панорамного объектива 1-1, а, следовательно, и оптическая ось первого фотоприемника направлена по вертикали вверх.

Тогда, по отношению к этому направлению, ось визирования третьего панорамного объектива 1-3 будет ориентирована по вертикали вниз.

С другой стороны, в исходном положении ось визирования второго панорамного объектива 1-2 и оптическая ось второго фотоприемника, направлены по горизонтали влево, а ось визирования четвертого панорамного объектива 1-4 - по горизонтали вправо.

Отметим, что мишень первого фотоприемника и мишень второго фотоприемника в данной ситуации занимают положения, которые показаны линиями из квадратных точек, см. фиг.1а).

Экспонирование «кольцевых» мишеней первого и второго фотоприемников производится непрерывно. Поэтому на первом выходе сенсорного блока 1-5 формируется цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра от первого фотоприемника, а на втором выходе сенсорного блока 1-2 - цифровой видеосигнал «кольцевого» кадра от второго фотоприемника.

Далее выходные видеосигналы сенсорного блока 1-5 при помощи мультиплексора-модулятора 1-6 объединяются на одну линию, чередуясь с периодом кадров полученный мультиплексный цифровой телевизионный сигнал (мультиплексный ЦТС) «кольцевого» кадра, содержащий видеоинформацию о двух шаровых слоях (сверху и слева) окружающего пространства; затем подвергается модуляции, становясь доступным для эфира, и поступает на выход телевизионной камеры.

Затем этот ЦТС по беспроводной сети передается на сервер 2, где (на плате видео) выполняется его демодуляция и демультиплексирование на два канала с последующей записью видеоинформации каждого канала соответственно в первый и второй блоки оперативной памяти на кадр.

Для получения в телевизионной камере, мультиплексного ЦТС в двух других шаровых слоях окружающего пространства без посадки гексакоптера на Землю достаточно подать на блоки 1-8 и 1-9 телевизионной камеры 1 с компьютера 4 высокие уровни управляющих сигналов (логические «1») и, тем самым, см фиг. 1б), переключить положения мишеней первого и второго фотоприемников его сенсорного блока 1-5.

Отметим, что мишень первого фотоприемника и мишень второго фотоприемника в данной ситуации будут занимать новые положения (противоположные предыдущим положениям), которые также отмечены на чертеже фиг. 1б) линиями из квадратных точек.

В результате гексакоптер сможет передавать на сервер 2 ЦТС применительно к двум другим противоположно направленным шаровым слоям окружающего пространства (снизу и справа), успешно завершая задачу последовательного мониторинга во всех четырех шаровых слоях.

В настоящее время все элементы структурной схемы устройства компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата, см. фиг. 1а) и фиг. 1б), освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью.

Поэтому следует считать предполагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2709459. МПК H04N 5/374, СПК H04N 5/374. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения. / В.М. Смелков // Б.И. - 2019. - №35.

2. Патент РФ №2185645. МПК G02B13/06, G02B17/08. Панорамный зеркально-линзовый объектив. / А.В. Куртов, В.А. Соломатин // Б.И. - 2002. -№20.

3. 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.

4. Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство. Пер. с англ. - «Мир», 1985.

5. Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов B.C. Основы автоматики и телемеханики. Под общ. ред. С.А. Гинзбурга. Изд. 4-е переработанное. Пер. с англ. - «Энергия», 1968.

6. Владо Дамьяновски. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии. Издание 2-е. Пер. с англ. ООО «Ай -Эс-ЭС Пресс», 2006.

Формула изобретения

1. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения для беспилотного летательного аппарата, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру и сервер, являющийся узлом локальной вычислительной сети, к которому подключены два или более персональных компьютера, при этом в состав телевизионной камеры входит первый панорамный объектив, второй панорамный объектив, третий панорамный объектив и четвертый панорамный объектив; а также сенсорный блок, содержащий первый фотоприемник и второй фотоприемник, которые имеют форму кругового кольца, причем первый панорамный объектив оптически связан с мишенью первого фотоприемника, а второй панорамный объектив - с мишенью второго фотоприемника; причем каждый из двух фотоприемников сенсорного блока выполнен на кристалле, изготовленном по технологии комплементарных структур «металл-окисел-полупроводник» (КМОП), причем его мишень состоит из фотодиодных активных пикселов, каждый из которых имеет усилитель с коэффициентом усиления K_m, а также встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий передачу видеосигнала активного пиксела на свою «радиальную» шину видео, при этом все они в совокупности объединяют активные пикселы мишени в «радиальные» столбцы, причем управление АЦП для пикселов, расположенных вдоль каждой «кольцевой» строки фотоприемника, осуществляется при помощи отдельно взятой «кольцевой» строчной шины, общее количество которых определяет число строк в фотоприемнике, а количество «радиальных» шин видео - число пикселов в каждой строке фотоприемника, при этом на общем кристалле фотоприемника размещаются и блоки, выполняющие развертку и формирование выходного напряжения цифрового видеосигнала, а именно «кольцевой» регистр кадровой развертки, осуществляющий выбор «кольцевой» строки; «кольцевой» коммутатор видеосигналов, содержащий коммутаторы видеосигнала для каждого «радиального» столбца, которые управляются с соответствующего выхода «кольцевого» мультиплексора строчной развертки и обеспечивают передачу видеосигнала на выходе каждой «радиальной» шины видео на «кольцевую» шину видео, выход которой является выходом «видео» фотоприемника, причем коэффициент усиления K_m активного пиксела для каждой текущей «кольцевой» строки фотоприемника изменяется по соотношению:

где Δ₁ и Δ_m - соответственно светочувствительная площадь активного пиксела для первой и текущей «кольцевой» строки считывания в «кольцевом» сенсоре, обеспечивая одинаковую величину считывающей апертуры в пределах всего «кольцевого» растра изображения, причем на кристаллах всех обоих фотоприемников сенсорного блока имеется сквозной шлиц, выполненный в радиальном направлении от воображаемого центра кольца к его внешней периферии, в расположение между первым и последним пикселами первой «кольцевой» строки, при этом первый фотоприемник установлен в консольное соединение со вторым фотоприемником в шлиц под углом 90°, при этом выход первого фотоприемника сенсорного блока подключен к первому информационному входу мультиплексора-модулятора, а выход второго фотоприемника - ко второму информационному входу мультиплексора-модулятора, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры; на материнской плате сервера установлена плата видео, выполняющая демодуляцию входного цифрового телевизионного сигнала и его демультиплексирование на два канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению:

где γ_г - горизонтальный угол поля зрения в градусах наблюдаемого оператором изображения, а само это преобразование выполняется программным путем, отличающееся тем, что в телевизионную камеру введены шариковый подшипник, устанавливаемый в пространстве, которое состоит из свободной от пикселов области первого и второго фотоприемников; демодулятор команд оператора, при этом в беспосадочном режиме летательного аппарата по командам, поступающим в телевизионную камеру с компьютера оператора системы, обеспечивается последовательно пространственное перемещение этих фотоприемников при помощи первого и второго блоков поворота якоря электромагнита, устанавливаемых на внешней периферии первого и второго фотоприемников соответственно, причем первый блок поворота реализует пространственный поворот первого фотоприемника на угол 180°, а второй блок поворота реализует пространственный поворот на угол 180° второго фотоприемника, так что мишень первого фотоприемника устанавливается симметрично в положение напротив третьего панорамного объектива, а мишень второго фотоприемника - симметрично в положение напротив четвертого панорамного объектива, при этом плата видео, размещенная на материнской плате сервера, выполняет демодуляцию нового входного цифрового телевизионного сигнала и его демультиплексирование на два дополнительных канала с последующей записью каждого из «кольцевых» видеосигналов в соответствующую оперативную память сервера и последовательное преобразование каждого из «кольцевых» кадров записи в «прямоугольные» кадры, причем число «прямоугольных» кадров n, соответствующих одному текущему «кольцевому» кадру, удовлетворяет соотношению (2).

2. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что в фотоприемниках сенсорного блока телевизионной камеры электроды зарядового накопления активных пикселов мишени, совпадающие с площадью их светочувствительной площади, выполнены с геометрической формой в виде части кругового кольца.

3. Устройство компьютерной системы панорамного телевизионного наблюдения по п. 1, отличающееся тем, что мультиплексор-модулятор телевизионной камеры выполнен в составе одного из фотоприемников сенсора.