專利名稱:全景電視系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明屬于電視技術(shù)領(lǐng)域：
。
本發(fā)明作出以前，電視攝象機(jī)的水平視場角僅在幾十度范圍內(nèi)(如張兆揚所著《工業(yè)電視》一書上冊第62頁所述)，電視系統(tǒng)若想在較大的立體空間范圍內(nèi)觀測景象，必須要有機(jī)械轉(zhuǎn)動的云臺裝置，使攝象機(jī)作水平方向360°的旋轉(zhuǎn)，同時還需要在縱深方向推進(jìn)攝象機(jī)，于是形成了螺旋式的觀測方式。這種觀測方式不能同時觀測到360°空間的整體景象，在很大程度上限制了攝象機(jī)在縱深方向的推進(jìn)速度，而且容易丟失某些方向的信息，難以了解整個觀測空間景象信息間的相互關(guān)系。
本發(fā)明的目的是為了克服電視攝象機(jī)的上述缺點，提出一種使電視攝象機(jī)的水平視場角由幾十度提高到360°的新技術(shù)，使之能構(gòu)成一個在電視監(jiān)視器上同時顯示出水平方向360°空間圖象的全景電視系統(tǒng)。
附圖的簡要說明圖1.a全景攝象鏡頭工作原理。
b靶面圖形到監(jiān)視器圖形的變換。
圖2.a一行圓周掃描的形成。
b螺旋掃描的形成。
圖3.螺旋掃描電路原理方框圖。
全景電視系統(tǒng)的構(gòu)成一.光學(xué)成象為了便于理解，把被觀測空間景象看作是一圓柱內(nèi)面四周黑白相間的方格圖形，全景攝象機(jī)置于圓柱內(nèi)中心線上。全景攝象機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)由雙曲面反射鏡及透鏡等組成，使雙曲面反射鏡、透鏡、攝象管及被觀測柱面的中心線重合，這樣圓柱內(nèi)面的方格圖形經(jīng)雙曲面反射鏡的反射及透鏡成象，在攝象管靶面上形成了一些黑白相間的扇形，并且組合成一個帶有徑向輻射線段的圓環(huán)狀圖形，如圖1a所示、接圖中所示座標(biāo)，有如下關(guān)系
式中，C1，C2為常數(shù)。
從圖1及(1)式可看到，柱面圖形上不同高度的圓周，對應(yīng)于靶面上圓環(huán)圖形不同半徑的圓周。柱面圖形上的圓周11′1，33′3，成象在攝象管靶面上分別為最里邊和最外邊的圓;柱面圖形上不同θ角的母線，對應(yīng)于靶面圓環(huán)狀圖形上不同角度的徑向線段，如柱面圖形上母線1，3及1′，3′成象在靶面上分別為270°及90°徑向線段，這樣經(jīng)過全景攝象鏡頭的圓周反射及成象，可將水平方向360°的景物如柱面內(nèi)側(cè)圖形同時成象于攝象管靶面上。
二、掃描變換由上述可見，全景攝象鏡頭的成象方式，明顯改變了原來被攝圖形的幾何形狀，為了恢復(fù)原來的柱面圖形并將其展開顯示在電視監(jiān)視器上，必須在攝象管與顯象管間采用一種特殊的掃描變換方式，使靶面上圓環(huán)狀圖形的各個不同半徑的圓周，一一對應(yīng)于監(jiān)視器上不同高度的水平線;靶面上不同角度的徑向線段，一一對應(yīng)于監(jiān)視器上不同位置的垂直線段。
如圖1b所示，若監(jiān)視器圖形定為XOY二維平面坐標(biāo)，則靶面圖形與監(jiān)視器圖形的對應(yīng)關(guān)系為
若將柱面圖形到靶面圖形的變換式(1)代入式(2)，則得到柱面圖形到監(jiān)視器圖形的變換式
令C1C3＝K2，C2C3+C4＝0，則有
綜合式(1)、(2)、(3)，圖1a和圖1b可看到，柱面圖形最上邊的一個圓周，對應(yīng)于靶面圖形中的最小圓周，并對應(yīng)于監(jiān)視器圖形中最上邊的水平線;柱面圖形中最下邊的一個圓周，對應(yīng)于靶面圖形中最大圓周，并對應(yīng)于監(jiān)視器圖形中最下邊的水平線;柱面圖形中θ＝180°的母線，對應(yīng)于靶面圖形中φ＝0°的徑向線段，并對應(yīng)于監(jiān)視器圖形中最左邊的垂直線;柱面圖形中θ＝0°的母線，對應(yīng)于靶面圖形中φ＝180°的徑向線段，并對應(yīng)于監(jiān)視器圖形中間的垂直線?！C上所述，通過全景攝象鏡頭可把代表360°環(huán)境信息的柱面圖形同時成象于攝象管靶面上，再通過攝象管到顯象管的掃描變換，即可實現(xiàn)在監(jiān)視器上同時顯示展開360°柱面圖形的目的，使人能很方便地獲得完整的360°環(huán)境信息。
實現(xiàn)靶面圖形到監(jiān)視器圖形的掃描變換，可有二種方式1.攝象端采用螺旋掃描，監(jiān)視器采用直線掃描。靶面上在1行周期內(nèi)掃描一個圓周，監(jiān)視器上同時掃描一條水平線，靶面上逐圈向外掃，對應(yīng)于監(jiān)視器逐行向下掃直至完成一場。
2.攝象端采用徑向圓掃描，監(jiān)視器上采用直線掃描。靶面上在1行周期內(nèi)從中心到圓周上掃描一個徑向線段，顯象管上同時掃描一條水平線;靶面上由0°到360°順次改變掃描角度，對應(yīng)于監(jiān)視器上逐行向下掃直至完成一場。
經(jīng)過實驗和理論分析，認(rèn)為靶面上采用螺旋掃描監(jiān)視器上采用直線掃描的掃描變換方式可獲得最佳效果。下面的分析均以此為基礎(chǔ)。
三.掃描參數(shù)的確定為便于全景電視信號的產(chǎn)生、傳輸、錄制、變換和顯示等，全景電視系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)仍采用CCIR制標(biāo)準(zhǔn)，如TH＝64μs，TV＝20ms等，這樣可采用通用監(jiān)視器進(jìn)行顯示，通用錄象機(jī)進(jìn)行錄象…。
1.電流波形為在一場中實現(xiàn)螺旋掃描，首先必須在一行中實現(xiàn)圓掃描，根據(jù)里沙育圖形，在相互正交的二對電感量相等的偏轉(zhuǎn)線圈里，分別通入頻率相同幅度相等的正余弦波電流，便可形成旋轉(zhuǎn)磁場，使電子束進(jìn)行圓掃描。
令二對偏轉(zhuǎn)線圈上的電流分別為
則電子束水平和垂直偏轉(zhuǎn)量X和Y分別為
式中hx和hy分別是水平和垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，當(dāng)hxImx＝hyImy時，得到X2+Y2＝h2xI2mx＝h2yI2my，圓的半徑R＝X2+Y2]]>＝hxImx＝hyImy掃描圓的形成原理如圖2a所示。
2.正余波周期T靶面上掃描一個圓周，監(jiān)視器上掃一行，但是監(jiān)視器是直線掃描，有一個回掃的消隱期，因此攝象管靶面上的圓掃描也必須有一個相應(yīng)的仃掃消隱期，以使攝象端與顯象端相應(yīng)象素一一對應(yīng)，實現(xiàn)監(jiān)視器上顯示360°圖象的目的。
監(jiān)視器的行消隱期為12μs，行正程期為52μs，掃描光柵通常擴(kuò)展到顯象管邊框以外，為在顯象管有效屏幕內(nèi)顯示靶面圓掃描區(qū)域內(nèi)的全部圖象，圓掃描的周期即正余弦波周期T根據(jù)實驗確定為44μs，圓掃描的仃掃消隱期為64-44＝20μs。
四.攝象管偏轉(zhuǎn)線圈由于攝象管進(jìn)行圓掃描，因此X和Y二方向的偏轉(zhuǎn)線圈的電感量必須基本相同，安裝位置相互正交，對于1″磁聚集磁偏轉(zhuǎn)的攝象管偏轉(zhuǎn)線圈的電感量約為0.35mH，直流電阻2Ω，所需偏轉(zhuǎn)電流峰峰值約為250mA。
五.螺旋掃描的形成偏轉(zhuǎn)線圈中正余弦電流變化一周，電子束在攝象管靶面上掃出一個圓。隨著場掃描的進(jìn)行，正余弦電流的幅度逐漸增加，靶面上的掃描圓也不斷擴(kuò)大，當(dāng)場掃描幅度達(dá)到最大值時，掃描圓周也達(dá)最大值。場消隱期間，正余弦電流由最大值回到最小值，掃描圓也從最大圓回到最小圓。下一場開始，掃描圓又不斷擴(kuò)大，周而復(fù)始，形成螺旋掃描，如圖2b所示。
六.全景電視系統(tǒng)螺旋掃描電路原理框圖全景電視系統(tǒng)由全景攝象機(jī)、錄象機(jī)、監(jiān)視器和傳輸系統(tǒng)組成，與一般電視系統(tǒng)的區(qū)別僅在于全景攝象機(jī)與一般攝象機(jī)不同，系統(tǒng)的其它組成設(shè)備完全相同，而全景攝象機(jī)與一般攝象機(jī)的區(qū)別又僅在于掃描電路不同，因此對全景電視系統(tǒng)電路的描述僅限于與原有技術(shù)不同的螺旋掃描電路，其原理框圖如圖3所示。
行推動信號HD觸發(fā)方波發(fā)生器1，產(chǎn)生一個寬度為44μs，周期為64μs，幅度為3Vp-p的方波;在44μs負(fù)方波的作用下，正余弦波發(fā)生器2分別產(chǎn)生周期為44μs，幅度為3Vp-p的斷續(xù)正、余弦波;對其中的余弦波經(jīng)移相器4進(jìn)行移相，移相范圍±15°可調(diào)，用于補(bǔ)償二對偏轉(zhuǎn)線圈的正交安裝誤差;場推動信號VD觸發(fā)場掃描波發(fā)生器3，產(chǎn)生約3Vp-p的場掃描波;相乘器5將斷續(xù)正旋波與場掃描波相乘，輸出約1.3Upp的場掃描波調(diào)制的斷續(xù)正弦波;電壓放大器7的增益為3倍，輸出4Vpp的信號到電流放大器9，電流放大器9輸出約250mAp-p的調(diào)制斷續(xù)正弦波電流到偏轉(zhuǎn)線圈X繞組;方框6、8、10的作用同方框5、7、9;這樣偏轉(zhuǎn)線圈中相互正交的XY繞組分別在受場掃描波調(diào)制的斷續(xù)正、余弦波電流的作用下，攝象管電子束便產(chǎn)生螺旋掃描。
本發(fā)明的優(yōu)點是全景電視系統(tǒng)可同時觀測水平方向360°空間的景象，并在監(jiān)視器上顯示出來，因此它的觀測場面大，圖象連續(xù)完整，直觀性好，易辨別圖象方向，并省去了機(jī)械轉(zhuǎn)動的云臺裝置等，從而提高了觀測的準(zhǔn)確性、可靠性和速度。它特別適用于鉆井勘探、水下觀測、管道檢查以及軍事目標(biāo)偵查等大角度觀測電視。并且由于全景電視系統(tǒng)采用通用的電視標(biāo)準(zhǔn)，能和通用的監(jiān)視器、錄象機(jī)等配套使用，因此易于推廣應(yīng)用。
文件名稱 頁 行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后說明書 1 倒12 提高到360° 提高到180°
權(quán)利要求
1.一種由全景電視攝象機(jī)、錄象機(jī)、監(jiān)視器和傳輸系統(tǒng)組成的全景電視系統(tǒng)。其特征是能在通用型監(jiān)視器上同時顯視水平方向360°的被攝物體展開的平面圖象。
2.按著權(quán)利要求
1所述的全景電視攝象機(jī)，其特征是全景電視攝象機(jī)需配置與全景攝象鏡頭相適應(yīng)的螺旋掃描電路。螺旋掃描電路由方波發(fā)生器1、斷續(xù)正余弦波發(fā)生器2、場掃描波發(fā)生器3、移相器4、相乘器5，6、電壓放大器7，8、電流放大器9，10和偏轉(zhuǎn)線圈11組成。
3.按著權(quán)利要求
1所述的全景電視攝象機(jī)，其特征是攝象管偏轉(zhuǎn)線圈(靜電偏轉(zhuǎn)攝象管)中兩對相互正交的X、Y繞組(偏轉(zhuǎn)板)，分別通以受場掃描波調(diào)制的同頻斷續(xù)正余弦波電流(電壓)，攝象管電子束產(chǎn)生螺旋掃描。
專利摘要
本發(fā)明全景電視系統(tǒng)屬于電視技術(shù)領(lǐng)域：
。目前電視攝象機(jī)的水平視場角僅為幾十度，本發(fā)明采用全景攝象鏡頭和與它相配合的螺旋掃描電路，能使電視攝象機(jī)的水平視場角提高到360°，并且與監(jiān)視器、錄象機(jī)和傳輸系統(tǒng)等構(gòu)成一個全景電視系統(tǒng)，使之能在通用型電視監(jiān)視器上同時顯示出180°被攝景物展開的平面圖象。它具有觀測場面大和圖象連續(xù)完整等優(yōu)點，特別適用于鉆井勘探、水下觀測和管道檢查等大角度應(yīng)用電視系統(tǒng)。
文檔編號H04N5/228GK86106395SQ86106395
公開日1988年5月18日 申請日期1986年11月3日
發(fā)明者于景良, 王德福, 俞斯樂 申請人:天津大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan