專利名稱：在攝像機和控制室之間傳輸視頻的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在攝像機和控制室之間傳輸視頻的裝置，特別涉及使用無線傳輸?shù)膶I(yè)視頻攝像機。
目前，專業(yè)攝像機是發(fā)送最大視頻信息到控制室的攝像機，以便獲得最好的圖像質(zhì)量。在電視演播室中，攝像機使用三芯類型的有線連接。但是，有線連接不適合于移動攝像機。為了確保攝影師在演播室或體育館中移動，必須借助于一個或多個操作員，他們的工作就是清理電纜。
對于某些體育比賽的轉(zhuǎn)播，我們知道借助于無線攝像機。如

圖1所示，目前使用的攝像機采用單-載波類型的傳輸，這種攝像機要求在方向性天線的幫助下連續(xù)對準(zhǔn)。
圖1顯示了一種現(xiàn)有技術(shù)在攝像機和控制室之間無線傳輸?shù)南到y(tǒng)。例如，攝像機1裝有單-載波類型的HF發(fā)射機，該發(fā)射機通過放置在攝像機1的頂部上的天線2發(fā)射視頻信號。給出了大量的信息比特率(50Mb壓縮的量級)，發(fā)射頻率在千兆量級。但是，這樣的頻率范圍對干擾，特別是回波很敏感。
例如，對于拋物面類型的接收使用方向性天線3可以解決回波的問題，并在接收上確保良好的放大。因為無線攝像機主要是移動攝像機，所以，必須裝有可以改變方向性天線方向的裝置和使得操作員改變它的方向的手柄4。方向性天的方向由猜測或由視覺的幫助獲得。
盡管這樣的系統(tǒng)可以使用單個操作員“完成”攝像機的移動，這會產(chǎn)生缺乏注意力的問題。操作員必須在整個拍攝期間保持注意力，拍攝期間可能是很長的，并且，攝像機的移動是不可預(yù)測的。
本發(fā)明的目的是提出一種適合于在演播室或體育館使用的無線攝像機系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)使用自瞄準(zhǔn)系統(tǒng)輔助接收天線而無須操作員瞄準(zhǔn)攝像機。本發(fā)明的系統(tǒng)包括攝像機上的第二發(fā)射機，目的是把所述攝像機的位置通知給使用天線伺服控制的裝置。
本發(fā)明的主題是視頻傳輸系統(tǒng)，包括裝備有發(fā)射機的攝像機，用于發(fā)射無線電頻率的的圖像，方向性接收天線，用于接收來自發(fā)射機的圖像，在其中，攝像機包括一個發(fā)射定位信號的識別裝置，天線包括一個定位定位信號的定位裝置，伺服控制裝置，用于指揮攝像機的發(fā)射機上的天線。
本發(fā)明的另一個主題是視頻傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射無線電頻率圖像的發(fā)射機和為定位攝像機發(fā)射定位信號的識別裝置。
本發(fā)明也涉及到方向性天線，用于從本發(fā)明的攝像機接收圖像，天線包括一個定位該定位信號的定位裝置，伺服控制裝置，用于指揮攝像機的發(fā)射機上的天線。
通過閱讀下面的描述可以較好地理解本發(fā)明的優(yōu)點和特點，描述將結(jié)合附圖進(jìn)行。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無線視頻傳輸系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明的無線視頻傳輸系統(tǒng)。
圖3是本發(fā)明裝備有無線視頻傳輸?shù)氖疽鈭D。
圖4和圖5是用于圖3攝像機的識別裝置。
圖6到圖8顯示了本發(fā)明天線的第一實施例。
圖9是天線的第一實施例的變體。
圖10和圖11顯示了本發(fā)明天線的第二實施例。
圖2顯示了本發(fā)明的一般原理。攝像機10裝備有HF發(fā)射機和發(fā)射天線11。攝像機10還包括發(fā)射定位信號的識別裝置。方向性天線12裝備由定位裝置13控制的伺服控制裝置上。
例如，伺服控制裝置由在方位角上移動方向性天線的電動機和在仰角上移動方向性天線的電動機組成，至少一個電動機控制裝置控制作為預(yù)置功能的電動機。因為可以使用許多已知的裝置，所以沒有詳細(xì)描述伺服控制裝置。
為了提供伺服控制裝置具有預(yù)置的功能，以便在發(fā)射機天線11和攝像機10上確定方向性天線12的方向，定位裝置與識別裝置合作定位攝像機。已經(jīng)提出各種可能性用于識別裝置和定位裝置13。
識別裝置由無線電發(fā)射機、光學(xué)發(fā)射體或聲音發(fā)射機構(gòu)成。發(fā)射的信號必須能夠識別所包含的攝像機，并選擇性地在幾個攝像機中識別一個攝像機。不管所用信號的性質(zhì)，通過改變信號的載波、副載波或信息的分配實現(xiàn)攝像機的識別。
使用無線電或聲音信號仍然存在某些缺點。特別是在體育館中，這些信號對回波仍然很敏感。為解決有關(guān)回波的問題，定位裝置可以包括一個三維系統(tǒng)，三維系統(tǒng)的安裝是非常復(fù)雜的，因此，相當(dāng)不實用。
本發(fā)明建議使用可見光或紅外光信號。這些信號的性質(zhì)可以解決任何回波問題。本發(fā)明特別建議使用紅外光的解決方案，原因是比較簡單、可靠和不晃眼。
圖3顯示了一個使用紅外發(fā)射機14作為識別裝置的攝像機10的實施例。紅外發(fā)射機14放置在保護(hù)發(fā)射天線11的蓋子的頂部。這個位置是最好的，因為它具有紅外發(fā)射機14的好的可視性，同時該位置與發(fā)射機天線11的位置一致。但不用說，紅外發(fā)射機的其它位置也是可能的。
如圖4所示，紅外發(fā)射機14由一個或多個在180°上允許IR發(fā)射的菲涅爾透鏡上部放置的紅外二極管構(gòu)成。圖5給除了一個紅外發(fā)射機控制電路的例子?？删幊痰淖R別電路16在存儲器中存儲攝像機號碼。為簡化實施例和方便使用的原因，例如，識別電路由裝有負(fù)載電阻(或同步到零電阻)的微型開關(guān)(或跳線)構(gòu)成。因此，三個微型開關(guān)能夠從0到7編號8個攝像機。
發(fā)生器電路17接收攝像機號碼，并提供一個電識別信號。放大器18按照電流和電壓適應(yīng)電識別信號，為紅外二極管15提供最佳的功率，紅外二極管15將發(fā)射代表電識別信號的紅外識別信號。可以獨立地或組合設(shè)想幾種等效的可能性。
第一種可能性一種低比特率代碼的傳輸。電信號對應(yīng)攝像機號碼的基帶編碼。在表中的框中是9比特，第一比特總是等于0，其它比特產(chǎn)生溫度計編碼
然后，將被發(fā)射的代碼在RZ類型的基帶傳輸格式的幫助下轉(zhuǎn)換。紅外傳輸對應(yīng)識別幾個攝像機中的一個攝像機的二極管的閃爍。
第二種可能性信號的傳輸用副載波調(diào)制。電識別信號是方波信號，方波信號的頻率表示攝像機號碼。
二極管的閃爍頻率能夠識別攝像機號碼。
識別攝像機的其它可能性是存在的。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用IR激光二極管，該二極管的輻射頻率對每一個攝像機是特定的，并且，攝像機足夠供電二極管識別攝像機。
如果使用可見光，使用一種或幾種顏色的二極管可以實現(xiàn)相同的識別。
下面參考附圖6到8描述接收天線12的第一實施例。接收天線12包括一個拋物面形狀的反射器20和由至少一個臂22固定在拋物面焦點的饋源21(或接收頭)。反射器20和饋源21按照眾所周知的原理合作，以便接收到達(dá)接收圓錐體23的電磁波。圓錐體23的母線與拋物面的中心軸24形成夾角α。
四個紅外檢測器25放置在反射器20的周界的周圍，例如，四個紅外檢測器25形成了方形的四個頂點。為得到正確的操作，臂22不能掩蓋檢測器25。每一個檢測器25至少包括一個裝由一個菲涅爾透鏡的IR傳感器，菲涅爾透鏡確定了β孔徑的檢測圓錐26，檢測圓錐是旋轉(zhuǎn)的圓錐，角度β表示直徑上相對母線之間的夾角，例如，β角是90°。每一個通過拋物面中心軸24的檢測圓錐的母線與所述的中心軸24形成夾角γ。如圖7所示，檢測圓錐26的交叉點形成了偽矩形橫截面的伺服控制圓錐27。為得到跟蹤攝像機發(fā)射機的好的伺服控制，伺服控制圓錐應(yīng)當(dāng)標(biāo)記在接收圓錐23內(nèi)。
這個天線的伺服控制的操作原理存在于移動天線中，以這種方式，四個檢測器同時檢測被跟蹤的攝像機的紅外發(fā)射機14的存在。角度α、β、γ以及兩個直徑上面對的檢測器25的距離D的各種不同的值確定了這個系統(tǒng)的工作范圍。
角度β和γ可以確定由檢測器26“監(jiān)視”的區(qū)域。不需要監(jiān)視大于180°的角度Ψ區(qū)域，攝像機很少有機會到監(jiān)視區(qū)域之外。此外，角度β越小，菲涅爾透鏡聚焦在傳感器上越多，檢測靈敏度就越好。
通過下面的關(guān)系，角度γ和距離D確定了最小工作距離D1＝D/(2×sin(γ))。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易觀察到，角度γ越大，最小工作距離減少的越多。
角度α和γ以及距離D也確定了對應(yīng)天線的校正伺服控制的工作距離D2。當(dāng)角度γ小于或等于角度角度α，工作距離是不確定的，在其它的例子中，由下面的關(guān)系確定D2＝D×sin(α)/(2×sin(γ)-sin(α))。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將觀察到進(jìn)一步分開γ和α，工作距離快速減小。
許多折衷方法是可能的。此外，所需要考慮的事實是最大工作距離也由紅外發(fā)射機的傳輸功率和檢測器25的靈敏度限制，例如，最大工作距離在30到50米范圍內(nèi)。
例如，對于具有5°的α角度和40cm的距離D的接收圓錐23，通過選擇5°和5.2°之間的角度γ，可以獲得大于50米的工作距離D2，同時，最小工作距離D1是在2.2米和2.3米之間。此外，為了有好的接收，最好俯仰天線，以便回避任何障礙物(例如，人或舞臺道具)。適當(dāng)?shù)母┭鎏炀€也能夠確保最小工作距離。
通過把檢測器放置在接收圓錐23內(nèi)減小檢測器25之間的距離，以便改善檢測器的操作，但是，通過附加的掩蓋區(qū)域，也減小了天線的靈敏度。
圖6和圖7所示的攝像機檢測系統(tǒng)是相對簡單的。圖8顯示了詳細(xì)的檢測器25的電操作。在這個實施例中，系統(tǒng)闡明了使用副載波的紅外發(fā)射機識別攝像機的操作。
紅外傳感器是一種工作在紅外輻射的光三極管30。光三極管30的集電極-發(fā)射極連接在電壓源VCC和經(jīng)由電阻31的地之間。光三極管30的集電極中的電流與在它的基極接收的紅外輻射成比例。在電阻31和光三極管30之間的連接點32的電壓變化被發(fā)現(xiàn)與光三極管30接收的紅外輻射成比例。放大器33放大連接點32的電壓變化。在放大器33的輸出端接有一帶通濾波器34，以便限制檢測副載波的頻率信號。本領(lǐng)域的技術(shù)人員是清楚的，帶通濾波器34和放大器33是可以相互交換或組合成一個單個電路?？删幊痰淖R別電路35存儲將被檢測的攝像機的號碼，識別電路35的類型與紅外發(fā)射機使用的識別電路的類型相同。頻率合成器36接收攝像機識別號碼，并提供與表2所示頻率有關(guān)的副載波頻率。不是說本領(lǐng)域的技術(shù)人員不能通過選擇使用單個識別電路35和/或單個頻率合成器或把一個或兩個電路并入每一個檢測器25。
混頻器37把帶通濾波器34的一端產(chǎn)生的信號和頻率合成器36的另一端產(chǎn)生的信號相乘?；祛l器37輸出的信號對應(yīng)帶通濾波器34的輸出信號，信號的頻譜由頻率合成器36提供的信號的頻率偏移。低通濾波器38連接到混頻器37的輸出端。選擇低通濾波器的截止頻率和濾波斜率用于對應(yīng)其它副載波的最大頻率抑制，在我們的例子中，至少在大于或等于10kHz的頻率中確保了100db的縮小率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以觀察到，由頻率合成器36、混頻器37和低通濾波器38構(gòu)成的集合包括可以調(diào)節(jié)中心譜線的帶通濾波器。當(dāng)光三極管30接收到紅外信號時，紅外信號的副載波對應(yīng)頻率合成器36輸出的信號，那么，低通濾波器38的輸出信號不是零。
比較器39一端接收低通濾波器38的輸出信號，另一端接收參考電壓Vref。比較器39提供表明正確的攝像機是否被檢測到的二元信號。比較器39的輸出信號對應(yīng)紅外檢測器25的輸出信號。參考電壓Vref必須盡可能的低，以便在紅外檢測器25的覆蓋區(qū)域內(nèi)增加檢測靈敏度，但是，它必須足夠高，以使得紅外檢測器25對噪聲不敏感。
電動機控制電路40從兩個直徑上面對的紅外檢測器25接收輸出信號，并向電動機M1或M2提供預(yù)置的功能。每一個電動機M1或M2與反射器20連接，以便產(chǎn)生垂直于連接到控制電路40的兩個傳感器的軸的周圍旋轉(zhuǎn)。向電動機提供信號的目標(biāo)將是在一個或另一個連接到控制電路40的檢測器25的方向移動反射器20。如果正好由控制電路接收的兩個信號之一顯示攝像機的存在，那么，控制電路40在接收該信號的傳感器的方向接通有關(guān)的電動機M1或M2。如果兩個紅外檢測器25同時顯示相同的信息，控制電路40不接通電動機。
如已經(jīng)表明的一樣，第一實施例有許多變體。在可能的變體中，為了定位攝像機，不需要使用四個紅外檢測器，如圖9所示，三個檢測器25是足夠的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道可以使用任何數(shù)量和任何位置的檢測器執(zhí)行定位功能，但是，圖7所示的特殊設(shè)置可以簡化控制裝置。
使用可見光呈現(xiàn)出一個優(yōu)點，可以設(shè)想，攝像機和天線之間的距離是相當(dāng)大的。例如，應(yīng)當(dāng)理解術(shù)語“相當(dāng)大的距離”意味著大于100米的距離。這是因為紅外中的高功率是可以調(diào)節(jié)的。應(yīng)當(dāng)小心，不要使攝像機位于另一臺攝像機的拍攝場景中，以避免損壞圖像。對于使用可見光的第一實施例，最好使用集中在所用二極管波長的光學(xué)傳感器，以限制周圍的噪聲。
下面參考圖10和11描述接收天線12的第二實施例。接收天線12包括一個拋物面形狀的反射器50和由至少一個臂52固定在拋物面焦點的饋源51。反射器50和饋源51按照眾所周知的原理合作，以便接收到達(dá)接收圓錐體53的電磁波。圓錐體23的母線與拋物面的中心軸54形成夾角θ。
矩陣傳感器裝置55放置在中心軸54。例如，矩陣傳感器裝置包括具有孔徑角φ的廣角物鏡，物鏡聚焦在對IR二極管15的波長敏感的CCD的矩陣傳感器上(用于發(fā)射可見光的二極管的常規(guī)CCD)?？讖浇铅毡仨毾鄬Υ?，以便具有不管攝像機移動到哪里都有寬的視野。例如，孔徑角φ是135°。
盡管物鏡的寬角度，傳感器點的精度是非常小的。具有640×480點的空間分辨率的傳感器可以獲得小于1°的角度精度ε。從矩陣傳感器裝置55接收圖像的圖像處理裝置56濾波圖像，以便定位閃爍點，點的閃爍表示對應(yīng)攝像機號碼的基帶信息。圖像處理裝置向電動機控制電路57發(fā)射攝像機的坐標(biāo)，該控制電路設(shè)計了分配給電動機M1和M2的預(yù)置功能。分配給電動機的預(yù)置目標(biāo)將是移動天線，以便把代表攝像機的點放置在矩陣傳感器的中心。
當(dāng)然，其它變化是可能的。可以使用其它系統(tǒng)的傳感器。例如，像附屬于第一實施例一樣，使用裝有二向色過濾片或變化密度的過濾片的單獨中心傳感器，該過濾片的透明性隨入射角的函數(shù)變化。中心傳感器提供一個信號，該信號的幅度取決于接收光線的入射角。天線的移動隨中心傳感器的信號幅度的增加或減少變化。天線的從動裝置把這個信號幅度保持最大。
同樣，在優(yōu)選實施例中，所用的天線是拋物面型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使用其它類型的方向性天線。在方向性天線中，特別要使用有源天線或電開關(guān)天線。不需要移動開關(guān)天線，因為天線的方向性是由切換接收的天線方向圖獲得的，結(jié)果，控制電路可以調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種視頻傳輸系統(tǒng)，包括裝有發(fā)射機(11)的攝像機(10)，用于發(fā)射無線電頻率的圖像，方向性接收天線(12)，用于接收發(fā)射機(11)的圖像，其特征在于攝像機(10)包括發(fā)射定位信號的識別裝置，天線(12)包括定位裝置(13)，用于定位該定位信號，伺服控制裝置，用于指引攝像機(10)的發(fā)射機(11)上的天線。
2.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于識別裝置是光學(xué)裝置。
3.按權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)裝置是可見光的發(fā)射體。
4.按權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)裝置包括紅外發(fā)射體(14)。
5.按權(quán)利要求2到4任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于定位裝置包括矩陣傳感器(55)。
6.按權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于矩陣傳感器(55)放置在方向性天線的中心。
7.按權(quán)利要求2到4任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于定位裝置(13)至少包括三個檢測器(25、25’)。
8.按權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于檢測器(25、25’)放置在天線的周界周圍。
9.按權(quán)利要求1到8任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于定位信號從幾個攝像機中識別一個攝像機。
10一種視頻攝像機，包括用于發(fā)射無線電頻率圖像的發(fā)射機(11)，其特征在于它包括一個發(fā)射定位信號的識別裝置(14)，用于定位攝像機。
11.按權(quán)利要求10所述的攝像機，其特征在于識別裝置是光學(xué)裝置。
12.按權(quán)利要求11所述的攝像機，其特征在于光學(xué)裝置是可見光的發(fā)射體。
13.按權(quán)利要求11所述的攝像機，其特征在于光學(xué)裝置包括紅外發(fā)射體(14)。
14.按權(quán)利要求10到13任一權(quán)利要求所述的攝像機，其特征在于定位信號從幾個攝像機中識別一個攝像機。
15.一種方向性天線，用于從權(quán)利要求8到10之一的攝像機接收圖像，其特征在于它包括定位裝置(13)，用于定位該定位信號，伺服控制裝置，用于指引攝像機(10)的發(fā)射機(11)上的天線。
16.按權(quán)利要求15所述的天線，其特征在于定位裝置(13)包括矩陣傳感器(55)。
17.按權(quán)利要求16所述的天線，其特征在于矩陣傳感器(55)放置在方向性天線的中心。
18.按權(quán)利要求15所述的天線，其特征在于定位裝置(13)至少包括三個紅外檢測器(25、25’)。
19.按權(quán)利要求18所述的天線，其特征在于檢測器(25、25’)放置在天線的周界周圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線攝像機系統(tǒng),該系統(tǒng)包括裝有發(fā)射機(11)的攝像機(10),用于發(fā)射無線電頻率的圖像、方向性接收天線(12),用于從發(fā)射機(11)接收圖像。攝像機(10)包括發(fā)射定位信號的識別裝置。天線(12)包括定位該定位信號的定位裝置(13)和伺服控制裝置,用于指引攝像機(10)的發(fā)射機(11)上的天線。本發(fā)明也分別涉及攝像機(10)和天線(12)。
文檔編號H01Q3/02GK1322086SQ01110548
公開日2001年11月14日 申請日期2001年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月14日
發(fā)明者埃里克·奧弗雷 申請人:湯姆森廣播系統(tǒng)公司