专利名称:全景电视系统的制作方法
本发明属于电视技术领域：
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本发明作出以前，电视摄象机的水平视场角仅在几十度范围内(如张兆扬所著《工业电视》一书上册第62页所述)，电视系统若想在较大的立体空间范围内观测景象，必须要有机械转动的云台装置，使摄象机作水平方向360°的旋转，同时还需要在纵深方向推进摄象机，于是形成了螺旋式的观测方式。这种观测方式不能同时观测到360°空间的整体景象，在很大程度上限制了摄象机在纵深方向的推进速度，而且容易丢失某些方向的信息，难以了解整个观测空间景象信息间的相互关系。
本发明的目的是为了克服电视摄象机的上述缺点，提出一种使电视摄象机的水平视场角由几十度提高到360°的新技术，使之能构成一个在电视监视器上同时显示出水平方向360°空间图象的全景电视系统。
附图的简要说明图1.a全景摄象镜头工作原理。
b靶面图形到监视器图形的变换。
图2.a一行圆周扫描的形成。
b螺旋扫描的形成。
图3.螺旋扫描电路原理方框图。
全景电视系统的构成一.光学成象为了便于理解，把被观测空间景象看作是一圆柱内面四周黑白相间的方格图形，全景摄象机置于圆柱内中心线上。全景摄象机的光学系统由双曲面反射镜及透镜等组成，使双曲面反射镜、透镜、摄象管及被观测柱面的中心线重合，这样圆柱内面的方格图形经双曲面反射镜的反射及透镜成象，在摄象管靶面上形成了一些黑白相间的扇形，并且组合成一个带有径向辐射线段的圆环状图形，如图1a所示、接图中所示座标，有如下关系
式中，C1，C2为常数。
从图1及(1)式可看到，柱面图形上不同高度的圆周，对应于靶面上圆环图形不同半径的圆周。柱面图形上的圆周11′1，33′3，成象在摄象管靶面上分别为最里边和最外边的圆;柱面图形上不同θ角的母线，对应于靶面圆环状图形上不同角度的径向线段，如柱面图形上母线1，3及1′，3′成象在靶面上分别为270°及90°径向线段，这样经过全景摄象镜头的圆周反射及成象，可将水平方向360°的景物如柱面内侧图形同时成象于摄象管靶面上。
二、扫描变换由上述可见，全景摄象镜头的成象方式，明显改变了原来被摄图形的几何形状，为了恢复原来的柱面图形并将其展开显示在电视监视器上，必须在摄象管与显象管间采用一种特殊的扫描变换方式，使靶面上圆环状图形的各个不同半径的圆周，一一对应于监视器上不同高度的水平线;靶面上不同角度的径向线段，一一对应于监视器上不同位置的垂直线段。
如图1b所示，若监视器图形定为XOY二维平面坐标，则靶面图形与监视器图形的对应关系为
若将柱面图形到靶面图形的变换式(1)代入式(2)，则得到柱面图形到监视器图形的变换式
令C1C3＝K2，C2C3+C4＝0，则有
综合式(1)、(2)、(3)，图1a和图1b可看到，柱面图形最上边的一个圆周，对应于靶面图形中的最小圆周，并对应于监视器图形中最上边的水平线;柱面图形中最下边的一个圆周，对应于靶面图形中最大圆周，并对应于监视器图形中最下边的水平线;柱面图形中θ＝180°的母线，对应于靶面图形中φ＝0°的径向线段，并对应于监视器图形中最左边的垂直线;柱面图形中θ＝0°的母线，对应于靶面图形中φ＝180°的径向线段，并对应于监视器图形中间的垂直线。…综上所述，通过全景摄象镜头可把代表360°环境信息的柱面图形同时成象于摄象管靶面上，再通过摄象管到显象管的扫描变换，即可实现在监视器上同时显示展开360°柱面图形的目的，使人能很方便地获得完整的360°环境信息。
实现靶面图形到监视器图形的扫描变换，可有二种方式1.摄象端采用螺旋扫描，监视器采用直线扫描。靶面上在1行周期内扫描一个圆周，监视器上同时扫描一条水平线，靶面上逐圈向外扫，对应于监视器逐行向下扫直至完成一场。
2.摄象端采用径向圆扫描，监视器上采用直线扫描。靶面上在1行周期内从中心到圆周上扫描一个径向线段，显象管上同时扫描一条水平线;靶面上由0°到360°顺次改变扫描角度，对应于监视器上逐行向下扫直至完成一场。
经过实验和理论分析，认为靶面上采用螺旋扫描监视器上采用直线扫描的扫描变换方式可获得最佳效果。下面的分析均以此为基础。
三.扫描参数的确定为便于全景电视信号的产生、传输、录制、变换和显示等，全景电视系统的主要技术参数仍采用CCIR制标准，如TH＝64μs，TV＝20ms等，这样可采用通用监视器进行显示，通用录象机进行录象…。
1.电流波形为在一场中实现螺旋扫描，首先必须在一行中实现圆扫描，根据里沙育图形，在相互正交的二对电感量相等的偏转线圈里，分别通入频率相同幅度相等的正余弦波电流，便可形成旋转磁场，使电子束进行圆扫描。
令二对偏转线圈上的电流分别为
则电子束水平和垂直偏转量X和Y分别为
式中hx和hy分别是水平和垂直偏转灵敏度，当hxImx＝hyImy时，得到X2+Y2＝h2xI2mx＝h2yI2my，圆的半径R＝X2+Y2]]>＝hxImx＝hyImy扫描圆的形成原理如图2a所示。
2.正余波周期T靶面上扫描一个圆周，监视器上扫一行，但是监视器是直线扫描，有一个回扫的消隐期，因此摄象管靶面上的圆扫描也必须有一个相应的仃扫消隐期，以使摄象端与显象端相应象素一一对应，实现监视器上显示360°图象的目的。
监视器的行消隐期为12μs，行正程期为52μs，扫描光栅通常扩展到显象管边框以外，为在显象管有效屏幕内显示靶面圆扫描区域内的全部图象，圆扫描的周期即正余弦波周期T根据实验确定为44μs，圆扫描的仃扫消隐期为64-44＝20μs。
四.摄象管偏转线圈由于摄象管进行圆扫描，因此X和Y二方向的偏转线圈的电感量必须基本相同，安装位置相互正交，对于1″磁聚集磁偏转的摄象管偏转线圈的电感量约为0.35mH，直流电阻2Ω，所需偏转电流峰峰值约为250mA。
五.螺旋扫描的形成偏转线圈中正余弦电流变化一周，电子束在摄象管靶面上扫出一个圆。随着场扫描的进行，正余弦电流的幅度逐渐增加，靶面上的扫描圆也不断扩大，当场扫描幅度达到最大值时，扫描圆周也达最大值。场消隐期间，正余弦电流由最大值回到最小值，扫描圆也从最大圆回到最小圆。下一场开始，扫描圆又不断扩大，周而复始，形成螺旋扫描，如图2b所示。
六.全景电视系统螺旋扫描电路原理框图全景电视系统由全景摄象机、录象机、监视器和传输系统组成，与一般电视系统的区别仅在于全景摄象机与一般摄象机不同，系统的其它组成设备完全相同，而全景摄象机与一般摄象机的区别又仅在于扫描电路不同，因此对全景电视系统电路的描述仅限于与原有技术不同的螺旋扫描电路，其原理框图如图3所示。
行推动信号HD触发方波发生器1，产生一个宽度为44μs，周期为64μs，幅度为3Vp-p的方波;在44μs负方波的作用下，正余弦波发生器2分别产生周期为44μs，幅度为3Vp-p的断续正、余弦波;对其中的余弦波经移相器4进行移相，移相范围±15°可调，用于补偿二对偏转线圈的正交安装误差;场推动信号VD触发场扫描波发生器3，产生约3Vp-p的场扫描波;相乘器5将断续正旋波与场扫描波相乘，输出约1.3Upp的场扫描波调制的断续正弦波;电压放大器7的增益为3倍，输出4Vpp的信号到电流放大器9，电流放大器9输出约250mAp-p的调制断续正弦波电流到偏转线圈X绕组;方框6、8、10的作用同方框5、7、9;这样偏转线圈中相互正交的XY绕组分别在受场扫描波调制的断续正、余弦波电流的作用下，摄象管电子束便产生螺旋扫描。
本发明的优点是全景电视系统可同时观测水平方向360°空间的景象，并在监视器上显示出来，因此它的观测场面大，图象连续完整，直观性好，易辨别图象方向，并省去了机械转动的云台装置等，从而提高了观测的准确性、可靠性和速度。它特别适用于钻井勘探、水下观测、管道检查以及军事目标侦查等大角度观测电视。并且由于全景电视系统采用通用的电视标准，能和通用的监视器、录象机等配套使用，因此易于推广应用。
文件名称 页 行 补正前 补正后说明书 1 倒12 提高到360° 提高到180°
权利要求
1.一种由全景电视摄象机、录象机、监视器和传输系统组成的全景电视系统。其特征是能在通用型监视器上同时显视水平方向360°的被摄物体展开的平面图象。
2.按着权利要求
1所述的全景电视摄象机，其特征是全景电视摄象机需配置与全景摄象镜头相适应的螺旋扫描电路。螺旋扫描电路由方波发生器1、断续正余弦波发生器2、场扫描波发生器3、移相器4、相乘器5，6、电压放大器7，8、电流放大器9，10和偏转线圈11组成。
3.按着权利要求
1所述的全景电视摄象机，其特征是摄象管偏转线圈(静电偏转摄象管)中两对相互正交的X、Y绕组(偏转板)，分别通以受场扫描波调制的同频断续正余弦波电流(电压)，摄象管电子束产生螺旋扫描。
专利摘要
本发明全景电视系统属于电视技术领域：
。目前电视摄象机的水平视场角仅为几十度，本发明采用全景摄象镜头和与它相配合的螺旋扫描电路，能使电视摄象机的水平视场角提高到360°，并且与监视器、录象机和传输系统等构成一个全景电视系统，使之能在通用型电视监视器上同时显示出180°被摄景物展开的平面图象。它具有观测场面大和图象连续完整等优点，特别适用于钻井勘探、水下观测和管道检查等大角度应用电视系统。
文档编号H04N5/228GK86106395SQ86106395
公开日1988年5月18日 申请日期1986年11月3日
发明者于景良, 王德福, 俞斯乐 申请人:天津大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan