[其他]全景电视系统

说明书

本发明属于电视技术领域。

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。