ES2292284B2 - Metodo mezclador de campos simultaneos y homonimos de dos señales de video entrelazadas en una unica señal video para aplicaciones estereoscopicas. - Google Patents

Abstract

Método mezclador de campos simultáneos y homónimos de dos señales de vídeo entrelazadas en una única señal video para aplicaciones estereoscópicas. El método yuxtapone campos homónimos (1) y (2) (pares o impares), capturados síncronamente por sendas cámaras sincronizadas (13), en una tercera señal video entrelazada (14). Un multiplexor analógico (11) da paso alternativamente, en sincronismo con la transición de campo, al campo de una señal (1) o al homónimo de la otra (2), que capturado al mismo tiempo que el de la primera, fue digitalizado (4), almacenado (5) y reconvertido a formato analógico (6). Se fija el nivel mínimo y adapta el rango de la tensión de la señal en la entrada del A/D (3), salida del D/A (7) y salida del sistema (12). La operación sincronizada de los elementos está garantizada por una unidad de control (9), a la que un extractor del sincronismo de la señal original (8) proporciona información de transición de campo y un cristal de cuarzo la señal de reloj (10).

Description

Método mezclador de campos simultáneos y homónimos de dos señales de vídeo entrelazadas en una única señal vídeo para aplicaciones estereoscópicas.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un método mezclador de dos campos homónimos (pares o impares) de sendas señales de vídeo analógicas entrelazadas, capturados exactamente en el mismo instante de tiempo, en una tercera señal vídeo analógica también entrelazada, de manera que los campos de ésta última porten en realidad los campos arriba referidos. Como resultado, se obtiene una señal única a la salida del sistema que, conservando las características eléctricas, temporales y de ocupación de ancho de banda de cada una de las señales originales, contiene la información necesaria en aplicaciones de estereoscopia.

Antecedentes de la invención

La necesidad de condensar en una sola señal la información visual procedente de dos canales (cámaras) y, por tanto, correspondiente a dos escenas distintas, se manifiesta en aplicaciones de operación remota de robots y visión artificial en las que, dándose la circunstancia de que siendo dos las señales de vídeo a transmitir y procesar (por la necesidad de binocularidad para percibir la tercera dimensión de la escena visual) y requiriéndose que las instantáneas de las escenas correspondientes hayan sido adquiridas en el mismo instante de tiempo (para que la percepción de esta tercera dimensión sea más fidedigna), en algún punto del sistema (o en todo él) sólo se dispone de un canal de transmisión de vídeo. En este escenario se hace ineludible la necesidad de contar con un sistema como el concebido que, más allá de repartir dicho canal entre una y a otra señal alternativamente en el tiempo, garantice que el par de instantáneas que se transmite en cada ciclo hayan sido capturadas en el mismo instante de tiempo, puesto que, de no hacerlo, dichas instantáneas presentarían un desfase relativo igual al tiempo de adquisición de cada campo de la imagen, que puede llegar a ser un semiciclo del tiempo de transmisión.

Hasta el presente la problemática que ha inspirado esta invención se ha solventado normalmente diseñando y construyendo sistemas de adquisición, transmisión y procesamiento de imágenes que proporcionaran en todas sus etapas físicas sendos canales para las dos señales, de modo que cada una de ellas tuviera su ruta dedicada de propagación, desde su generación en la cámara hasta su almacenamiento en la memoria de un computador digital. Con esta duplicidad de todos los elementos involucrados en el manejo de las señales entre ambos puntos terminales (como radioenlaces y tarjetas digitalizadoras) se incurre, sin embargo, en soluciones que en ciertos casos pueden ser gravosas en coste y propensas a fallos por el volumen de equipamiento eléctrico y electrónico que aglutinan.

En este sentido se ha desarrollado recientemente una solución estimable (patente nº de publicación ES-2146543) que satisface la problemática de la mezcla de dos señales estándares CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones, actualmente estándar ITU) en una única señal CCIR (actualmente estándar ITU). No obstante, este ingenio no resuelve la necesidad de simultaneidad (idéntico instante de captura) de los dos campos que forman la señal generada de salida, ya que realiza una multiplexación elemental de dos señales de vídeo, mezclando campos complementarios que tienen entre ellos un desfase de 20 ms haciendo con ello impreciso el casamiento 3D. Este último aspecto es de crucial importancia para aplicaciones estereoscópicas de precisión con objetos en movimiento y sí que viene garantizado como característica innovadora de la presente invención.

La principal característica de la presente invención, y que la diferencia del resto de sistemas estereoscópicos existentes, es la integración de dos campos homónimos en una única señal entrelazada, esto se impone, a la vez, por conveniencia y necesidad. Es conveniente que los campos que se multiplexan sean homónimos porque así se mejoran la precisión y la consistencia en la resolución de la tercera dimensión de la escena visual; además, es estrictamente necesario generar una señal entrelazada porque de otra forma, si no presentasen la última línea del campo impar y la primera del par rasgos distintivos, consistentes en que durante la mitad de su duración no transportan información visual sino de sincronización, los receptores convencionales de señal de vídeo analógica (televisores analógicos, digitalizadoras de vídeo, etc.) perderían el sincronismo de forma constante al resultar confundidos por la ausencia de la información correspondiente al tipo de campo (par o impar) que se desechara en ambas imágenes.

Hay que hacer constar que, puesto que sólo se transmite un campo de cada imagen y éste contiene únicamente la mitad de líneas (las pares o las impares) de todas las que constituyen una imagen, no será posible la recuperación de los más finos detalles de las imágenes originales, limitación que, al menos para las aplicaciones arriba referidas, no resulta relevante.

Descripción de la invención

El método de la invención está previsto para multiplexar pares de campos homónimos de sendas señales de vídeo analógicas entrelazadas obtenidos síncronamente en una única tercera señal vídeo también entrelazada. Esto se logra yuxtaponiendo los citados campos homónimos (bien dos campos pares o bien los dos impares), y capturados exactamente en el mismo instante, de dos señales de vídeo analógicas entrelazadas, provenientes de sendas cámaras que adquieren imágenes sincronizadamente, en una tercera señal vídeo también entrelazada, de manera que los campos de ésta última porten en realidad los campos arriba referidos. Para las descripciones que siguen denominaremos "maestra" a la señal "1" y "esclava" a la "2", conviniendo que la maestra es aquélla cuya señal se propaga directamente a la salida y la esclava aquélla cuya señal experimenta una digitalización y almacenamiento intermedios antes de su transmisión.

Las cámaras se sincronizan con un cable (13), con objeto de garantizar que ambas adquieren y transmiten campos homónimos de imagen al mismo tiempo, es decir las dos capturan campos pares e impares al unísono.

Para combinar las dos señales en la tercera producto del sistema, se incluye un multiplexor analógico (11) monolítico encargado de dar paso alternativamente, y en sincronismo con la transición de campo en las señales originales, al campo de la señal maestra o al homónimo de la otra, la esclava, que, aun habiendo sido capturado al mismo tiempo que el de la primera, fue muestreado a la frecuencia de pixel y digitalizado mediante un convertidor analógico-digital (A/D) (4) y almacenado en una memoria (5) mientras ésta se transmitía, siendo reconstruida fielmente la señal original mediante un convertidor digital-analógico (D/A) (6) cuando ha de transmitirse. La operación conjunta de todos los elementos está gobernada y sincronizada por una unidad de control (9), a la que un extractor del sincronismo de la señal original (8) proporciona la información de transición de campo.

Con esta disposición, y en el supuesto de que sean los campos pares de la señal de la cámara maestra y de la esclava los elegidos para ser portados por la señal de salida (14), mientras la cámara maestra está transmitiendo su campo par (pulsos de sincronismo vertical correspondiente al campo par, líneas con información y pulsos de sincronismos horizontales), el multiplexor le abre paso, de forma que se propaga hasta la misma salida. Mientras tanto, el campo par de la cámara esclava está siendo muestreado, digitalizado y almacenado en la memoria (se almacenan las líneas con información y los pulsos de sincronismo horizontal, desechando los sincronismos verticales). Una vez concluida la transmisión del campo par de la cámara maestra y de los sincronismos verticales que indican el comienzo del campo impar hasta la salida, la unidad de control (9) señaliza al multiplexor para que conmute y conecte su salida con la otra entrada, la de la señal almacenada de la cámara esclava. Desde ese mismo instante, la unidad de control recorrerá la memoria para la lectura de sus posiciones en el mismo sentido que utilizó para rellenarla, de modo que, tras la reconstrucción analógica que realiza el convertidor D/A (6), se obtendrá en la salida del sistema la señal que emitió la cámara esclava un semiperiodo antes (el tiempo correspondiente a la transmisión de un campo).

De este modo la señal resultado estará compuesta por sus pulsos de sincronismo vertical (uno correspondiente al inicio del campo par y otro al del campo impar, todos ellos provenientes de la cámara maestra), campo par (es el campo par original de la cámara maestra) con sus pulsos de sincronismo horizontal y campo impar (es el campo par de la cámara esclava capturado en el mismo instante que la maestra) con sus pulsos de sincronismo horizontal.

Durante todo este tiempo, y hasta iniciar un nuevo ciclo, las señales que ambas cámaras emiten (campos impares), serán desechadas.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de contribuir a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva un dibujo consistente en un diagrama de bloques que, a modo de etapas físicas y funcionales, determinan el método propuesto.

Exposición detallada de un modo de realización

A la vista del diagrama de bloques, y dejando atrás los elementos 1 y 2, constituidos por cámaras de vídeo industriales analógicas y entrelazadas, el método incluye diversas etapas, la mayoría de las cuales, como se detallará en lo que sigue, pueden ser implementadas por componentes electrónicos monolíticos (de un solo chip) disponibles comercialmente.

La etapa del extractor de sincronismo (8) se puede realizar físicamente mediante un componente electrónico monolítico que proporcione una señal digital cuadrada, que estará a nivel alto cuando el campo que esté emitiendo la cámara maestra sea el par (o el impar) y bajo cuando sea el impar (o el par).

La etapa de control (9) se puede implantar preferentemente mediante un dispositivo lógico programable (tipo CPLD), también monolítico, que recibe una señal de reloj generada por un cristal de cuarzo (10) y la salida del extractor de sincronismo (8). La programación de dicho dispositivo se realizará en un entorno de diseño, esto es una herramienta instalada en un PC que consta de: entrada de diseño a través de lenguajes de descripción hardware como es el VHDL, herramientas de verificación para la obtención de una simulación del sistema, herramientas de implementación donde se permite la especificación de restricciones o indicaciones para realizar una implementación óptima sobre el dispositivo lógico programable especificado y herramientas de programación para permitir descargar el diseño sobre el dispositivo físico mediante la programación in-situ a través de la programación JTAG.

Por su parte, los convertidores A/D (4) y D/A (6) son capaces de muestrear y reconstruir, respectivamente a la frecuencia de pixel del estándar, mientras que la memoria (5), de uno o varios chips, tiene un tiempo de establecimiento inferior a 1/14,7456 microsegundos. Ha de notarse la diferenciación entre estas señales digitales representadas por flechas dobles del resto de señales analógicas (flecha sencilla).

El multiplexor (11) también se realiza con un multiplexor analógico monolítico de dos canales que provee entrada de control binaria y compatible con los niveles y el formato eléctrico de la unidad de control CPLD.

El generador de sincronismos verticales (13) para las cámaras se puede sintetizar bien dentro de la etapa de control (9), si dispone de temporizadores, o con componentes discretos. En cualquier caso, al responder su funcionalidad a un problema trivial en Electrónica (la generación de dos trenes de pulsos periódicos idénticos con un desfase relativo de un semiperiodo), las soluciones son múltiples y todas ellas fácilmente realizables, por lo que no se prescribe ninguna en particular.

Por último, hay que disponer una serie de etapas fijadoras del nivel mínimo y adaptadoras del rango o excursión de la tensión de la señal en diferentes puntos, a saber, la entrada del A/D (3), la salida del D/A (7) y la salida final (12), con el objeto de que los niveles de tensión en dichos puntos tengan conformidad con la señal de vídeo de salida o, en el primer caso, con las especificaciones del convertidor A/D. Dichas etapas se implementan con circuitería discreta basada en amplificadores operacionales con prestaciones adecuadas para aplicaciones de vídeo.

Claims (5)

1. Método mezclador de campos simultáneos y homónimos de dos señales de vídeo estándares en una única señal de vídeo para aplicaciones estereoscópicas, que comprende las siguientes etapas:

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Sincronización en la generación de dos señales de vídeo provenientes de dos cámaras mediante un cable (13), con objeto de garantizar que ambas adquieren y transmiten campos homónimos de imagen al mismo tiempo, es decir que las dos capturen campos pares e impares al unísono

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Captura de las señales procedentes de sendas cámaras sincronizadas, una denominada maestra (1) y la otra esclava (2), conviniendo que la maestra sea aquélla cuya señal se propaga directamente a la salida y la esclava aquélla cuya señal experimenta una digitalización y almacenamiento intermedios antes de su transmisión

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Fijación del nivel mínimo y adaptación del rango o excursión de la tensión de la señal a la entrada de un convertidor analógico-digital (3) con objeto de que los niveles de tensión en dicho punto tengan conformidad con las especificaciones del convertidor analógico-digital.

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Digitalización de la señal esclava (4), almacenamiento en una memoria de la señal digital (5) y conversión a formato analógico de la señal almacenada en dicha memoria (6)

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Fijación del nivel mínimo y adaptación del rango o excursión de la tensión de la señal a la salida de un convertidor digital-analógico (7), con objeto de que los niveles de tensión en dicho punto tengan conformidad con la señal de vídeo de salida

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Multiplexación analógica (11) de las dos señales, dando paso alternativamente, y en sincronismo con la transición de campo, al campo de una señal maestra (1) o al homónimo de la señal esclava (2)

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Fijación del nivel mínimo y adaptación del rango o excursión de la tensión de la señal a la salida (12), con objeto de que los niveles de tensión en dicho punto tengan conformidad con la señal de vídeo de salida.

2. Método mezclador según reivindicación 1, caracterizado porque la sincronización del método se realiza mediante una unidad de control (9), a la que un extractor del sincronismo (8) proporciona la información de transición de campo de la señal original y un cristal de cuarzo (10) proporciona la señal de reloj.

3. Método mezclador según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los campos de la señal resultado portan los campos homónimos de las dos señales de vídeo entrantes, conservando las características eléctricas, temporales y de ocupación de ancho de banda de cada una de las señales originales.

4. Método mezclador según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque mezcla campos simultáneos y homónimos de dos señales de vídeo estándares ITU (International Telecommunications Union), que como resultado obtiene una tercera señal de vídeo estándar ITU.

5. Método mezclador según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque genera una única señal de vídeo de salida apta para aplicaciones de cálculo de la coordenada tridimensional de profundidad.