Двухматрічная телевізійна камера для спостереження

Двухматрічная телевізійна камера для спостереження

У першому номері журналу "Особлива техніка" за 2006 р. було розміщено статтю "Здібності побудови охоронної телевізійної камери для спостереження в умовах складного освітлення". У ній стосовно до експлуатаційним особливостям, пов'язаним з роботою камери за наявності "заднього світла" або в ситуації "проти світла", був запропонований спосіб боротьби із супутніми спотвореннями відеосигналу, спрямований на розширення динамічного спектру. Реалізація цього способу передбачала виконання телекамери на базі двох синхронно і синфазно працюючих матриць пристроїв із зарядним зв'язком (ПЗЗ). Апріорі значилося імовірним виконати за раніше просторову орієнтацію телекамери так, щоб дуже освітлені обьектівоспрінімалісь в центральній частині її кута поля зору.

Згідно згаданого способу для кожного з двох датчиків формування відеосигналу вироблялося з впровадженням автоматичного регулювання чутливості (Арч) за зарядового рельєфу окремо взятій області фотомішені, при цьому 1-ий датчик втілив цю функцію по центральній області фотомішені, а другий – по всій області фотомішені крім центральної . У підсумку первинне формування складових комбінованого зображення виконувалося цілком в автоматичному режимі при різних величинах регульованих характеристик (часу експозиції і коефіцієнта посилення видеотракта) для кожного з переданих фрагментів сцени.

Але якщо за умовами спостереження освітленість контрольованого центрального шматка граничних розмірів стає надзвичайно високою, то це може призвести до становить зарядового сигналу білосніжного плями за межі центральної області фотометрірованія і появі "крайових підтікань" в зображенні другого датчика. Уявімо, що при всьому цьому освітленість всіх інших периферійної галузі спостереження, навпаки, дуже мала. Тоді ці причини в сукупності можуть викликати значні заломлення відповідної частини комбінованого зображення за рахунок неоптимальних характеристик автоматичного регулювання, що виставляються в 2-му датчику.

Нижче викладені технічне рішення виникаючої задачки в автоматичному режимі роботи пристрою. Структурна схема телекамери зображена на рис. 1. Вона містить черзі розташовані і оптично пов'язані об'єктив 1 і светоделітель 2, 1-ий датчик телевізійного сигналу 3, другий датчик телевізійного сигналу 4, селектор синхроімпульсів 5, формувач сигналу "віконце" 6, комутатор-змішувач 7, піковий сенсор 8, компаратор 9, комутатор 11 і RS-тригер 12.

У пропонованому рішенні датчики телевізійного сигналу 3 та 4, як і раніше, синхронізовані в режимі Genlock з прив'язкою частоти і фази по сигналу синхронізації приймача (ССП) від датчика 4.

Структурна схема телекамери

В якості датчика 4 може бути застосована пропонована російською компанією ЕВС безкорпусні камера VSI-746, а в якості датчика 3

– Купольна камера VNI-702 [1], та і інша виконані на базі матриці ПЗС з числом частин 582х752 і розміром мішені по діагоналі 1/2 дюйми. Ймовірний та обмін інформацією між датчиками, але тоді імпульси ССП мають подаватися від датчика 3 на вхід "синхро" датчика 4. Зазначимо, що фотометрірованіе Арч в цих датчиках проводиться по всій площі фотомішені.

Особливістю цього рішення є наявність у датчика 4 першого і другого керуючих входів.

Для приладу VSI-746 першим керуючим входом є висновок 20 мікросхеми CXD2463R синхрогенератора. Якщо потрібно включити Арч за часом скупчення (АРВН), необхідно подати на цей висновок логічний "0", для перемикання в режим ручного управління – логічну "1" в рівнях ТТЛ.

Другий керуючий вхід приладу VSI-746 утворюють висновки 11, 12, 13 цієї ж мікросхеми CXD2463R. Для роботи в режимі АРВН ці висновки "висять у повітрі", оскільки на їх за допомогою високоомних резистивних дільників подані належні потенціали в спектрі 1,3 – 3,5 В. Для ручного режиму управління часом скупчення фотоприймача може бути переключення восьми значень фіксованих експозицій в спектрі від 10 мкс до 8,33 мс.

Потрібні кодові композиції з нулів та одиниць, які повинні бути подані на належні висновки, наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Номер висновку

Час експозиції

(Скупчення) фотоприймача, мкс

10,0

100,0

200,0

500,0

1000,0

2000,0

4000,0

8330,0

Кодова композиція

11

0

1

0

1

0

1

0

1

13

0

0

1

1

0

0

1

1

12

0

0

0

0

1

1

1

1

Окреслені кодові композиції можуть бути виконані за допомогою трехразрядного лічильника 10. Електронна схема цього лічильника представлена

на рис. 2. Вихід "A" лічильника підключений до висновку 11 мікросхеми CXD2463R, а висновки "B" і "C" – згідно з висновком 13 і 12 цієї мікросхеми.

Рис. 2. Електронна схема лічильника

Лічильник 10 є лічильник не повторюваного типу, а самоостанавлівающімся. Схема лічильника виконана на базі технічного

рішення, запропонованого в роботі [2, с. 172 – 173]. Лічильник містить 1-ий (Т1), другий (Т2) і третій (Т3) тригери JK-типу, елемент "І", елемент

"АБО-НІ" і елемент "НЕ".

Лічильник 10 починає рахунок з двійкового числа "000", яке гарантується короткостроковій подачею на входи чищення тригерів сигналу

логічного "0". Потім слід число "100", потім "010" і т.д., як показано в табл. 1.

Якщо в процесі рахунку на першому вході елемента "АБО-НЕ" з'явиться зовнішній сигнал логічної "1", то на J-і K-входах першоготригера буде

сформований сигнал логічного "0", що призведе до блокування і зупинці лічильника.

Якщо ж у процесі рахунку на першому вході елемента "АБО-НЕ" міститься сигнал логічного "0", то при досягненні числа "111" на виході елемента "І" встановиться сигнал логічної "1". Цей сигнал, що подається на другий вхід елемента "АБО-НЕ", встановить на його виході сигнал логічного "0". У підсумку буде також забезпечена зупинка лічильника.

Формувач 6 призначений для отримання на виході сигналу "віконце" з форматом (AxB)

де A – розмір – "вікна" в растрі по горизонталі;

B – розмір "вікна" в растрі по вертикалі.

У межах растру "вікно" займає центральний шматок, а його розміри пов'язані з розмірами растра подальшими співвідношеннями:

A = X / (2 … 3),

B = Y / (2 … 3),

де X і Y – розміри растра по горизонталі і вертикалі відповідно.

Формування сигналу "віконце" доцільно виконати цифровим способом, наприклад на базі широко використовуваного в Росії мікропроцесора PIC16C73

-201/SP.

Піковий сенсор 8 призначений для запам'ятовування напруги, пропорційного найбільшому рівню відеосигналу формується другий датчик 4, в кадровій сфері, розташованої поза "вікна". Особливістю пікового сенсора 8 є запам'ятовування тільки за умови, коли на його стробірующій вході знаходиться найвищий логічний рівень. До ще одного циклу роботи проводиться обнуління сенсора за допомогою позитивного імпульсу, що подається на вхід "скидання".

Компаратор 9 призначений для зіставлення за рівнем інформаційного сигналу з виходу пікового сенсора 8 і граничного напруження Uп із стрибкоподібним зміною вихідної напруги в разі, коли інформаційний сигнал більше Uп.

Комутатор 11 забезпечує при подачі на його керуючий вхід логічного "1" підключення сигналів двійкового числа з виходу розрядів лічильника 10 на другий керуючий вхід першого датчика 3. Коли на керуючому вході комутатора 11 знаходиться логічний "0", другий керуючий вхід датчика 3 виявляється ізольованим від лічильника 10.

Блок 12 є логічним тріггерним пристроєм RS-типу з найвищим активним рівнем на входах управління.

Телекамера (рис. 1) працює наступним чином.

Нехай у поле зору камери відразу знаходяться дуже і слабоосвітлені об'єкти та / або об'єкти з різким розходженням по яскравості. За раніше камера орієнтується так, щоб дуже освітлені або яскраві об'єкти сприймалися в центральній частині її кута зору.

Як і минулого рішенні, вхідна оптичне зображення проходить по оптичному шляху: об'єктив 1, вхід светоделітель 2, 1-ий

вихід светоделітель 2 проектується на фотомішені 1-ий датчик 3 телевізійного сигналу. Відразу це зображення проходить

по іншому оптичному шляху: об'єктив 1, вхід светоделітель 2, другий вихід светоделітель 2 проектується на фотомішені другого датчика 4 телевізійного сигналу.

У підсумку фотоелектричного перетворення оптичне зображення кожного з датчиків перетворюється далі в належні сигнали, а з повного телевізійного сигналу, створюваного на виході датчика 4, селектор 5 виділяє рядкові і кадрові синхроімпульсів. На виході

формувача 6 робиться імпульсний сигнал "віконця" позитивної полярності, який забезпечує на виході комутатора-змішувача 7 формування повного телевізійного сигналу комбінованого зображення, що складається з відеосигналу від датчика 3 в кордонах "вікна" і відеосигналу від датчика 4 на його іншої частини.

Слід додати, що автоматичні регулювання часу скупчення (АРВН) фотоприймачів як для датчика 3, так і для датчика 4 встановлять за дуже освітленому або помітного сюжету фактично схожу величину поточної експозиції в обох каналах. Але через малу і неоптимальною величини часу скупчення фотоприймача датчика 4 це призведе до неминучого обмеження динамічного спектру градацій яскравості

об'єктів контролю, переданих в комбінованому зображенні поза "вікна".

Для усунення цього недоліку на вхід "запуск" телекамери подається імпульс позитивної полярності. За час дії імпульсу забезпечується чистка лічильника 10, який у виході розрядів формує число "000", також проводиться обнуління сенсора 8.

На прямому виході RS-тригера 12 встановлюється сигнал логічної "1". Останній подається на керуючий вхід комутатора 11 і на 1-ий керуючий вхід датчика 4. Тому схема АРВН в датчику 4 відключається, а його другий керуючий вхід виявляється приєднаним до виходу розрядів лічильника 10. Час скупчення фотоприймача датчика 4 встановлюється рівним 10 мкс (табл. 1).

Лічильник 10 робить прямий рахунок кадрових синхроімпульсів, а при кожній зміні початкового числа час скупчення фотоприймача датчика 4 по черзі зростає. Тому зростає рівень відеосигналу робиться датчиком 4 для чорних та / або нізкоосвещенніх об'єктів.

Піковий сенсор 8 часто (з періодом напівкадрів) реєструє підвищення відеосигналу, а компаратор 9 асоціює цей

відлік з пороговою напругою U п.

Уявімо, що в якийсь момент вихідна напруга пікового сенсора 8 домагається величини U п. Тоді компаратор 9

перекидається, а на його виході встановлюється сигнал логічної "1". У підсумку лічильник 10 зупиняється, а на другому керуючому вході

датчика 4 фіксується двійкове число, що визначає величину часу скупчення фотоприймача.

Цей режим телекамери є автоматичним, тому увазі підстроювання порогу спрацьовування (U п) компаратора 9,

в цілях досягнення компромісного результату між збільшенням справи сигнал / шум для периферійної області комбінованого зображення і крайовими перекручуваннями, що виникають на кордонах його центральній області. Для збільшення точності виконання цього регулювання рекомендується на цей час

переключити тактовий вхід лічильника 10 на завищений період рахункових імпульсів, що знімаються з виходу дільника частоти, як показано на рис. 2 пунктирними лініями.

Слід додати, що якщо при досягненні на виході лічильника 10 найбільшого числа ("111") напруга на виході пікового сенсора 8 не досягне величини U п, то лічильник зупиниться самостійно. При всьому цьому час скупчення фотоприймача датчика 4 складе

8330,0 мкс (табл. 1).

Для повернення телекамери в автоматичний режим роботи потрібно подати на вхід "стоп" імпульс негативної полярності. Тоді на прямому виході RS-тригера 12 встановиться сигнал логічного "0", а в датчику 4 буде відновлено функціонування схеми АРВН.

При схожих геометричних розмірах фотомішені датчиків 3 та 4 складові комбінованого зображення (у "вікні" і поза "вікна") матимуть постійний масштаб.

У міру потреби мати на кордонах "вікна" збільшене зображення геометричні розміри фотомішені другого датчика повинні перевершувати належні розміри 1-ий датчик. Нехай розмір мішені по діагоналі для першого датчика складає 1/4 дюйма, а для другого – 1/2 дюйми.

Тоді кратність масштабування комбінованого зображення складе 1/2: 1/4 = 2 рази.

Джерело: gradostroitel.com.ua