Двухматричная телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения: новое решение

      Комментарии к записи Двухматричная телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения: новое решение отключены

В первом номере издания “Особая техника” за 2006 г. была опубликована статья “Возможности построения охранной телевизионной камеры для наблюдения в условиях сложного освещения”. В ней применительно к эксплуатационным изюминкам, связанным с работой камеры при наличии “заднего света” либо в ситуации “против света”, был предложен способ борьбы с сопутствующими искажениями видеосигнала, направленный на расширение динамического диапазона.

Реализация этого способа предусматривала исполнение телекамеры на базе двух синхронно и синфазно трудящихся матриц устройств с зарядовой связью (ПЗС). A priori считалось вероятным осуществить предварительно пространственную ориентацию телекамеры так, дабы очень сильно освещенные объектывоспринимались в центре ее угла поля зрения.

В соответствии с упомянутому способу для каждого из двух датчиков формирование видеосигнала выполнялось с применением автоматической регулировки чувствительности (АРЧ) по зарядовому рельефу раздельно забранной области фотомишени, причем первый датчик реализовал эту функцию по центральной области фотомишени, а второй – по всей области фотомишени за исключением центральной. В следствии первичное формирование составляющих комбинированного изображения производилось всецело в автоматическом режиме при разных размерах регулируемых параметров (времени экспозиции и коэффициента усиления видеотракта) для каждого из передаваемых фрагментов сцены.

Но в случае если по условиям наблюдения освещенность контролируемого центрального фрагмента предельных размеров делается чрезмерно высокой, то это может привести к выходу составляющего зарядового сигнала белого пятна за пределы центральной области фотометрирования и происхождению “краевых подтеканий” в изображении второго датчика. Допустим, что наряду с этим освещенность всей оставшейся периферийной области наблюдения, напротив, очень низка. Тогда эти факторы в совокупности смогут привести к существенным искажениям соответствующей части комбинированного изображения за счет неоптимальных параметров автоматического регулирования, выставляемых во втором датчике.

Ниже изложено техническое ответ появляющейся задачи в полуавтоматическом режиме работы устройства. Структурная схема телекамеры изображена на рис. 1. Она содержит последовательно расположенные и оптически связанные светоделитель 1 и объектив 2, первый датчик телевизионного сигнала 3, второй датчик телевизионного сигнала 4, селектор синхроимпульсов 5, формирователь сигнала “окно” 6, коммутатор-смеситель 7, пиковый детектор 8, компаратор 9, коммутатор 11 и RS-триггер 12.

В предлагаемом ответе датчики телевизионного сигнала 3 и 4, как и ранее, синхронизированы в режиме Genlock с привязкой фазы и частоты по сигналу синхронизации приемника (ССП) от датчика 4.

Двухматричная телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения: новое решение

Рис. 1. Структурная схема телекамеры

В качестве датчика 4 возможно использована предлагаемая русским компанией ЭВС бескорпусная камера VSI-746, а в качестве датчика 3 – бескорпусная камера VNI-702 [1], та и вторая выполнены на базе матрицы ПЗС с числом элементов 582х752 и размером мишени по диагонали 1/2 дюйма. Вероятен и обмен информацией между датчиками, но тогда импульсы ССП должны подаваться от датчика 3 на вход “синхро” датчика 4. Напомним, что фотометрирование АРЧ в этих датчиках выполняется по всей площади фотомишени.

Изюминкой настоящего ответа есть наличие у датчика 4 первого и второго управляющих входов.

Для прибора VSI-746 первым управляющим входом есть вывод 20 микросхемы CXD2463R синхрогенератора. В случае если нужно включить АРЧ по времени накопления (АРВН), необходимо подать на данный вывод логический “0”, для переключения в режим ручного управления – логическую “1” в уровнях ТТЛ.

Второй управляющий вход прибора VSI-746 образуют выводы 11, 12, 13 данной же микросхемы CXD2463R. Для работы в режиме АРВН эти выводы “висят в воздухе”, т.к. на них посредством высокоомных резистивных делителей поданы соответствующие потенциалы в диапазоне 1,3 – 3,5 В. Для ручного режима управления временем накопления фотоприемника вероятно переключение восьми значений фиксированных экспозиций в диапазоне от 10 мкс до 8,33 мс. Нужные кодовые комбинации из единиц и нулей, каковые должны быть поданы на соответствующие выводы, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Номер вывода

Время экспозиции (накопления) фотоприемника, мкс

10,0

100,0

200,0

500,0

1000,0

2000,0

4000,0

8330,0

Кодовая комбинация

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

Указанные кодовые комбинации смогут быть выполнены посредством трехразрядного счетчика 10. Электрическая схема этого счетчика представлена на рис. 2. Выход “A” счетчика подключен к выводу 11 микросхемы CXD2463R, а выводы “B” и “C” – соответственно к выводу 13 и 12 данной микросхемы.

Рис. 2. Электрическая схема счетчика

Счетчик 10 есть счетчиком не циклического типа, а самоостанавливающимся. Схема счетчика выполнена на базе технического ответа, предложенного в работе [2, с. 172 – 173]. Счетчик содержит первый (Т1), второй (Т2) и третий (Т3) триггеры JK-типа, элемент “И”, элемент “ИЛИ-НЕ” и элемент “НЕ”.

Счетчик 10 начинает счет с бинарного числа “000”, которое гарантируется краткосрочной подачей на входы очистки триггеров сигнала логического “0”. После этого направляться число “100”, позже “010” и т.д., как приведено в табл. 1.

В случае если в ходе счета на первом входе элемента “ИЛИ-НЕ” покажется внешний сигнал логической “1”, то на J- и K-входах первого триггера будет организован сигнал логического “0”, что приведет к остановке и блокировке счетчика.

В случае если же в ходе счета на первом входе элемента “ИЛИ-НЕ” удерживается сигнал логического “0”, то при достижении числа “111” на выходе элемента “И” установится сигнал логической “1”. Данный сигнал, подаваемый на второй вход элемента “ИЛИ-НЕ”, установит на его выходе сигнал логического “0”. В следствии будет кроме этого обеспечена остановка счетчика.

Формирователь 6 рекомендован для получения на выходе сигнала “окно” с форматом (AxB),

где A – размер – “окна” в растре по горизонтали;
B – размер “окна” в растре по вертикали.

В пределах растра “окно” занимает центральный фрагмент, а его размеры связаны с размерами растра следующими соотношениями:

A = X/(2…3),
B = Y/(2…3),

где X и Y – размеры растра по вертикали и горизонтали соответственно.

Формирование сигнала “окно” целесообразно выполнить цифровым способом, к примеру на базе обширно используемого в Российской Федерации процессора PIC16C73 -201/SP.

Пиковый детектор 8 рекомендован для запоминания напряжения, пропорционального большому уровню видеосигнала, что формируется вторым датчиком 4, в кадровой области, расположенной вне “окна”. Изюминкой пикового детектора 8 есть запоминание лишь при условии, в то время, когда на его стробирующем входе присутствует большой логический уровень. Перед началом очередного цикла работы выполняется обнуление детектора посредством хорошего импульса, подаваемого на вход “сброс”.

Компаратор 9 рекомендован для сравнения по уровню информационного сигнала с выхода порогового напряжения 8 и пикового детектора Uп со быстрым трансформацией выходного напряжения при, в то время, когда информационный сигнал больше Uп.

Коммутатор 11 снабжает при подаче на его управляющий вход логической “1” подключение сигналов бинарного числа с выхода разрядов счетчика 10 на второй управляющий вход первого датчика 3. В то время, когда на управляющем входе коммутатора 11 присутствует логический “0”, второй управляющий вход датчика 3 выясняется изолированным от счетчика 10.

Блок 12 есть логическим триггерным устройством RS-типа с большим активным уровнем на входах управления.

Телекамера (рис. 1) трудится следующим образом.

Пускай в поле зрения камеры в один момент находятся очень сильно и слабоосвещенные объекты и/либо объекты с резким отличием по яркости. Предварительно камера ориентируется так, дабы очень сильно освещенные либо броские объекты воспринимались в центре ее угла зрения.

Как и в прошлом ответе, входное оптическое изображение проходит по оптическому пути: объектив 1, вход светоделителя 2, первый выход светоделителя 2 проецируется на фотомишень первого датчика 3 телевизионного сигнала. В один момент это изображение проходит По другому оптическому пути: объектив 1, вход светоделителя 2, второй выход светоделителя 2 проецируется на фотомишень второго датчика 4 телевизионного сигнала.

В следствии фотоэлектрического преобразования оптическое изображение каждого из датчиков преобразуется потом в соответствующие видеосигналы, а из полного телевизионного сигнала, формируемого на выходе датчика 4, селектор 5 выделяет строчные и кадровые синхроимпульсы. На выходе формирователя 6 вырабатывается импульсный сигнал “окна” хорошей полярности, что снабжает на выходе коммутатора-смесителя 7 формирование полного телевизионного сигнала комбинированного изображения, складывающегося из видеосигнала от датчика 3 в границах “видеосигнала” и окна от датчика 4 на его другой части.

направляться добавить, что автоматические регулировки времени накопления (АРВН) фотоприемников как для датчика 3, так и для датчика 4 установят по очень сильно освещенному либо броскому сюжету фактически однообразную величину текущей экспозиции в обоих каналах. Но из-за малой и неоптимальной величины времени накопления фотоприемника датчика 4 это приведет к неизбежному ограничению динамического диапазона градаций яркости для объектов контроля, передаваемых в комбинированном изображении вне “окна”.

Для устранения этого недочёта на вход “пуск” телекамеры подается импульс хорошей полярности. За время действия импульса обеспечивается очистка счетчика 10, что на выходе разрядов формирует число “000”, и выполняется обнуление детектора 8.

На прямом выходе RS-триггера 12 устанавливается сигнал логической “1”. Последний подается на управляющий вход коммутатора 11 и на первый управляющий вход датчика 4. Исходя из этого схема АРВН в датчике 4 отключается, а его второй управляющий вход оказывается подключенным к выходу разрядов счетчика 10. Время накопления фотоприемника датчика 4 устанавливается равным 10 мкс (табл.

1).

Счетчик 10 делает прямой счет кадровых синхроимпульсов, а при каждом трансформации выходного числа время накопления фотоприемника датчика 4 последовательно возрастает. Исходя из этого возрастает уровень видеосигнала, вырабатываемого датчиком 4 для чёрных и/либо низкоосвещенных объектов.

Пиковый детектор 8 систематично (с периодом полукадров) регистрирует повышение видеосигнала, а компаратор 9 сравнивает данный отсчет с пороговым напряжением Uп.

Допустим, что в некий момент выходное напряжение пикового детектора 8 достигает величины Uп. Тогда компаратор 9 опрокидывается, а на его выходе устанавливается сигнал логической “1”. В следствии счетчик 10 останавливается, а на втором управляющем входе датчика 4 фиксируется бинарное число, определяющее величину времени накопления фотоприемника.

Данный режим телекамеры есть полуавтоматическим, т.к. предполагает подстройку порога срабатывания (Uп) компаратора 9, в целях успехи компромиссного результата между увеличением отношения сигнал /шум для периферийной области комбинированного изображения и краевыми искажениями, появляющимися на границах его центральной области. Для увеличения точности исполнения данной регулировки рекомендуется на это время перевести тактовый вход счетчика 10 на повышенный период счетных импульсов, снимаемых с выхода делителя частоты, как продемонстрировано на рис. 2 пунктирными линиями.

направляться добавить, что в случае если при достижении на выходе счетчика 10 предельного количества (“111”) напряжение на выходе пикового детектора 8 не достигнет величины Uп, то счетчик остановится самостоятельно. Наряду с этим время накопления фотоприемника датчика 4 составит 8330,0 мкс (табл. 1).

Для возвращения телекамеры в непроизвольный режим работы нужно подать на вход “стоп” импульс отрицательной полярности. Тогда на прямом выходе RS-триггера 12 установится сигнал логического “0”, а в датчике 4 будет восстановлено функционирование схемы АРВН.

При однообразных геометрических размерах фотомишеней датчиков 3 и 4 составляющие комбинированного изображения (в “окне” и вне “окна”) будут иметь неизменный масштаб.

При необходимости иметь в пределах “окна” повышенное изображение геометрические размеры фотомишени второго датчика должны быть больше соответствующие размеры первого датчика. Пускай размер мишени по диагонали для первого датчика образовывает 1/4 дюйма, а для второго – 1/2 дюйма. Тогда кратность масштабирования комбинированного изображения составит 1/2 : 1/4 = 2 раза.

Литература

  1. Телевизионные камеры компании “ЭВС”: Каталог, 2005.
  2. Токхейм Р. Базы цифровой электроники. /Пер. с англ. М.: Мир, 1988.
  3. Предоставлено изданием Особая техника

    Рандомные показатели записей:

    15 СЛУЧАЕВ ЖЕСТИ С КАМЕР НАБЛЮДЕНИЯ #2


    Подборка наиболее релевантных статей: