CÁMARA DE SEGURIDAD CON ZOOM SELECTIVO: NUEVA SOLUCIÓN.

CÁMARA DE SEGURIDAD CON ESCALADO SELECTIVO: NUEVA SOLUCIÓN.

SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich, Candidato de Ciencias Técnicas

CÁMARA DE TV DE SEGURIDAD CON ESCALADO SELECTIVO: NUEVA SOLUCIÓN

El diseño del televisor propuesto La cámara se basa en el método analógico de escalado de imágenes óptico-electrónico, publicado en [3].

El diagrama de bloques de la nueva cámara de televisión de acuerdo con la descripción de la patente [2] se muestra en la Fig. 1. La cámara contiene una primera lente (1), un primer sensor de señal de televisión (2), un formador de señal de cuadro (3), un divisor de haz (4), un segundo sensor de señal de televisión (5), una unidad de guía (6 ), un selector de pulsos de sincronización (7), interruptor-mezclador (8), bloque de retardo fijo (9), bloque de retardo ajustable (10) y acondicionador de señal de sincronización (11).

Arroz. 1. Diagrama de bloques de una cámara de televisión

1 – primera lente; 2 – primer sensor de señal de televisión; 3 – formador de señal de trama; 4 – divisor de haz; 5 – segundo sensor de señal de televisión; 6 – bloque de guía; 7 – selector de pulso de sincronización; 8 – interruptor-mezclador; 9 – bloque de retardo fijo; 10 – bloque de retardo ajustable; 11 – generador de señal de sincronización.

Para organizar la vigilancia encubierta, es preferible utilizar como primera lente (1) una lente fotográfica de ojo de pez gran angular con un ángulo de visión horizontal de aproximadamente 110 grados y un formato de marco (24 x 36) mm. El diseño del divisor de haz (4), la unidad de guiado (6) y el selector de impulsos de sincronización (7) está completamente tomado de [3].

El divisor de haz (4) utiliza un espejo translúcido (4-1) ubicado secuencialmente y conectado ópticamente, una lente colectiva (4-2), un espejo reflectante (4-3) y una segunda lente (4-4). Las dimensiones del marco óptico en la segunda salida del divisor de haz con respecto a las dimensiones del marco en su primera salida determinan el factor de zoom óptico Km y el aumento de televisión de la cámara. Km se mide por la relación entre las dimensiones del marco de la lente (1) y las dimensiones correspondientes del objetivo fotográfico del sensor (5). Evidentemente, al elegir un formato CCD de 1/3 de pulgada, el km típico es de unos 6x.

La unidad de guiado (6) está diseñada para realizar el posicionamiento espacial horizontal y vertical del segundo sensor (5) y obtener información actual sobre su posición en el sistema de coordenadas rectangular C 0U mediante sensores de posición. La unidad de guiado (6) contiene un accionamiento de movimiento horizontal (6-1), un accionamiento de movimiento vertical (6-2) y el primer sensor de posición (6-3) y el segundo sensor de posición (6-4) conectados cinemáticamente a ellos. , respectivamente.

El formador de cuadros (3) produce dos señales de pulso:

• la señal de “cuadro”
• la señal de “ventana”.

Las dimensiones del “marco” (a x b) y la “ventana” (A x B) están relacionadas por las siguientes dependencias:

a=X/Km, A =kX/Km,
b=X/Km , B=kY/Km ,

donde X – tamaño de ráster horizontal;
Y – tamaño de ráster vertical;
K – factor de multiplicidad, seleccionable dentro de (1…2).

Los desplazamientos horizontales y verticales del “marco” y la “ventana” están determinados por los valores de los voltajes constantes Se alimentan a la entrada del correspondiente convertidor analógico-digital (ADC) y se regulan por separado mediante potenciómetros en Rx y RY. Estos últimos, instalados en la unidad de guía (6), son controles operativos para el “marco” y la “ventana”. ”, y al mismo tiempo – sensores de posición horizontal (6-3) y vertical (6-4).

Cabe señalar que para un funcionamiento de alta calidad de la cámara, al configurarla, se debe realizar un ajuste (ajuste) de alta precisión de la unidad de guía (6). Como resultado del ajuste, para todas las posiciones establecidas de los controles deslizantes del potenciómetro Rx y RY, se debe garantizar una posición espacial del sensor (5) con respecto al divisor de haz (4) para que la imagen óptica ampliada proyectada en su foto El objetivo está centrado horizontal y verticalmente. Un requisito previo para realizar el ajuste es un alto nivel de precisión de fabricación de todos los elementos mecánicos de los accionamientos y el uso de potenciómetros Rx y RY con una dependencia lineal del cambio de resistencia del ángulo de rotación.

Una característica especial del sensor (5) es su funcionamiento en modo de sincronización externa suministrando una señal de sincronización del receptor (RSS) desde un controlador externo a la entrada de «sincronización». Estos requisitos los cumple el módulo de cámara surcoreano SBC-4KXE, que se basa en una matriz CCD con un formato de objetivo de 1/3 de pulgada y un número de elementos de 795(H) x 596(V). Obviamente, el módulo SBC-4KXE también se puede utilizar como sensor (2).

El bloque (9) está diseñado para realizar un retardo de tiempo constante del pulso de sincronización horizontal a la mitad. el período de línea y el pulso de sincronización vertical por la mitad del período de medio cuadro, es decir:

t зсф = Tс/2, t зкф = Tк/2,

donde t зсф – retardo de línea, t зкф – retardo de cuadro, Tс – período de línea, Tп – período de medio cuadro.

El bloque (10) está diseñado para realizar un retardo de tiempo controlado de los pulsos de reloj de las salidas del bloque (9).

El retardo ajustable a lo largo de la línea t zsr satisface la relación:

0 < t zsr < Tc , (1)

y el retardo ajustable sobre el cuadro t zkr satisface otra relación:

0 < t zk p < Tп , (2)

El control de los cambios en los retrasos t зс р y t зк р se realiza respectivamente desde el primer y segundo sensor de posición de la unidad de guiado (6).

Distingamos dos modos en el funcionamiento de la cámara:

• “Selección de fragmento” (modo 1);
• “Imagen combinada” (modo 2).

Independientemente del modo de funcionamiento de la cámara, la imagen óptica de entrada a lo largo de la trayectoria óptica: la primera lente (1), espejo translúcido (4-1), lente colectiva (4-2), espejo reflectante (4-3), segunda lente ( 4-4) se proyecta al objetivo fotográfico del primer sensor (2). Al mismo tiempo, un fragmento de esta imagen ampliado Km veces a lo largo de una trayectoria óptica diferente: la primera lente (1), un espejo translúcido (4-1), se proyecta sobre el objetivo fotográfico del segundo sensor (5). Además, independientemente del modo de funcionamiento de la cámara, el modelador (3) produce las señales de “marco” y “ventana”.

Suministre una señal lógica “1” a la entrada de control del interruptor-mezclador (8), luego la cámara opera en el modo «Selección de fragmento», y en su salida la señal de video de una imagen de escala normal del sensor (2) se mezcla con el «cuadro» señal.

Al mismo tiempo, se proyecta sobre el objetivo fotográfico del sensor (5) una imagen óptica ampliada en Km, cuyo centro geométrico está alineado con el centro del “marco”.

Supongamos que el operador establece el marco para seleccionar el fragmento central de la imagen presentada. En este caso, los controles deslizantes de los potenciómetros Rx y RY en el bloque de guía (6) ocuparán la posición media, y en el bloque (10) los pulsos de sincronización horizontal y vertical provenientes del bloque (9) se retrasarán, respectivamente. , por la mitad del período de línea y la mitad del período de medio fotograma. Aquellos. en el bloque (10) en este caso, las duraciones del retraso son:

t зс р =T s /2, (1-1)
t зк р =T р /2, (2 -1 )

Para la ilustración en la Fig. La Figura 2c muestra la posición temporal del pulso de sincronización horizontal en la salida del bloque (10) con respecto al pulso de línea de entrada que se muestra en la Fig. 2b. Entonces la señal de sincronización a la salida del conformador (11) coincide en fase con la señal de sincronización a la salida del sensor (2). Como resultado, la imagen ráster normal generada por el sensor (2) y la imagen ráster ampliada del sensor (5) actúan sincrónicamente y en fase entre sí, y cuando se superponen espacialmente, coinciden, como se muestra en la Fig. 3a. Tenga en cuenta que en la Fig. 3 tramas de la imagen normal están marcadas con un solo sombreado.

Arroz. 2. Diagrama de tiempos que explica la formación de retrasos a lo largo de la línea

Fig. 3. Posición relativa de los rásteres del primer y
segundo sensor dependiendo de los valores
de los retrasos del pulso de sincronización a lo largo de la línea y el cuadro

Si se suministra una señal lógica «0» a la entrada de control del bloque (8), la cámara cambia al modo «Imagen combinada». Como resultado, a la salida del bloque (8), y por tanto de la cámara, se forma una imagen que consta de una señal de una imagen ampliada del fragmento seleccionado en el centro y una señal de una imagen normal en el resto de eso.

Digamos que el operador necesita controlar la imagen ampliada de otro fragmento, por ejemplo, ubicado en la parte inferior izquierda de la pantalla del monitor de video. Luego debería volver al modo operativo “Selección de fragmentos”. A continuación, el operador selecciona un nuevo fragmento de imagen usando un marco apuntando el sensor (5), usando el bloque de guía (6). En este caso, los controles deslizantes de los potenciómetros Rx y RY en el bloque (6) tomarán una nueva posición, y el bloque (10) realizará otro retardo de los pulsos de sincronización horizontal y vertical de entrada, satisfaciendo las relaciones:

0 < t zsp < Tс /2, (1-2)
0 < t zk p < Tp/2,  (2-2)

Para la ilustración en la Fig. La Figura 2d muestra la posición temporal del pulso de sincronización horizontal en la salida del bloque (10) con respecto al pulso de línea de entrada que se muestra en la Fig. 2b. Entonces la señal de sincronización en la salida del conformador (11) está por delante en fase de la señal de sincronización en la salida del sensor (2). Como resultado, la imagen ráster ampliada generada por el sensor (5) se desplaza con respecto a la imagen ráster normal generada por el sensor (2), como se muestra en la Fig. 3b. Por lo tanto, después de cambiar la cámara al modo «Imagen combinada», el área ampliada se ubicará en la pantalla del monitor de video en el área de selección inicial, es decir. donde se instaló el marco.

Considere una situación en la que el operador necesita controlar la imagen ampliada de otro fragmento marcado por un marco en la parte superior derecha de la pantalla del monitor. En este caso, los controles deslizantes de los potenciómetros Rx y RY en el bloque (6) tomarán una posición diferente, y en el bloque (10) se realizará un retardo diferente de los pulsos de sincronización horizontal y vertical de entrada, satisfaciendo las relaciones:

Tс/2 < t zsp < Tс , (1-3)
Tp/2 < t zk p < Tп , (2-3)

Para la ilustración en la Fig. La Figura 2d muestra la posición temporal del pulso de sincronización horizontal en la salida del bloque (10) con respecto al pulso de línea de entrada que se muestra en la Fig. 2b. Luego, la señal de sincronización en la salida del conformador (11) se retrasa en fase con respecto a la señal de sincronización en la salida del sensor (2). Como resultado, la imagen ráster ampliada generada por el sensor (5) se desplaza con respecto a la imagen ráster normal generada por el sensor (2), como se muestra en la Fig. 3c. Por lo tanto, en este caso, la imagen ampliada se ubicará en la pantalla del monitor de video en el área de selección inicial.

Tenga en cuenta que las relaciones (1-1), (1-2), (1-3) son casos especiales de la relación (1), y las relaciones (2-1), (2-2) y (2-3) son casos especiales de la relación (2).

Exactamente de la misma manera, si se selecciona cualquier otra posición del encuadre en la cámara de televisión, el fragmento ampliado se ubicará en la imagen combinada de la misma manera que en el área de la selección inicial. El indicador de resolución permanece sin cambios en toda la imagen combinada, porque la imagen óptica del fragmento es “percibida” por los elementos fotosensibles del sensor (5) con la misma densidad de su disposición por unidad de longitud que la imagen óptica del resto de la pieza, registrada por los elementos del sensor (2).

Como conclusión

El dispositivo de la cámara de televisión propuesta tiene el potencial de realizar análisis espectrozonales o de polarización de imágenes transmitidas. Para ello, es necesario introducir adicionalmente en los canales ópticos de la cámara filtros de luz con diferente transmisión espectral o con diferentes orientaciones del plano de polarización. Por ejemplo, para analizar la cubierta vegetal, en la primera salida del divisor de haz se puede utilizar un filtro de luz con transmisión espectral hasta la región roja inclusive, y en la segunda salida del divisor de haz se puede utilizar un filtro de infrarrojos. Cuando un fragmento de imagen ampliada registra un área de la copa con alta reflexión en la región infrarroja, su contraste con el fondo del resto de la imagen es significativamente mayor. Por lo tanto, es recomendable instalar constantemente la cámara de televisión en modo 2 y realizar el proceso de análisis utilizando el método de “lupa electrónica”.

En otro ejemplo, para el análisis de cuerpos de agua, es preferible utilizar filtros polarizadores, cuyos planos de polarización son mutuamente perpendiculares.

Literatura

1. Smelkov v.m. Método PiP para cámara de seguridad 24 horas al día, 7 días a la semana//Equipo especial. 2002, No. 3, págs. 21 – 24.
2. Patente 2199828 de la Federación de Rusia. MKI7 HO4N 5/225, 5/238 Cámara de televisión con zoom selectivo/V.M. Smelkov, Yu.A. Smolyakov, V.E. Antónov y A.P. Ogarkov//B.I, 2003, No. 6.
3. Smelkov V.M. Cámara de televisión para vigilancia encubierta y seguridad automatizada//Equipo especial. –2001, núm. 3, págs. 20-23.