CÁMARA DE TV DE MATRIZ DOBLE PARA VIGILANCIA - EN CONDICIONES DE ILUMINACIÓN DIFÍCILES: UNA NUEVA SOLUCIÓN..
SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado
CÁMARA DE TV DE DOBLE MATRIZ PARA VIGILANCIA EN CONDICIONES DE ILUMINACIÓN DIFÍCILES: NUEVA SOLUCIÓN
En el primer número de la revista «Special Equipment» del año 2006 se publicó el artículo «Posibilidades de construir una cámara de televisión de seguridad para vigilancia en condiciones de iluminación difíciles». En él, en relación con las características operativas asociadas con el funcionamiento de la cámara en presencia de «luz de fondo» o en una situación «a contraluz», se propuso un método para combatir la distorsión que la acompaña de la señal de video, destinado a ampliando el rango dinámico. La implementación de este método implicó fabricar una cámara de televisión basada en dos matrices de dispositivos de carga acoplada (CCD) que funcionan sincrónicamente y en fase. A priori, se consideró posible realizar una orientación espacial preliminar de la cámara de televisión de modo que los objetos fuertemente iluminados fueran percibidos en la parte central de su ángulo de visión.
Según el método mencionado, para cada uno de los dos sensores, la formación de una señal de video se llevó a cabo mediante el ajuste automático de sensibilidad (ASC) sobre el alivio de carga de un área separada del objetivo fotográfico, y el primer sensor implementó esto funciona sobre el área central del objetivo de la fotografía, y el segundo, sobre toda el área del objetivo de la fotografía excepto el central. Como resultado, la formación primaria de los componentes de la imagen combinada se llevó a cabo de forma completamente automática con diferentes valores de parámetros ajustables (tiempo de exposición y ganancia de trayectoria de vídeo) para cada uno de los fragmentos de escena transmitidos.
Sin embargo, si, en condiciones de observación, la iluminación del fragmento central controlado de dimensiones máximas se vuelve excesivamente alta, esto puede provocar la salida del componente de señal de carga del punto blanco más allá del área fotométrica central y la aparición de «fugas en los bordes». en la imagen del segundo sensor. Supongamos que, por el contrario, la iluminación de toda la zona periférica de observación restante es extremadamente baja. Entonces, estos factores juntos pueden causar una distorsión significativa de la parte correspondiente de la imagen combinada debido a parámetros de control automático no óptimos establecidos en el segundo sensor.
A continuación se muestra una solución técnica al problema que surge en el modo de funcionamiento semiautomático del dispositivo. El diagrama de bloques de la cámara de televisión se muestra enFig. 1. Contiene una lente 1 y un divisor de haz 2 situados secuencialmente y conectados ópticamente, un primer sensor de señal de televisión 3, un segundo sensor de señal de televisión 4 b>, selector de pulsos de sincronización 5, acondicionador de señal de ventana 6, interruptor-mezclador 7, detector de picos 8 , comparador 9, conmutador 11 y flip-flop RS 12.
En la solución propuesta, los sensores de señal de televisión 3 y 4, como antes, se sincronizan en modo Genlock con bloqueo de frecuencia y fase utilizando la señal de sincronización del receptor (RSS) del sensor 4 .
Fig. 1. Diagrama de bloques de una cámara de televisión
Como sensor 4 se puede utilizar la cámara sin marco VSI-746 que ofrece la empresa rusa EMU , y como sensor >3cámara de marco abierto VNI-702 [1], ambas están hechas sobre la base de una matriz CCD con un número de elementos de 582×752 y un tamaño diagonal objetivo de 1/2 pulgada. También es posible intercambiar información entre sensores, pero luego se deben suministrar pulsos SSP desde el sensor 3 a la entrada del “sensor de sincronización 4. Tenga en cuenta que la fotometría AFC en estos sensores se realiza en toda el área del objetivo fotográfico.
Una característica de esta solución es que el sensor 4 tiene una primera y una segunda entrada de control. .
Para el dispositivo VSI-746, la primera entrada de control es el pin 20 del chip generador de reloj CXD2463R. Si necesita habilitar el tiempo de acumulación AFC (ARVN), debe aplicar un «0» lógico a este pin, para cambiar al modo de control manual — un «1» lógico en niveles TTL.
La segunda entrada de control del dispositivo VSI-746 está formada por los pines 11, 12, 13 del mismo microcircuito CXD2463R. Para operar en modo ARVN, estas terminales “cuelga en el aire”, porque Utilizando divisores resistivos de alta resistencia, se alimentan con los potenciales correspondientes en el rango de 1,3 — 3,5 V. Para el control manual del tiempo de acumulación del fotodetector, es posible cambiar ocho valores de exposición fijos en el rango de 10 μs a 8,33 EM. Las combinaciones de códigos necesarias de ceros y unos que deben suministrarse a los pines correspondientes se dan en la Tabla. 1.
Tabla 1
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Número PIN |
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10,0 |
100.0 |
200.0 |
500.0 |
1000.0 |
2000.0 |
4000.0 |
8330.0 |
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Combinación de códigos |
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11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
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13 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
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12 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Las combinaciones de códigos especificadas se pueden ejecutar utilizando un contador de tres dígitos 10. El circuito eléctrico de este medidor se muestra enFig. 2. La salida “A” del contador está conectada al pin 11 del microcircuito CXD2463R, y los pines “B” y “C”, respectivamente, a los pines 13 y 12 de este microcircuito.
Fig. 2. Circuito eléctrico del contador
Contador 10No es un contador cíclico, sino que se detiene automáticamente. El circuito contador se realiza basándose en la solución técnica propuesta en [2, p. 172 – 173]. El contador contiene el primer (T1), segundo (T2) y tercer (T3) flip-flops tipo JK, un elemento “Y”, un elemento O-NO y un elemento “NO”.
El contador 10 comienza a contar desde el número binario 000”, lo cual se garantiza aplicando brevemente una señal lógica “0” a las entradas de borrado de los disparadores. Luego sigue el número “100”, luego 010”, etc., como se muestra en la tabla. 1.
Si, durante el proceso de conteo, aparece una señal lógica externa 1 en la primera entrada del elemento OR-NOT, entonces se generará una señal lógica «0» en las entradas J y K del primer disparador, lo que conducirá para bloquear y detener el contador.
Si, durante el proceso de conteo, se mantiene una señal lógica «0» en la primera entrada del elemento «OR-NOT», entonces cuando el número «111» es alcanzado, se establece una señal lógica «1» en la salida del elemento «Y». Esta señal, aplicada a la segunda entrada del elemento “OR-NOT”, establecerá una señal lógica “0” en su salida. Como resultado, el contador también se detendrá.
Shaper 6está diseñado para recibir una señal de “ventana” en la salida con el formato (AxB),
donde A es el tamaño de la “ventana” en el ráster horizontalmente;
B – tamaño de la “ventana” en el ráster verticalmente.
Dentro del ráster, la “ventana” ocupa el fragmento central, y sus dimensiones están relacionadas con las dimensiones ráster con las siguientes relaciones:
A = X/(2…3),
B = Y/(2…3),
donde X e Y son las dimensiones horizontal y vertical del ráster , respectivamente.
Es aconsejable generar la señal de “ventana” utilizando un método digital, por ejemplo, basado en el procesador PIC16C73-201/SP ampliamente utilizado en Rusia.
El detector de picos 8 está diseñado para almacenar un voltaje proporcional al nivel máximo de la señal de vídeo, que es generada por el segundo sensor 4, en el área del marco ubicada fuera de la “ventana”. Características del detector de picos 8se memoriza sólo si hay un nivel lógico alto en su entrada estroboscópica. Antes del inicio del siguiente ciclo operativo, el detector se reinicia mediante un pulso positivo aplicado a la entrada de reinicio”.
El comparador 9 está diseñado para comparar el nivel de la información. señal de la salida del detector de pico 8 y voltaje umbral Arriba con un cambio abrupto en el voltaje de salida en el caso en que la señal de información sea mayor que Arriba.
Conmutador 11proporciona, cuando se aplica un «1» lógico a su entrada de control, conectar señales numéricas binarias desde la salida de los bits del contador 10 a la segunda entrada de control del primer sensor 3. Cuando hay un «0» lógico en la entrada de control del interruptor 11, la segunda entrada de control del sensor 3 está aislada del contador 10. b>.
El bloque 12 es un dispositivo de disparo lógico tipo RS con un alto nivel activo en las entradas de control.
La cámara de televisión (Fig. 1) funciona de la siguiente manera.
Deje que el campo de visión de la cámara contenga simultáneamente objetos con iluminación intensa y tenue y/u objetos con una marcada diferencia de brillo. La cámara está preorientada de modo que los objetos fuertemente iluminados o brillantes se perciban en la parte central de su ángulo de visión.
Como en la solución anterior, la imagen óptica de entrada pasa por el camino óptico: lente 1, entrada del divisor de haz 2, la primera salida del divisor de haz 2 se proyecta sobre el objetivo fotográfico del primer sensor 3Señal de televisión. Al mismo tiempo, esta imagen pasa por otra trayectoria óptica: la lente 1, la entrada del divisor de haz 2, la segunda salida del divisor de haz 2 se proyecta sobre el objetivo fotográfico de la señal de televisión del segundo sensor 4 .
Como resultado de la conversión fotoeléctrica, la imagen óptica de cada uno de los sensores se convierte aún más en las señales de vídeo correspondientes, y a partir de la señal de televisión completa generada a la salida del sensor 4, el selector 5Identifica pulsos de sincronización horizontal y vertical. A la salida del moldeador 6 se genera una señal de pulso de una “ventana” de polaridad positiva, que asegura a la salida del interruptor-mezclador 7 la formación de un Señal de televisión completa de una imagen combinada, compuesta por una señal de vídeo del sensor 3 dentro de los límites de la “ventana” y la señal de vídeo del sensor 4 en el resto. de ello.
Cabe agregar que los ajustes automáticos del tiempo de acumulación (ARVN) de los fotodetectores tanto para el sensor 3 como para el 4 se configurarán, en una escena muy iluminada o brillante. , casi el mismo valor de la exposición actual en ambos canales. Pero debido al corto y no óptimo tiempo de acumulación del fotodetector del sensor 4, esto conducirá a una limitación inevitable del rango dinámico de gradaciones de brillo para los objetos de control transmitidos en la imagen combinada fuera del “ventana”.
Para eliminar este inconveniente, se aplica un pulso de polaridad positiva a la entrada de inicio de la cámara de televisión. Durante la duración del pulso, se borra el contador 10, que forma el número “000” en la salida de los bits, y también se reinicia el detector 8.
En el disparador RS de salida directa 12 establece la señal lógica “1”. Este último se suministra a la entrada de control del interruptor 11 y a la primera entrada de control del sensor 4. Por lo tanto, el circuito ARVN en el sensor 4se apaga y su segunda entrada de control se conecta a la salida de los bits del contador 10. El tiempo de acumulación del fotodetector del sensor 4 se establece en 10 μs (Tabla 1).
El 10 el contador realiza el conteo directo de los pulsos de sincronización de fotogramas y con cada cambio en el número de salida, el tiempo de acumulación del fotodetector del sensor 4 aumenta constantemente. Por lo tanto, el nivel de señal de vídeo producida por el sensor 4 aumenta para objetos oscuros y/o con poca luz.
Detector de picos 8Regularmente (con un período de medio fotograma) registra un aumento en la señal de vídeo, y el comparador 9 compara este recuento con el voltaje umbral Up.
Supongamos que en algún momento el detector de pico de tensión de salida 8 alcanza el valor Uп. Luego se invierte el comparador 9 y se establece una señal lógica “1” en su salida. Como resultado, el contador 10 se detiene y en la segunda entrada de control del sensor 4se fija un número binario que determina la cantidad de tiempo de acumulación del fotodetector.
Este modo de cámara es semiautomático, porque implica ajustar el umbral de respuesta (Arriba) del comparador 9, para lograr un resultado de compromiso entre aumentar la relación señal-ruido para la región periférica del combinado distorsiones de imagen y bordes que ocurren en los límites de su región central. Para aumentar la precisión de este ajuste, se recomienda cambiar la entrada de reloj del contador 10 en este momento.durante un mayor período de conteo de pulsos tomados de la salida del divisor de frecuencia, como se muestra enFig. 2 con líneas de puntos.
Cabe añadir que si cuando la salida del contador 10 llega al número máximo (“111”), la tensión en el La salida del detector de picos es 8 y no alcanza el valor Arriba, entonces el contador se detendrá por sí solo. En este caso, el tiempo de acumulación del fotodetector del sensor 4 será de 8330,0 μs (Tabla 1).
Para devolver la cámara al modo de funcionamiento automático, es necesario aplicar un pulso de parada de polaridad negativa a la entrada. Luego la salida directa del disparador RS 12 establecerá una señal lógica “0”, y en el sensor 4 se restablecerá el funcionamiento del circuito ARVN.
Con las mismas dimensiones geométricas, los objetivos fotográficos de los sensores 3 y 4 los componentes de la imagen combinada (en la “ventana” y fuera de la ventana”) tendrán una escala constante.
Si es necesario, tenga dentro de “ ventana de imagen ampliada las dimensiones geométricas del objetivo fotográfico del segundo sensor deben exceder las dimensiones correspondientes del primer sensor. Deje que el tamaño del objetivo diagonal para el primer sensor sea de 1/4 de pulgada y para el segundo de 1/2 pulgada. Entonces el factor de escala de la imagen combinada será 1/2: 1/4 = 2veces.
Literatura
- Cámaras de TV de la empresa “EVS”: Catálogo, 2005.
- Tokheim R. Fundamentos de la electrónica digital. /Trans. del ingles M.: Mir, 1988.
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