Cámaras de televisión de alta sensibilidad.

Cámaras de televisión de alta sensibilidad.

Cámaras de televisión de alta sensibilidad

Un grupo de encuestados, concretamente instaladores de sistemas de vídeo, mencionó la falta de conocimiento de los consumidores sobre las capacidades de CCTV como uno de los problemas del mercado de CCTV. Esto genera costes injustificados para el cliente o una disminución de la eficacia de los sistemas de seguridad. El artículo analiza las características de las cámaras de televisión de alta sensibilidad que deben tenerse en cuenta al seleccionar la composición óptima del equipo para operar un sistema de vigilancia en condiciones de poca luz.

Eficiencia, sensibilidad e iluminación cuánticas

La tarea de una cámara de televisión es convertir la luz reflejada por un objeto y en una matriz CCD en una señal eléctrica, que luego puede transmitirse a distancia, mostrarse en un monitor y grabarse en una cinta magnética, es decir, uno con el que luego puedas trabajar. Por lo tanto, una de las características más importantes de una cámara de televisión es un parámetro que describe la capacidad de la cámara para convertir los fotones que inciden en la matriz CCD en corriente eléctrica.

En física, este concepto se utiliza como eficiencia cuántica de una matriz CCD. Se entiende por eficiencia cuántica la relación entre el número de cargas registradas y el número de fotones que inciden en el cristal. En términos de eficiencia cuántica, los dispositivos de carga acoplada (CCD) no tienen igual. A modo de comparación: de cada 100 fotones que ingresan a la pupila del ojo, la retina solo percibe uno (la eficiencia cuántica es del 1%), en CCD, este parámetro puede tomar valores del 4% (CCD de baja calidad, normalmente utilizado en cámaras de vídeo económicas) hasta el 50 % (ensamblaje típico de cámara de vídeo «blanca») y más — hasta el 95%.

En la descripción de cámaras para sistemas CCTV, en lugar del parámetro de eficiencia cuántica, se utiliza el parámetro de sensibilidad. Estos parámetros son linealmente dependientes. Mientras que la eficiencia cuántica relaciona el número de fotones incidentes y detectados, la sensibilidad determina la respuesta de un detector de luz en unidades eléctricas (por ejemplo, miliamperios) ante una determinada cantidad de luz incidente (medida, por ejemplo, en vatios o lux/s). En principio, se trata de la misma cantidad, solo que expresada en unidades de medida más convenientes para el ingeniero.

Por regla general, los consumidores de sistemas CCTV entienden por sensibilidad la iluminación mínima de un objeto (iluminación de la escena), en la que se puede distinguir la transición del negro al blanco, y mucho menos frecuentemente — iluminación mínima en la matriz (iluminación de la imagen).

Desde un punto de vista teórico, sería más correcto indicar la iluminación mínima en la matriz, ya que en este caso no es necesario especificar las características de la lente utilizada, la distancia al objeto , su reflectancia, etc. Determinar la sensibilidad en función del nivel de iluminación de un objeto es muy difícil de realizar objetivamente.

Sin embargo, al seleccionar una cámara, es más conveniente para el usuario trabajar con la iluminación del objeto, que conoce de antemano y que puede medirse, por lo que este parámetro se utiliza a menudo. La fórmula que relaciona la iluminación sobre el objeto y sobre la matriz se da a continuación:
Iimage=IsceneR/(3.14·F)
donde Iimage, Iscene — iluminación de la matriz CCD del objeto; R— coeficiente de reflexión del objeto; F— apertura de la lente.

Los valores de Iimage e Iscene difieren aproximadamente en un orden de magnitud.

Las discrepancias en la definición de sensibilidad, sin embargo, no terminan ahí. La sensibilidad también puede ser bolométrica (total en todo el espectro) y monocromática (medida en un determinado rango espectral).

Para evitar discrepancias y obtener una imagen real de la relación de sensibilidad de los diferentes modelos de cámaras, es necesario obtener información sobre las condiciones en las que se obtuvo el valor registrado en el pasaporte. A esto ayudan algunas condiciones de medición estándar que cumplen los fabricantes de equipos.

En algunos casos, la sensibilidad medida para la llamada «señal aceptable» — Relación señal-ruido igual a 24 dB (la relación señal-ruido se calcula como S/N = 20log (/).

Dado que la carga principal de los sistemas CCTV cae durante la noche, cuando la señal es extremadamente débil, la relación señal/ruido (S/N = señal/ruido) se convierte en un parámetro especialmente importante.

Con una relación señal-ruido de 50 dB o más, el monitor tendrá una imagen casi perfectamente clara sin interferencias visibles; a 40 dB, a veces se notan puntos parpadeantes; a 30 dB — «nieve ligera» en toda la pantalla; Una imagen de 20 dB es prácticamente inaceptable, aunque los objetos grandes y contrastantes a través de «nieve&#187 sólida se pueden ver. todavía puedes ver el velo.

Relación señal-ruido de 24 dB, — Este es un valor límite de ruido encontrado empíricamente, que aún nos permite esperar ver algo al reproducir un video.

Además, como regla general, se supone que al realizar una medición, la reflectancia del objeto es 0,75; apertura de la lente — 1,4; El control automático de ganancia y la corrección gamma están desactivados. A medida que disminuye la iluminación, la señal se vuelve más pequeña y el ruido, especialmente debido a la acción del AGC y la corrección gamma, aumenta en consecuencia.

Otro intento de aclarar la definición de iluminación, que siguen, en particular, Sony y Philips, — es utilizar la llamada «escala IRE» (la abreviatura proviene del nombre Instituto de Ingenieros de Radio). La señal de vídeo total (0,7 V) se toma como 100 unidades IRE. Una señal de alrededor de 30 IRE se considera aceptable. Algunos fabricantes indican sensibilidad para 25 IRE, otros — para 50 IRE (nivel de señal 6 dB).

Podemos identificar a grandes rasgos varios enfoques principales utilizados para mejorar la Sensibilidad de las cámaras de televisión.

1. Mayor tiempo de acumulación de carga.

Hay dos problemas aquí. El primero se debe al crecimiento de la llamada «corriente oscura de la matriz», que puede combatirse con éxito mediante determinados métodos tecnológicos, por ejemplo, mediante un sistema de refrigeración. El segundo se refiere a los objetos de observación no estacionarios: un aumento del tiempo de exposición provoca la aparición de movimientos discretos.

2. Ampliando el alcance de la señal luminosa grabada.

Por ejemplo, se puede recubrir especialmente la matriz con películas finas de sustancias que absorben fotones ultravioleta y los reemiten en el rango visible.

3. Aplicación de convertidores electrón-ópticos (EOC).

Las cámaras que utilizan tecnologías similares tienen propiedades únicas. Por un lado, su sensibilidad es entre 100 y 10.000 veces mayor que la de los convencionales, por otro — son extremadamente caprichosos. MTBF es de aproximadamente un año. Además, estas cámaras no deben encenderse durante el día; incluso se recomienda cubrir sus lentes durante el día para proteger el cátodo intensificador de imagen contra el desgaste. Durante el funcionamiento, la cámara debe girarse ligeramente para evitar «quemarse»; imágenes en el cátodo del tubo intensificador de imágenes.

Sony— un líder reconocido en la producción de matrices CCD para sistemas de seguridad, incluidas matrices utilizadas en modelos altamente sensibles. Muchos fabricantes utilizan sensores Sony en sus cámaras.

Sony ha desarrollado la tecnología NuregHAD, que permite aumentar los parámetros, incluida la sensibilidad, de las matrices CCD producidas en masa. Las matrices Hyper-HAD tienen una microlente en cada célula fotosensible que recoge y enfoca un flujo de luz adicional.

Hoy Sony promociona su nuevo desarrollo — CCD ExWaveHAD. En comparación con Huper-HAD, las cámaras basadas en la nueva matriz tienen mejor sensibilidad.

Panasonic utiliza dos métodos para aumentar la sensibilidad. En primer lugar, se instalan microlentes en las matrices, similares a las Hyper-HAD de Sony. En segundo lugar, un sistema de procesamiento de señales de vídeo digital bien desarrollado permite aumentar la sensibilidad electrónicamente (en algunos modelos hasta 32 veces).

Hace apenas unos años, la marca Cohu estaba fuertemente asociada con cámaras de televisión muy sensibles pero muy caras. En Rusia prácticamente no hay ninguno, pero las revistas extranjeras escriben mucho sobre ellos.

Cohu produce cámaras no sólo para sistemas de seguridad, sino también para fines científicos, médicos y otros.

Los éxitos de Cohu son impresionantes (por ejemplo, hay un modelo que funciona a 0,00015 lux, aunque con un 30% de señal de vídeo). Pero esto se consigue mediante el uso de tubos intensificadores de imagen, sistemas de almacenamiento, refrigeración, etc., lo que conlleva la aparición de nuevos inconvenientes, así como un importante aumento del coste.

A modo de comparación (ver Tabla 2), tomamos uno de los últimos modelos de cámaras de televisión Philips LTC 0500. Tiene parámetros muy altos, incluida la sensibilidad. Para una señal de 50 IRE y una relación señal-ruido de 40 dB, la sensibilidad en la matriz es de 0,005 lux.

Tabla 2. Características de varios modelos de cámaras de alta sensibilidad

En el corazón de la cámara — Matriz CCD de 1/2″ con transferencia interlínea. Se utiliza un sistema de procesamiento de señales digitales bastante potente. Además, la cámara proporciona funciones de corrección de imagen muy útiles, como compensación de contraluz, contorno automático, nivel de negro automático, control de brillo, etc.

Philips también produce cámaras con convertidores electroópticos diseñados exclusivamente para vigilancia nocturna. Como ya se señaló, las cámaras con tubos intensificadores de imagen son extremadamente sensibles y deben protegerse de la luz brillante.

La empresa japonesa Watec lanzó una nueva modificación de la cámara 902 en 1999. ª serie y lo llamó WAT902Н (la adición en el nombre «Н» probablemente sea una abreviatura de la palabra alto).

Resolución WAT-902H — 570 líneas de TV, sensibilidad in situ — 0,0003 lux F1.4 (AGC alto). Gracias a lo que fue posible lograr tales características — La empresa lo mantiene en secreto. Sólo dice que Watec, junto con Sony, ha desarrollado e implementado una tecnología fundamentalmente nueva: la cámara no utiliza un amplificador fotoelectrónico ni otros dispositivos similares. Externamente, la cámara se diferencia poco de otros modelos de la serie 902; es tan pequeña como todos los productos Watec;

UEM — una empresa rusa que opera con éxito en el mercado de los sistemas de vigilancia por televisión.

Las cámaras EMU utilizan componentes extranjeros y soluciones técnicas originales rusas. Por ejemplo, en los modelos de cámaras altamente sensibles se utiliza un chip especial de «modo nocturno». En condiciones de poca luz, el microcircuito cambia la matriz CCD y el amplificador de video a un modo que suma las cargas de los elementos vecinos. Como resultado, la sensibilidad mejora en un orden de magnitud (hasta 0,0008 lux por objeto cuando se utiliza una lente asférica). Es cierto que la claridad de la imagen disminuye (la resolución se deteriora aproximadamente 3 veces).

EVS también anunció el lanzamiento de una cámara con otra versión del “modo nocturno”, en el que se aumenta la sensibilidad al aumentar el tiempo de exposición.

Al preparar este artículo, se utilizaron las siguientes fuentes de información en Internet: soling, ru; http://philipscss. maíz; http://bpgprod.sel. sony maíz; Panasonic. maíz/cctv; evs.metrocom.ru; cohu/cctv