EVALUACIÓN DEL TIEMPO PARA RECUPERAR UNA CÁMARA DE TV CCD DESPUÉS QUIÉN ACTUALIZA LA SOBRECARGA LUMÍNICA..
SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado
ESTIMACIÓN DEL TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE UNA CÁMARA DE TV CCD TRAS EL IMPACTO DE UNA SOBRECARGA LUMÍNICA
El artículo [1] presenta los resultados de un estudio sobre la influencia de la iluminación intensa de una cámara de televisión en una matriz fotorreceptora CCD. Se ha demostrado que la sobrecarga luminosa con una iluminación de 1,4 x 108 lux de un simulador de radiación solar no provoca la aparición de defectos irreversibles (quemados) en la matriz CCD, y la resistencia del fotodetector a la sobrecarga no depende sobre la duración de la exposición. Se observa que la sensibilidad del CCD se restablece después del final de una sobrecarga de cualquier duración, casi sin inercia. Evidentemente, la última conclusión no es perfecta desde el punto de vista metrológico.
El autor de este trabajo propone un método para medir experimentalmente el tiempo de recuperación de una cámara después de un sobrecarga, una característica de la cual es la organización de la exposición de alta intensidad de las matrices CCD en modo de pulso.
En trabajos publicados anteriormente [2, 3], el límite superior del rango de iluminancia operativa bajo la luz del sol para una cámara de televisión de seguridad se estimó en 100.000 lux. Esta sobrecarga de luz puede estar presente durante bastante tiempo: desde varios segundos hasta varias horas, por lo que la cámara debe proporcionar un nivel aceptable de distorsión de la imagen de televisión para el operador, es decir, señal de “desenfoque” aceptable.
Para una solución técnica de una cámara basada en un único fotodetector CCD en condiciones de tal exceso de iluminación, es posible garantizar para la tecnología matricial más avanzada [2] una señal de “desenfoque” del 10% con un tiempo de exposición de 1 μs.
Por otro lado, utilizando la solución técnica de una cámara con dos matrices CCD [3], es posible reducir la señal “desenfocada” al 1% con un tiempo de acumulación de 200 μs, lo que permite evitar aún más ampliar el rango de ajuste digital del obturador electrónico del fotodetector hacia tiempos “pequeños”.
Teniendo en cuenta que en una serie de aplicaciones de equipos de televisión para fines especiales, donde la sobrecarga de luz puede ser breve y la velocidad de presentación de información de video sin distorsión a la máquina receptora es un factor decisivo, es aconsejable tener una estimación metrológica de el tiempo de salida de la cámara de televisión después de la exposición a la sobrecarga de luz.
El diagrama de bloques del canal de televisión para organizar el experimento se muestra en la Fig. 1, y en la Fig. 2 es un diagrama de tiempos que explica su funcionamiento. El circuito contiene una cámara de televisión construida sobre la base de un módulo de cámara surcoreano ampliamente utilizado en una matriz CCD con un formato de objetivo de 1/3 de pulgada. La matriz CCD tiene la organización «SKP» («transferencia de fotogramas de línea») típica de los fotodetectores importados y, en términos de sensibilidad, se puede clasificar como dispositivos de sensibilidad normal (CCD estándar).
Fig. 1. Diagrama de bloques del experimento
Arroz. 2. Diagrama de tiempos que explica el diagrama estructural del experimento
Una fuente de luz pulsada, realizada a base de dos LED domésticos F-326 conectados en serie , se utilizó como fuente de sobrecarga luminosa , que emite energía en la región del infrarrojo cercano del espectro, que es la parte funcional del rango espectral de la matriz CCD.
La duración del pulso de luz (Fig. 2e) es de 20 ms con un período de repetición de 80 ms. Se supone que el tiempo de “encendido” (tB) de los LED, así como su tiempo de postluminiscencia (tP), es un orden de magnitud menor que la duración del pulso luminoso, y por tanto no introduce errores en la medición de el tiempo de recuperación de la cámara. Para controlar el emisor se utiliza un circuito compuesto por un selector de pulsos de sincronización que separa los pulsos de sincronización de cuadros de la señal de video completa (Fig. 2a), el primer divisor de frecuencia en dos, generando un meandro con un período de 40 ms (Fig. 2b), el segundo divisor de frecuencia en dos, generando un meandro con un período de 80 ms (Fig. 2c), un elemento lógico “O-NOT”, que proporciona un pulso positivo en la salida con una duración de 20 ms con un período de repetición de 80 ms (Fig. 2d), así como un convertidor de nivel diseñado para obtener un pulso de salida de control con una amplitud de aproximadamente 8 V con una corriente de carga de al menos 1 A (Fig. 2e).
Antes de comenzar las mediciones, se instala una cámara de televisión en funcionamiento frente al emisor apagado a una distancia mínima para prepararse para organizar un fuerte efecto de luz en el fotodetector. Gracias a la lente gran angular instalada en la cámara, ambos LED están en su campo de visión contra el fondo del panel frontal del emisor pintado en negro.
A continuación, se aíslan la cámara de televisión y el emisor de la luz ambiental y se enciende el emisor. En este caso se produce una fuerte sobrecarga ligera de la matriz CCD, porque El obturador electrónico, que proporciona un tiempo de acumulación mínimo típico de 10 μs (1/100000 s), claramente no puede hacer frente a la dispersión de carga. Un oscilograma de la señal de video completa a la salida de la cámara, transmitida por el primer haz del osciloscopio S1-96, con el emisor apagado, se muestra en la foto 1, y con el emisor encendido, en la foto 2. Para una visualización temporal representación de los procesos que tienen lugar, las siguientes figuras muestran un oscilograma del pulso lógico del control del emisor, transmitido por el osciloscopio de segundo haz S1-96.
Foto 1. Oscilograma de la señal de vídeo (arriba)
en el salida de la cámara cuando el emisor está apagado
Foto 2. Oscilograma de la señal de vídeo (arriba)
en la salida de la cámara con el emisor encendido
De la foto 2 se deduce que la señal «parásita» de la sobrecarga de luz se produce dentro de dos medios fotogramas, es decir. su duración es de 40 ms.
La aparición de esta señal se puede explicar de la siguiente manera.
Durante el primer medio cuadro, cuando el objetivo de la fotografía CCD está fuertemente iluminado, los portadores de carga llenan completamente los pozos potenciales de la mayoría de sus elementos (píxeles). En este caso, los pozos potenciales vecinos pueden «colapsar», creando el efecto de cargas dispersas. Debido a esto, y también debido a su mayor movilidad, los fotones infrarrojos superan la barrera de potencial y penetran en las células de los registros de desplazamiento vertical protegidos de la luz. Estos paquetes de carga luego se leen de la forma habitual (línea por línea y elemento por elemento) a través del registro horizontal del fotodetector, formando una señal «parásita» del primer medio fotograma en la salida.
Durante el siguiente (segundo) semicuadro, no hay iluminación del emisor, pero en la matriz CCD los procesos de transferencia de carga y su lectura en el dispositivo de salida no se detienen. Por lo tanto, los paquetes de carga, retenidos hasta este punto en los pozos potenciales del objetivo fotográfico, se transfieren, como de costumbre, a los registros de desplazamiento vertical y luego se leen a través del registro horizontal. Como resultado, el fotodetector queda completamente libre de cargas acumuladas previamente.
Como se puede ver en el oscilograma de la foto 2, en los dos medios fotogramas siguientes, es decir. Durante los 40 ms restantes antes de la aparición de un nuevo pulso de radiación, no hay señal de vídeo en la salida de la cámara. El experimento muestra que si aumenta la duración de la exposición manteniendo su intensidad, entonces el tiempo de recuperación no cambia y también es de medio fotograma (20 ms). Esto significa que la “pausa” de recuperación de la señal de imagen de la cámara después del final de la sobrecarga de luz no dura más de medio fotograma según el estándar.
Literatura
1. Gridin A.S., Salin V.I., Sushchev G.A., Podgorsky E.G., Ratnikov A.N., Trofimov M.N. Evaluación de la estabilidad de un fotodetector CCD ante sobrecargas lumínicas. “Tecnologías de la Comunicación”, serie “Tecnologías de la Televisión” vol. 2, 1983, págs. 28 – 32.
2. Kulikov A.N. Vigilancia televisiva a plena luz del sol.//“Equipo especial”, No. 1, 2001, págs. 11 – 20.
3. Smelkov V.M. Método para minimizar la distorsión de una cámara de televisión cuando se trabaja en condiciones de sobrecarga de luz //“Equipo especial”, No. 5, 2001, p. 20 – 22.