POSIBILIDADES DE CONSTRUIR UNA CÁMARA DE TV DE SEGURIDAD PARA VIGILANCIA EN CONDICIONES DE ILUMINACIÓN DIFÍCILES.

POSIBILIDADES DE CONSTRUIR CÁMARAS DE TV DE SEGURIDAD PARA SUPERVISIÓN EN CONDICIONES SLO ILUMINACIÓN LIGERA ..

SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado

POSIBILIDADES DE CONSTRUIR UNA CÁMARA DE TV DE SEGURIDAD PARA VIGILANCIA EN CONDICIONES DE ILUMINACIÓN DIFÍCILES

Fuente: revista «Equipos especiales» No. 1, 2006.

En los trabajos [1 – 3], se propusieron métodos para minimizar las distorsiones de una cámara de televisión en una matriz CCD cuando se opera en condiciones de sobrecarga ligera en el trabajo [; 4] se dio una estimación del tiempo de recuperación después del final de tal impacto.

Sin embargo, la situación de iluminación alta y uniforme en el campo de visión de la cámara es un caso especial de Iluminación compleja de las escenas y objetos observados. Ejemplos de condiciones de iluminación difíciles incluyen:

• observación a través de una ventana o contra el fondo de puertas abiertas, cuando es necesario distinguir simultáneamente objetos en la calle y en la habitación;
• observación contra la luz solar difusa;
• observación contra el fondo de deslumbramiento, iluminación, etc.

En la literatura extranjera, las condiciones de iluminación complejas se denominan Luz de fondo, que predetermina la presencia de «luz de fondo» por parte del objeto o la obra «a contraluz». En este caso, con el ajuste automático de sensibilidad (ASC) operando en la cámara para cualquiera de los tres parámetros, a saber: apertura relativa de la lente, tiempo de acumulación, ganancia de trayectoria de video, existe una limitación del rango dinámico de gradaciones de brillo para oscuridad y/o detalles poco iluminados de la imagen transmitida por la cámara, ya que la señal de vídeo de ellos puede reducirse significativamente o perderse por completo.

Cabe señalar que la idea de combatir la distorsión de la señal de video en condiciones de esta incertidumbre a priori de la trama es conocida [5] y consiste en lo siguiente. El rango dinámico de una cámara de televisión se divide en varios canales paralelos. Cada uno de ellos utiliza un convertidor de señal luminosa que tiene un dispositivo de cambio de rango de luz. En este caso, el nivel mínimo del rango de luz de cada canal debe corresponder al nivel de limitación del rango de luz del canal anterior de modo que la suma de los rangos de todos los canales de conversión sea igual al rango de brillo y/o iluminación.

La abreviatura BLC significa un modo para compensar las distorsiones de la señal de vídeo asociadas con determinadas condiciones de observación. La organización del BLC automático mediante el método digital fue propuesta por Matsushita (marca comercial Panasonic) [6] y se denomina tecnología superdinámica. El nombre publicitario transmite con precisión la tarea de la solución técnica propuesta, cuyo objetivo es ampliar el rango dinámico de gradaciones de brillo transmitidas por una cámara de televisión. Esta tecnología implementa, al ritmo del estándar de televisión, dos canales serie-paralelo de conversión fotoeléctrica con tiempos de exposición “largo” (1/50 s) y “corto” (1/2000 s) en una única matriz CCD.

El resultado básico de esta tecnología es la producción de una nueva matriz CCD con la organización de «transferencia de fotogramas de línea» (LFT) y, además, un procesador de señal de vídeo digital especializado. Sin embargo, los costos indudables de esta solución técnica son: la necesidad de duplicar la frecuencia de transferencia línea por línea y elemento por elemento en la matriz CCD y la formación de una señal de video multiplexada en su salida.

Se ha propuesto como alternativa un método BLC automático analógico [7, 8]. La doble exposición del fotodetector durante un encuadre se garantiza aquí mediante el uso de una matriz CCD de tres secciones con la organización «frame transfer» (FT) o con la organización SCT + FT. Las ventajas de esta solución deben considerarse la ausencia de operaciones de multiplexación y demultiplexación de la señal de vídeo del fotodetector, así como el rechazo por este motivo de un procesador digital. Desafortunadamente, el estado actual de la economía rusa no nos permite esperar una rápida implementación de este método.

Si las condiciones de funcionamiento de una cámara de televisión frente a un objeto permiten preorientarla de modo que se perciban objetos muy iluminados y/o brillantes en la parte central de su ángulo de visión, entonces el modo BLC se puede implementar basándose en dos Módulos de cámara operativos sincrónicos y en fase generando una señal de imagen combinada. Esta imagen es el resultado de una síntesis de imágenes producidas por cada uno de los módulos. En la “ventana” central de la imagen combinada se transmite el fragmento central de un módulo, y alrededor de la “ventana”, es decir. fuera de él, desde otro módulo. Con la misma escala de las imágenes componentes, la escala de la imagen combinada permanece sin cambios en toda el área ráster. En la Fig. 1.

Fig. 1. Ejemplo de imagen generada por una cámara de televisión

Actualmente, los fabricantes rusos presentan en el mercado los módulos necesarios. Al ser esencialmente cámaras sin marco, están desarrolladas sobre la base de matrices CCD previamente desarrolladas con la organización SKP y tienen un AFC con fotometría sobre un área seleccionada del objetivo del fotodetector.

La solución técnica al problema se describe a continuación. El diagrama de bloques de la cámara de televisión se muestra enFig. 2.

Fig. 2. Diagrama de bloques de una cámara de televisión

La cámara de televisión contiene una lente 1 y un haz ubicados secuencialmente y conectados ópticamente divisor 2, el primer sensor de señal de televisión 3, el segundo sensor de señal de televisión 4 y el interruptor-mezclador 5. El divisor de haz 2 con disposición mutuamente perpendicular de los fotoobjetivos de los sensores 3 y 4 contiene un espejo translúcido 2-1, ( Fig. 3a ) cuya entrada es la entrada del divisor de haz, y la primera y segunda salidas del espejo translúcido son la primera y segunda salidas del divisor de haz, respectivamente. Divisor de haz 2con los fotoobjetivos de los sensores 3 y 4 dispuestos de manera paralela entre sí, contiene un espejo translúcido 2-1 y un espejo reflectante 2-2 ubicados en serie y conectados ópticamente (Fig. 3b), y la entrada del espejo translúcido es la entrada del divisor de haz y la salida del espejo reflectante y la segunda salida del espejo translúcido son la primera y segunda salidas del divisor de haz, respectivamente. Ingrese la imagen óptica a lo largo de la ruta óptica: lente 1, entrada del divisor de haz 2, primera salida del divisor de haz 2 se proyecta sobre el objetivo fotográfico del primer sensor 3. Al mismo tiempo, esta imagen a lo largo de otra trayectoria óptica: lente 1, entrada del divisor de haz 2, segunda salida del divisor de haz 2 se proyecta sobre el objetivo fotográfico del segundo sensor 4.

a – espejo translúcido 2-1;

b – espejo translúcido 2-1
Fig. 3. Dispositivo divisor de haz

La conversión fotoeléctrica de la imagen óptica de cada uno de los sensores en las correspondientes señales de vídeo se realiza mediante AFC. El principal parámetro ajustable del AFC es el tiempo de acumulación del fotodetector en el CCD, y un parámetro adicional es la ganancia del amplificador de video. Tenga en cuenta que ambos sensores operan en modo de sincronización en frecuencia y fase de escaneos verticales y horizontales desde la señal de sincronización del receptor (RSS) del sensor 3. Para el AFC de cada sensor se preestablecen áreas fotométricas diferentes y mutuamente excluyentes. Para el sensor 3, el área fotométrica es el área central de su fotoobjetivo (Fig.4a), y para el sensor 4 — toda el área de su fotoobjetivo menos la central (Fig. 4b).

Fig. 4. Áreas fotométricas de los sensores de las cámaras

Tenga en cuenta que las dimensiones y la ubicación del área fotométrica del sensor 3 determinan la ubicación de la señal de la “ventana” en el marco y, por lo tanto, el área de la “ventana” y su posición en la imagen combinada.

Para lo que se observa en nuestro gráfico de ejemplo (Fig. 1) dentro de las áreas fotométricas seleccionadas, la cámara de televisión establecerá automáticamente indicadores diferentes pero óptimos del tiempo de acumulación de cada uno de los fotodetectores y el factor de ganancia de sus señales de video. Aquí estos parámetros satisfacen las relaciones:

Tн1 < Tn2; Ku1 < Ku2, donde Tн1, Ku1 y Tн2, Ku2 son la duración de acumulación y la ganancia del amplificador de vídeo, respectivamente, para los sensores 3 y 4.

В Como resultado, las señales de televisión de ambos sensores se prepararán sin distorsión en los fragmentos necesarios. La formación de la señal de vídeo de la imagen combinada se proporciona en el bloque 5, donde la señal de control de «ventana» cambia secuencialmente las señales de ambos sensores. Teniendo en cuenta que la relación señal-ruido varía proporcionalmente al tiempo de adquisición del fotodetector y la ganancia del amplificador de video, la solución propuesta garantiza un aumento en la relación señal-ruido para ambientes oscuros y/o con poca iluminación. objetos.

1. Kulikov A.N. Vigilancia televisiva con luz solar intensa/Equipos especiales, 2001, n° 1, p. 11 – 20.
2. 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.
3. Patente No. 2231233 de la Federación de Rusia. MKI7 HO4N 5/335, 3/14, 5/202. Dispositivo de generación de señal de imagen/Smelkov V.M. /BI. – 2004, núm. 17.
4. Smelkov V.M. Estimación del tiempo de recuperación de una cámara de televisión en una matriz CCD después de la exposición a una sobrecarga luminosa/Equipo especial”, No. 1, 2004, p. 38 – 40.
5. Patente No. 2199827 de la Federación Rusa. MKI7 H04N 5/202. Un método para ampliar el rango dinámico de las gradaciones transmitidas de brillo y/o iluminación en un sistema de televisión
6. Vilenchik L.S., Goncharenko B.G., Kurkov I.N., Razin A.I., Rozval Ya.B./B .AND. – 2003, N° 6.
7. Superdynamic Panasonic/“Security Systems”, N° 19, 1998, p. 24 – 25.
8. Smelkov V.M. Método analógico de funcionamiento automático de una cámara de televisión de seguridad para vigilancia en condiciones de iluminación difíciles Sistemas y medios de comunicación, radiodifusión y televisión, 2002, No. 1, 2, p. 35 – 39.
9. Patente No. 2235443 de la Federación Rusa. MKI7 H04N5/335, 3/14, 5/202. Cámara de televisión basada en una matriz de dispositivos de carga acoplada/Smelkov V.M./B.I. – 2004, núm. 24.