Selección del tiempo de exposición para una cámara de seguridad en un solo -modo de generación de señal de vídeo de toma.
SMELKOV Vyacheslav Mikhailovich,
Candidato de Ciencias Técnicas
ELECCIÓN DEL TIEMPO DE EXPOSICIÓN PARA LA CÁMARA DE TV DE SEGURIDAD EN EL MODO DE FORMACIÓN DE UNA SEÑAL DE VIDEO ÚNICA
El artículo analiza posibles métodos para seleccionar automáticamente el tiempo de acumulación en función de los parámetros de la señal de vídeo en cámaras de televisión que brindan la posibilidad de fotografiar televisivamente al intruso en el modo “MONOSHOT”.
Se ha propuesto una solución técnica a nivel de invención de un modelo de cámara de televisión que, en condiciones de poca luz en un objeto controlado, permite observar en tiempo real (en modo “TV”), así como medir la iluminación de la escena usando video.
Cuando se da un comando para registrar un evento, la cámara cambia al modo “MONOSHOT”, donde, según el resultado de la medición obtenido en el “TV” modo, se establece el tiempo de exposición óptimo.
El conocido modo de formación de una señal de vídeo en un solo disparo (fotografía de televisión) en cámaras de televisión con CCD matriciales, llamado por sus inventores franceses MONOSHOT” [1], crea ciertas dificultades a la hora de elegir el parámetro más importante de la señal de imagen: el tiempo de exposición óptimo del fotodetector.
El hecho es que la elección de la duración de la acumulación en este modo no se puede realizar de la forma clásica utilizando dispositivos de ajuste automático de sensibilidad (AFC), la acción de los cuales se basa en el análisis de la señal de video del cuadro anterior a través del circuito de retroalimentación, porque este último queda excluido en principio.
Por otro lado, sólo la señal de vídeo seleccionada como señal de control para el AFC garantiza una coincidencia ideal de los parámetros de entrada y salida de la máquina según las características espectrales.
Sin embargo, una Se puede realizar una evaluación proactiva del proceso fotoeléctrico que tiene lugar en el objetivo CCD , si se utiliza el método propuesto anteriormente para generar una señal de control para el AFC de cámaras de televisión de formato pequeño según la invención nacional [2].
Las ventajas únicas de la señal de control obtenida mediante este método son:
- ausencia de un retraso de tiempo en relación con el proceso de acumulación en el objetivo;
- naturaleza no destructiva de la lectura de la información contenida en él;
- la capacidad de obtenga esta información en un corto período de tiempo (hasta 20 μs).
En la descripción de la invención [3], el autor de este artículo publicó un método para seleccionar automáticamente la duración de la acumulación de una matriz CCD utilizando el método [2] en relación con una cámara de televisión que funciona en el modo de formación de señal de imagen única. , que se denominó “MONOSHOT-AUTO”.
En este modo, el proceso de acumulación en el CCD se realiza a lo largo del tiempo en “porciones” separadas, pero con la medición del nivel. del alivio de carga del objetivo fotográfico después de cada uno de ellos.
El alivio de carga se evalúa mediante la corriente en el circuito de uno de los electrodos de fase de la sección de almacenamiento simultáneamente para todos sus elementos. (píxeles).
Cuando el resultado total de la medición alcanza el umbral que determina el valor óptimo del relieve, finaliza el proceso de acumulación del marco de información.
La ventaja indudable de este método es la amplia gama de posibles elección del tiempo de exposición del fotodetector en función de la iluminación del objeto controlado, que se estima en el rango de 100 µs a 10 s, es decir determinado por las limitaciones físicas de la matriz CCD.
Desafortunadamente, el método propuesto para generar una señal de control dependiendo de los parámetros de la señal de video solo se puede implementar mediante escaneo sin coordenadas, lo que elimina la elección de la «ventana evaluada» dentro del marco de la imagen presentada.
Además, debido a las grandes capacitancias de los electrodos de fase de la sección de acumulación, la dispersión de ruido (s2) del canal de lectura de la señal de video que utiliza este método es siempre mayor que la dispersión de ruido del dispositivo de salida de matriz (s1) al leer la señal de imagen de la forma tradicional, es decir hay mucho ruido en la señal de control.
Para una cámara de televisión de seguridad que funciona en la oscuridad, cuando la exposición del fotodetector adecuadamente seleccionada dura más de un cuadro, el trabajo [4] propone un modo de fotografía televisiva del intruso utilizando el MONOSHOT-ZOOM -Método AUTO, acompañado de otro efecto técnico: aumentar la escala de la imagen registrada.
La señal de control determinada por la señal de vídeo para la estimación automática de la duración de la exposición se genera aquí en paralelo desde el segundo sensor que funciona en el modo TV periódico estándar y, por tanto, es el resultado de la medición mediante un escaneo de coordenadas estándar.
Si Dado que el requisito de ampliar la imagen del intruso es opcional, es posible simplificar significativamente el hardware de una cámara de televisión que funciona en el modo “MONOSHOT-AUTO”, manteniendo las ventajas del control. señal de vídeo.
El requisito previo más importante para la implementación de esta oportunidad es la aparición en el mercado de cámaras de televisión de marco abierto (módulos de cámara), que ofrecen dos modos de funcionamiento: «TV» y «MONOSHOT» con conmutación secuencial de uno a otro.
Un ejemplo de un producto de este tipo es el módulo de cámara FTM-12 de Philips (Países Bajos) [5].
A continuación se muestra una solución técnica para una cámara de seguridad basada en un sensor similar.
En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de una cámara de televisión, cuyo dispositivo se considera una invención [6]. 1.
La cámara contiene una lente (1), un sensor de pulso de sincronización y video (2), un detector de picos (3), un convertidor analógico a digital (ADC) en la posición (4), una duración de acumulación del controlador (5), un disparo (6), un primer biestable RS (7), un segundo biestable RS (8), un elemento “OR” (9) y un inversor (10). ).
Señales de entrada: “Inicio”, Lectura” y señales de salida: “Video”, Sincronización”: proporcionan el emparejamiento necesario de la cámara con la computadora del usuario.
Arroz. 1. Diagrama de bloques de una cámara de televisión
Consideremos el funcionamiento de una cámara de televisión utilizando el diagrama de tiempo que se muestra en la Fig. 2. Tenga en cuenta que coincide con el diagrama publicado en el artículo [4].
Fig. 2. Diagrama de tiempos que explica el funcionamiento de la cámara de televisión
Hasta que la señal de pulso llega a la entrada Start a la salida inversa del disparador RS (8), y por tanto a la entrada de control “Selección de modo” del sensor (2), se mantiene el nivel lógico “1”. Al mismo tiempo, se mantiene un nivel lógico alto en la entrada de control “Acumulación” del sensor (2), y en su entrada de control “Lectura” hay un nivel lógico “0”.
La cámara de televisión funciona en modo “TV” y en su salida se genera una señal de televisión completa según el estándar de televisión.
La salida inversa del disparador RS (7) admite “1” lógico, por lo que el modelador (5) está bloqueado en la entrada de control por un nivel lógico alto y no cuenta los pulsos de reloj provenientes del sensor (2).
Dejemos que en el momento t0 llega un pulso de disparo a la entrada “Start”, como se muestra en la Fig. . 2a. Luego, los flip-flops RS (7) y (8) pasan al estado “0” a través de la salida inversa.
Al mismo tiempo, el pulso de disparo reinicia el detector de picos (3) e inicia el dispositivo de un disparo (6).
Este último genera una señal de pulso en la salida (Fig. 2b), cuya duración es el intervalo de permiso para la operación de grabación preliminar — configuración en los contadores del conductor (5).
Durante el intervalo t0…. El detector de pico t1 (3) mide el valor actual de la señal de vídeo. El voltaje CC de la salida del detector de picos (3) se convierte además en un ADC (4) de forma analógica a digital y se suministra a las entradas de configuración de los contadores formadores (5). En el momento t1 (Fig. 2b), debe finalizar el registro e instalación de este número en los contadores del modelador (5).
A partir del momento t1 en la salida de el elemento “OR” (9), a, por lo tanto, en la entrada de control “Selección de modo” del sensor (2), se establece el nivel lógico “0”. Debido a esto, desde el momento t1 la cámara cambia al estado “. Modo MONOSHOT”.
Tenga en cuenta que desde el momento t0 hay un nivel lógico bajo en la entrada de control del controlador (5), es decir Se ha eliminado el bloqueo de esta entrada. Los contadores formadores (5) cuentan el incremento de datos y en su salida, a partir del momento t1, se establece un nivel lógico bajo (Fig. 2d).
Por lo tanto, el sensor (2) entra en un estado de acumulación a largo plazo de cargas de información. La duración de la acumulación en el sensor (2) se establece de forma óptima según el criterio de la relación señal/ruido máxima de la señal de vídeo de la imagen que se está tomando, que se consigue mediante una calibración preliminar de la cámara. Una vez completada la acumulación de cargas en el sensor (2), los contadores del controlador (5) se reinician y el disparador RS (7) se configura en la salida inversa al estado «1» (momento t2 en la Fig. 2d ).
Los contadores del conductor (5) se ponen a cero y el sensor (2) pasa al estado de «no acumulación», porque en su entrada de control “Acumulación”, a partir de este momento se forma un nivel lógico alto. El estado de «no acumulación» de la matriz CCD significa que se excluye la acumulación de fotoelectrones en los pozos potenciales del fotodetector, y todos caen en la región de drenaje y se recombinan.
Supongamos que en el momento posterior t3 (Fig. 2e) en la entrada de control de la cámara «Leer», el nivel lógico «0» se reemplaza por el nivel lógico «1».
Además, como en el trabajo [4], cuando el nivel alto en la señal «Establecer duración de lectura» coincide con el final del pulso de amortiguación del cuadro más cercano (momento t4 en la Fig. 2d), comienza la lectura del alivio de carga del cuadro de información. , que continúa durante el intervalo t4 … t5 .
Como resultado, se forma una señal eléctrica de un solo cuadro en la salida de la cámara de video (Fig. 2g).
Tenga en cuenta que la duración de esta señal, teniendo en cuenta el pulso de amortiguación vertical, es Tk=20 ms y corresponde al período de medios fotogramas según el estándar de televisión.
En el momento t6 (Fig. 2e), el pulso externo en la entrada de control “Finaliza la lectura. A través del inversor (10), la caída de voltaje resultante establece el disparador RS (8) en el estado «1» en la salida inversa.
Como resultado, se genera un alto nivel de voltaje lógico. se suministra a la entrada de control “Selección de modo” y la cámara, a partir del momento t6, se configura nuevamente en modo “TV”.
Para lograr la duración óptima de acumulación de cargas informativas en el sensor (2), la cámara debe calibrarse según el método descrito en [3], y la capacidad máxima de los contadores del moldeador (5) debe seleccionarse teniendo en cuenta en cuenta el aumento en la colección de portadores de carga oscura y la visibilidad permitida en la imagen de la heterogeneidad del fondo.
Conclusión
No hay duda de que se prefiere el control basado en vídeo a la hora de elegir el tiempo de exposición óptimo para cámaras que funcionan tanto en modo “TV” como en modo “MONOSHOT”. El autor espera que los métodos prácticos descritos en este artículo para resolver este problema en el modo “MONOSHOT” tengan demanda.
Referencias
- Solicitud francesa n.° 2589301 del 28 de octubre de 1985, MKI H04N3/15, 5/238. Dispositivo electrónico de obturación. Solicitante – empresa I2S (Francia).
- Certificado de copyright 1417210 URSS, MKI3 H04N 5/228. Un método para generar una señal para controlar la sensibilidad de una cámara de televisión en una matriz CCD/AN. Kulikov, L.I. Khromov//B.I. 1988.- No. 12.
- Patente 2146080 de la Federación Rusa. MKI7 HO4N 3/14, 5/335. Dispositivo para generación de señal de imagen única/V.M. Smelkov, V.N. Mikhailov, V.Ya. Maklashevsky//B.I. 2000, núm. 6.
- Smelkov V.M. Cámara de televisión de seguridad: una nueva solución mediante el método de escalado óptico-electrónico //Equipos especiales. 2002, nº 6, p.12 15.
- Módulo sensor de imagen FTM-12.- Especificación preliminar, abril de 1993.
- Patente 2199191 de la Federación Rusa. MKI7 HO4N 3/14, 5/335. Cámara de TV/V.M. Smelkov//B.I. – 2003.- nº 5.
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