Método para minimizar la distorsión de un televisor cámara durante el funcionamiento en condiciones de sobrecarga de luz.
Smelkov Vyacheslav Mikhailovich,
Candidato de Ciencias Técnicas
MÉTODO PARA MINIMIZAR LA DISTORSIÓN DE UNA CÁMARA DE TV CUANDO FUNCIONA EN CONDICIONES DE SOBRECARGA DE LUZ
Fuente: revista «Equipo especial» ;
En el primer número de la revista de 2001 se publicó un artículo de A.N. Kulikov «Vigilancia televisiva a plena luz del sol», donde se consideraron los problemas de operar una cámara de televisión en una matriz CCD con iluminación excesiva en el sitio y se dieron recomendaciones prácticas para reducir la distorsión de la señal de video asociada con estas condiciones.
Autor Este artículo propone complementar el “arsenal” de métodos conocidos para combatir la sobrecarga ligera (o proteger contra ella) con otra solución técnica eficaz.
En el trabajo mencionado, la marca superior del rango La iluminación operativa de una cámara de televisión de seguridad se estima en 100.000 lux, lo que se considera una característica confiable de las condiciones de observación a plena luz del sol.
Sin embargo, hay que reconocer que este resultado se obtuvo al utilizar en la cámara una matriz CCD japonesa moderna de Sony, fabricada con tecnología EXWAVEHAD, en el modo de obturador electrónico del fotodetector, cuando el tiempo de exposición (tiempo de acumulación) es 1/1000. ,000 s.
Al mismo tiempo, la señal integral del «desenfoque» de la imagen de televisión es del 10%, lo que corresponde a la transición «límite» de calidad aceptable a baja. para la percepción visual de la imagen.
Se puede lograr una reducción significativa en la señal «borrosa» con una iluminación de 100.000 lux en una cámara de televisión utilizando dos matrices CCD.
El diagrama estructural de la cámara se muestra en la Fig. 1.
Fig. 1. Diagrama de bloques de una cámara de televisión
La cámara de televisión contiene una lente (1), un primer sensor de señal de televisión (2), una fuente de alimentación (3), un divisor de haz (4), un segundo sensor de señal de televisión (5), un selector de pulso de sincronización (6), un generador de línea de prueba (7), un detector de picos (8), un comparador (9) y una unidad de conmutación (10).
Divisor de haz (4) con disposición mutuamente perpendicular de fotoobjetivos El conjunto de sensores (2) y (5) contiene ubicados secuencialmente y conectados ópticamente un espejo translúcido y un filtro de luz neutra, y con una disposición mutuamente paralela de objetivos fotográficos: un espejo translúcido, un filtro de luz neutra y un espejo reflectante (no mostrado en la figura). figura).
Una característica del sensor (2) es la aplicación de una máscara opaca en la línea superior o inferior del objetivo fotográfico de la matriz CCD para aislar la señal «pura» «borrosa»: interferencia del «borroso» de la imagen.
En casos extremos, si durante el funcionamiento de la cámara es posible evitar una fuerte iluminación local de la parte superior o inferior de la proyección de la imagen óptica sobre el objetivo fotográfico del sensor (2), entonces puedes negarte a aplicar una mascarilla opaca adecuada.
Resaltemos dos secciones en el rango de iluminación operativa de la cámara:
- sección 1 — corresponde a la iluminación baja y media del objeto;
- sección 2 — corresponde a iluminación del objeto desde arriba de media a alta.
Independientemente de la iluminación del objeto, la imagen óptica de entrada a través de la lente (1) y el divisor de haz (4 ) se proyecta simultáneamente sobre los objetivos fotográficos de los sensores (2) y (5).
Independientemente de la iluminación de entrada, el selector (6) selecciona pulsos de sincronización horizontal y vertical, el modelador (7) genera señales de control «estroboscópicas» y «reinicio» en la salida para el detector de picos (8) y el detector mismo (8 ) en el intervalo del primer o último semicuadro de línea activa registra el nivel actual de “desenfoque” del fotodetector del sensor de señal de televisión (2).
Supongamos que la iluminación del objeto está dentro del área 1. Entonces el voltaje en la salida del detector de pico (8) es necesariamente menor que el voltaje umbral Up del comparador (9), y la salida de este último está configurada al nivel lógico “0”.
El nivel cero de la señal de control en la unidad de conmutación (10) garantiza que la señal de vídeo completa del sensor (2) se transmita al salida de “vídeo” de la cámara de televisión y se corta la tensión de alimentación del sensor (5).
Deje que la iluminación del objeto aumente y pase a la sección 2. En este caso, el voltaje de salida del detector de pico (8) excederá el voltaje umbral Up del comparador (9), y la salida de este último se establecerá en un nivel lógico de “1”. Un solo nivel de la señal de control en la unidad de conmutación (10) dará como resultado el suministro de voltaje al sensor (5) y la transmisión de su señal de video completa a la salida de “video” de la cámara de televisión.
El filtro de luz neutra del divisor de haz (4) debilita la iluminación, de modo que el sensor (5) no experimenta una sobrecarga de luz en el objetivo fotográfico. Por lo tanto, en la cámara propuesta para la parte superior del rango, la relación señal/interferencia debido al «desenfoque» de la imagen se mantiene en un nivel no superior al permitido y para los valores máximos límite de iluminación del objeto.
Si la iluminación del objeto disminuye y pasa a la sección 1, entonces se producirá nuevamente una conmutación automática de alta velocidad en la cámara a través del video de los sensores (2) y (5), y la tensión de alimentación. se suministrará únicamente al sensor (2).
Gracias a esto último, el consumo de energía económico de la cámara se mantiene en el área 1 y el consumo de energía adicional se produce solo en el área 2.
Cabe señalar que la solución propuesta no conduce a una pérdida de sensibilidad de la cámara en el área 1, pero como sensor (2), se recomienda utilizar un módulo de cámara que utilice una matriz CCD EXWAVEHAD de Sony con una sensibilidad mejorada de 3 a 4 veces.
Por otro lado, se puede utilizar como sensor un módulo de cámara más económico (5), que utiliza una matriz CCD con sensibilidad normal (CCD estándar).
Realizaremos un cálculo de ingeniería del resultado técnico de la solución propuesta.
Deje que el valor permisible de la señal integral de «desenfoque» de la imagen sea 1%, es decir la relación señal-ruido de la imagen «borrosa» en la señal de salida de la cámara es de 40 dB.
Utilicemos el gráfico de la dependencia de la señal «desenfoque» del tiempo de acumulación para cámaras de televisión en una matriz CCD en modo de obturador electrónico (ver Fig. 3 del artículo de A. N. Kulikov).
Entonces para 1 % “lubricación” tenemos el tiempo de acumulación del sensor (2) – 2 10-5 s (ver la dependencia “EXWAVEHAD CCD”), y el tiempo de acumulación del sensor (5) – 2 10 -4 s (ver dependencia “CCD estándar”).
Teniendo en cuenta la linealidad del intercambio del aumento de iluminación en el objetivo del fotodetector CCD por una disminución de su tiempo de exposición, obtenemos para el intervalo de acumulación Tn = 2· 10-4 del sensor (5) el valor correspondiente de iluminación en la entrada E = 500 lux.
Entonces la atenuación D de la iluminación de entrada realizada por el espejo translúcido y el filtro de luz neutra del divisor de haz (4) será 200 veces.
Si la atenuación D1 del espejo translúcido es 2 veces (transmitancia 0,5), entonces la atenuación requerida D2 del filtro de densidad neutra es 100 veces.
En conclusión, cabe señalar que la solución técnica propuesta para minimizar las distorsiones de una cámara de televisión cuando se trabaja en condiciones de sobrecarga ligera es más rentable económicamente que la solución clásica: usar una lente en la cámara con apertura automática (AD).
Los cálculos muestran que el costo de una cámara con lente ARD cuesta tres veces más que una cámara con apertura constante.
Por otro lado, la desventaja de las cámaras con lentes ARD es su baja resistencia mecánica y, por tanto, la inadmisibilidad de su uso en condiciones de fuertes vibraciones.
Esta desventaja se evita en la solución propuesta.