Vigilancia televisiva a plena luz del sol.

Vigilancia televisiva a plena luz del sol..

Kulikov Alexander Nikolaevich

VIGILANCIA TELEVISIVA BAJO LA BRILLANTE LUZ DEL SOL

Fuente: revista «Equipo especial»

En lugar de introducción.

Durante diez años de trabajo en el campo del circuito cerrado de televisión, observo regularmente la misma imagen. En un sombrío otoño, un equipo de instaladores regresa del sitio.

Se instalaron cámaras de televisión, el sistema funciona y la comisión aceptó el trabajo. Recuerdo las críticas del jefe de seguridad, que estaba satisfecho con lo bien que «muestran» las cámaras de televisión por la noche y la claridad de la imagen durante el día.

Pero llega la primavera y el los teléfonos empiezan a sonar… Resulta que a la luz del sol, algunas cámaras «se vuelven blancas», otras funcionan con distorsiones, «pilares blancos», pérdida de imagen en una gran área del fotodetector, etc. Luego están las quejas, los viajes de negocios, la sustitución de cámaras y lentes, la pérdida de tiempo y de dinero.

En la construcción de sistemas de televisión se presta especial atención a la vigilancia nocturna. Eligen cámaras con fotodetectores sensibles, lentes asféricas de alta apertura y utilizan un sistema de iluminación artificial de objetos y territorios.

Al mismo tiempo, a menudo se olvidan de las peculiaridades de la observación durante el día, creyendo que si hay mucha luz, todo será visible. Sin embargo, precisamente a plena luz del sol surgen situaciones en las que la imagen formada por una cámara de seguridad puede perder no sólo grandes áreas, sino también toda la imagen. Este artículo analiza las características de la observación a la luz del sol.

 1. Contraste absoluto de la imagen.

La razón principal que conduce al deterioro de la calidad de la videovigilancia durante el día es el alto contraste absoluto de la imagen, es decir, la relación de la iluminancia de el más brillante y el más oscuro de los objetos observados.

Por la noche, el contraste absoluto puede ser inferior a 100 cuando los objetos están iluminados por luz difusa del cielo nocturno.

Fig 1. Ilustración del aumento del contraste de la imagen al aumentar la iluminación.

Durante el día, el contraste absoluto aumenta a decenas de miles, y cuando el Sol entra en el campo de vista de una cámara de televisión, hasta un millón de veces.

Este aumento en el contraste es causado por las condiciones de iluminación de una superficie compleja proveniente de una única fuente de luz: el Sol.

La iluminación de objetos en la sombra se puede reducir a 100 lux o menos, mientras que la iluminación de superficies luminosas bajo la luz solar directa es de más de 100.000 lux. La iluminación del resplandor de las superficies brillantes y del agua puede alcanzar hasta 10 6 lux, y la iluminación equivalente del disco solar, según algunas estimaciones, alcanza los 108 lux, es decir, 100 millones de lux.

Ninguna cámara de televisión es capaz de observar simultáneamente (en el mismo campo de visión) objetos que difieren en iluminación decenas o cientos de miles de veces. En tales situaciones, la pérdida de información de vídeo en algunas áreas de la imagen es inevitable. La tarea del diseñador es minimizar las pérdidas que se producen cuando el sistema de televisión funciona en condiciones de sobrecarga ligera.

2. Diferencias entre las observaciones naturales y las observadas por televisión.

El rango de iluminación percibido por el ojo se acerca a los mil millones. Sin embargo, durante el día no vemos estrellas en el cielo, aunque el contraste absoluto entre el cielo y las estrellas no supera las diez mil.

El hecho es que la sensibilidad al contraste del ojo humano es sólo 2% [1], por lo que el contraste absoluto perceptible no supera el 50.

Los ojos solo pueden examinar áreas individuales del rango de luz mil millones una por una, adaptándose a cada área de iluminación. Mientras observa el área, una persona se turna para mirar de un objeto a otro.

Si el objeto es brillante, entonces la persona entrecierra los ojos. Al mirar de cerca un objeto en la sombra, el observador protege sus ojos del sol cegador con la palma de su mano.

Observar una amplia gama de iluminación con el ojo humano sólo es posible moviendo la mirada de objetos oscuros a brillantes y viceversa.

Una cámara de televisión suele estar fija e inmóvil. Por lo tanto, los objetos con un alto contraste absoluto pueden entrar en su campo de visión simultáneamente. El operador de un sistema de televisión observa la imagen en un pequeño monitor de vídeo.

Como resultado, el «sistema de cámara de televisión — monitor — ojo no tiene las ventajas que surgen de la observación natural al mover la mirada y examinar alternativamente objetos brillantes y oscuros.

A continuación, discutiremos la posibilidad de observación televisiva de objetos con diferente iluminación simultáneamente, es decir, «en un campo televisivo».

En este caso, la pérdida de información de vídeo en las zonas claras y oscuras de la escena es inevitable. Se produce una reducción adicional del contraste observado debido a un brillo insuficiente de la pantalla del monitor y a la iluminación artificial en la habitación. La iluminación equivalente de la pantalla del monitor es inferior a 500 lux, lo que empeora la sensibilidad al contraste del ojo, que es máxima sólo en la región de varios miles de lux.

Al observar imágenes en color, y especialmente en una computadora En los monitores de vídeo (la iluminación de pantalla equivalente de estos últimos es inferior a 100 lux) la iluminación observada por el ojo disminuye aún más.

Por lo tanto, cuando se observan por televisión áreas y objetos iluminados por el Sol, es necesario utilizar monitores con brillo de pantalla máximo.

Un monitor de alto contraste con un tamaño de pantalla grande ampliará el rango de iluminación observada y reducirá la probabilidad de perder parte de la imagen en condiciones de iluminación difíciles.

3. Limitaciones del contraste de la imagen en un campo de una cámara de televisión.

La imagen luminosa es proyectada por la lente sobre los elementos fotosensibles de la matriz CCD. El rango dinámico de elementos determina el rango de iluminación operativa de una cámara de televisión en un campo. Los fotones de luz se convierten en fotoelectrones cuando ingresan a las células fotosensibles, por lo que al calcular las características de la señal y el ruido, es conveniente utilizar la unidad de medida de carga: el electrón.

3.1 Dependencia del contraste máximo del área del elemento fotosensible.

El contraste máximo está determinado por la relación entre los niveles de carga máximos y mínimos distinguibles en los elementos.

El nivel máximo de carga se denomina capacidad de control del CCD [2], que es proporcional al área geométrica y la profundidad del pozo de potencial del elemento. En las matrices CCD, los paquetes de carga, que se mueven hacia el dispositivo de salida, pasan a través de varias secciones de transferencia de carga. Los elementos de las secciones de acumulación y almacenamiento tienen los pozos de potencial más pequeños, lo que limita principalmente el nivel de carga.

En las matrices CCD modernas en formatos de 1/6 — 1/2 pulgada con un canal volumétrico de transferencia de carga, el La capacidad de control del elemento está en el rango de 12.000 a 300.000 electrones.

El número mínimo de electrones está determinado por el valor cuadrático medio del ruido de lectura de la matriz CCD y es de 20 a 40 electrones, dependiendo de la capacitancia de la puerta del primer transistor del dispositivo de salida. En consecuencia, el rango dinámico de las cámaras CCD modernas oscila entre 600 y 7500.

Para obtener los valores máximos de contraste deberás dividir estos valores entre 10, ya que sólo a partir de esta relación señal-ruido podrás distinguir los objetos de la imagen. Al sustituir el área de elementos fotosensibles a partir de los datos de referencia, se puede encontrar el contraste máximo para matrices CCD de diferentes formatos y resoluciones.

Tabla 1. Contraste máximo obtenido en matrices CCD estándar de SONY dependiendo del Área del elemento fotosensible*.

• Para matrices de la serie EXWAWEHAD, máximo contraste los valores deben multiplicarse por 1,3 veces.

De la Tabla 1 se desprende claramente que las cámaras de televisión con fotodetectores de formato de 1/2 pulgada proporcionan el rango máximo de iluminación operativa, es decir, proporcionan Pérdida mínima de información al observar imágenes de contraste en días soleados.

Sin embargo, el alto costo de las cámaras de televisión con matrices CCD de media pulgada no permite su uso en la mayoría de los sistemas de seguridad.

Con fondos limitados, lo óptimo es utilizar cámaras con una resolución estándar CCD de 1/3 de pulgada. matrices, la mejor de las cuales en términos de rango de iluminación de funcionamiento actualmente es ICX255AL de SONY.

3.2 Limitación del contraste en el modo de obturador electrónico. «Grasa» y difusión de la imagen de carga en la matriz CCD.

Cuando se utilizan lentes con apertura constante, el modo de obturador electrónico se utiliza para adaptar la cámara a los niveles de luz. En este modo, a medida que aumenta la iluminación, el tiempo de acumulación de carga en la matriz CCD y, por tanto, la sensibilidad, disminuye automáticamente.

Las cámaras modernas proporcionan un tiempo de exposición mínimo de 1/10.000 a 1/100.000 de segundo . Pero ni siquiera este último valor es suficiente para una observación fiable de los objetos iluminados por la luz solar.

Al instalar en la cámara una lente estándar de tamaño pequeño con rosca M12 y una apertura relativa de F 1,8, con una exposición de 1/100.000, la matriz CCD deja de ver cuando la iluminación del objeto supera los 30.000 lux, lo que no es suficiente para la observación a la luz del sol. Durante la observación se perderán imágenes de paredes blancas de edificios, nieve, nubes y, más aún, objetos que brillan bajo el sol. Parecería que es posible reducir el tiempo de acumulación a una millonésima de segundo o menos, lo cual no es difícil desde el punto de vista del diseño de un circuito.

Pero la reducción del tiempo de acumulación en matrices CCD estándar se evita mediante la «lubricación&#187. imágenes. Al parámetro «Untar» igual al 0,005% para las matrices CCD estándar normalmente se ignora como insignificante. Sin embargo, una cantidad tan pequeña de «lubricación» se obtiene sólo con un tiempo total de acumulación de 20 milisegundos.

Con una exposición de 1/100000 de segundo, la señal de «desenfoque» aumenta 2000 veces y llega a ser igual al 10%, lo que se manifiesta en forma de «rayas blancas&#187 claramente visibles. encima y debajo de los objetos brillantes de la imagen. Sin embargo, si la iluminación del objeto es más de 10 veces mayor que la iluminación máxima (el filamento de una lámpara incandescente, el Sol), entonces la cantidad de «desenfoque&#187 aumentará. excede el 100% y se produce el efecto de “carga esparcida sobre la superficie de la matriz CCD”. – Blooming.

En 1999, SONY dominó la producción de una nueva generación de matrices CCD bajo la marca EXWAVEHAD. En Rusia se conocen las cámaras de televisión WAT902H de WATEC y VNC-703 de EWS, en las que están instaladas matrices SONY de nueva generación.

En la publicidad de estas cámaras se prestó la máxima atención a la sensibilidad mejorada de las matrices CCD de la serie EXWAVEHAD. Pero no se observó otra ventaja de las nuevas matrices: un nivel de «lubricación» al observar objetos brillantes.

a) matriz CCD estándar ICX055BL	b) Matriz CCD EXWAVEHAD ICX255AL

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Fig. 2 Ilustración de «grasa» imágenes y el efecto de la dispersión de carga al observar un filamento incandescente en una cámara de televisión en matrices CCD de SONY.

Una cantidad significativamente menor de desenfoque de objetos brillantes mejora la calidad de la imagen en las cámaras basadas en las nuevas matrices SONY cuando se trabaja durante el día en condiciones de sobrecarga de luz.

Sin embargo, cabe señalar que la mayoría de las cámaras nuevas no se dan cuenta. todas las ventajas de las matrices de la serie EXWAVEHAD. Esto se explica por el hecho de que otros componentes de las cámaras de televisión (generadores de reloj, controladores, amplificadores) están diseñados para funcionar en modos estándar correspondientes a las matrices CCD convencionales.

Figura 3. Dependencia de la señal integral «lubricación» imágenes para cámaras de televisión en una matriz CCD estándar ICX055BL y EXWAVEHAD CCD tipo ICX255AL frente al tiempo de acumulación a una frecuencia de campo de 50 Hz.

Se puede ver en la Figura 3 que los CCD EXWAVEHAD pueden reducir el tiempo mínimo de exposición en el modo de obturador electrónico en un orden de magnitud en comparación con los CCD estándar, lo que ampliará el rango de iluminación operativa en una cámara con una lente de apertura constante hasta 100.000 lux. . Este valor es suficiente para una observación fiable de objetos expuestos a la luz solar.

3.3 La influencia del modo de matriz CCD en la resistencia a las sobrecargas de luz.

La calidad de la cámara de televisión bajo fuertes sobrecargas de luz (Sol o foco en el campo de visión) depende no sólo del tamaño de la célula fotosensible (formato y número de elementos de la matriz CCD) y del tipo de lente.

En gran medida, la capacidad de soportar sobrecargas está determinada por el método de configuración y los circuitos de la cámara de televisión.

Muchos fabricantes de cámaras de televisión, en busca de bajos costos, simplifican los circuitos eliminando elementos de sintonización. Como resultado, debido a la variación en los parámetros de las matrices CCD, las cámaras del mismo modelo difieren significativamente entre sí en cuanto a capacidad de sobrecarga.

Fig. 4 Ilustración de una disminución en la capacidad de sobrecarga de una cámara de televisión en una matriz CCD cuando los modos Xsub y RZ están configurados incorrectamente.

Además de la configuración óptima de los modos, el circuito de control de la matriz CCD tiene un impacto notable en la calidad de la observación con luz brillante. Durante una sobrecarga, la corriente en los circuitos de potencia secundarios aumenta varias veces, por lo que la precisión de mantener el modo depende de su potencia y estabilidad y, por lo tanto, del grado de manifestación del efecto de dispersión de carga.

Debería Cabe señalar que, por regla general, los modos que proporcionan las condiciones óptimas para el seguimiento durante la noche y durante el día son diferentes. Como resultado, los desarrolladores de cámaras eligen un modo de compromiso, lo que provoca una pérdida adicional de imagen cuando se sobrecarga.

Por ejemplo, para mejorar la precisión del «nivel de negro» en condiciones de poca luz, en cámaras basadas en matrices SONY, Samsung, SHARP, la fijación del nivel se realiza tanto en los elementos inactivos delanteros como traseros del CCD.

En caso de sobrecargas leves, la carga en expansión ingresa al «elementos inactivos traseros& #187;, lo que provoca una distorsión del circuito de fijación, hasta la pérdida total de la imagen, en los casos en que la imagen de un objeto brillante se proyecta en el borde derecho de la matriz CCD.

Para ampliar el rango de iluminación operativa de las cámaras de televisión, es necesario cambiar el modo de funcionamiento de las matrices CCD de día y de noche.

El máximo beneficio al cambiar los modos de matriz CCD en condiciones diurnas y nocturnas se logra en cámaras basadas en matrices CCD de la serie EXWAVEHAD.

Por ejemplo, en la cámara de televisión VBP-551 fabricada por la empresa rusa EMU, el uso de lentes con apertura constante garantiza la observación de objetos con una iluminación de 100.000 lux y estabilidad bajo sobrecargas de luz.

Estas características están garantizadas por un tiempo de exposición mínimo en el modo de obturador electrónico de 1/1.000.000 de segundo y un cambio adaptativo de Modos CCD día-noche.

a)	b)

Fig.5 Reducción del área de carga dispersa en la cámara VBP-551 con modo CCD adaptativo – a), en comparación con la cámara estándar WAT-902H – b). Las cámaras tenían la misma lente con una apertura constante de F(1,8). La iluminación equivalente de un filamento de lámpara incandescente de 75 W es de unos 106 lux.

3.4 Limitar el contraste en las lentes. Dispersión de la luz en las lentes, deslumbramiento y distorsión.

El elemento más importante de una cámara de televisión, que determina la calidad de la imagen a plena luz del sol, es la lente. Las diferencias en la calidad de las lentes, incluso dentro de la misma clase, son muy grandes.

Cabe señalar que para un trabajo diurno eficaz en condiciones de sobrecarga ligera, algunos parámetros que no están regulados en las hojas de datos para la mayoría de lentes del mercado cobran importancia.

La apertura relativa mínima de la lente suele estar indicada en los datos del pasaporte y está dentro del rango Fmin.= (32…..360).

El rango de control de iluminación utilizando la apertura es igual al cuadrado de la relación entre las aperturas relativas mínima y máxima. Para lentes estándar con apertura completamente abierta, normalmente Fmax = 1,2.

Considerando que la iluminación máxima de trabajo, recalculada por objeto con un tiempo de acumulación de 20 ms (el modo de obturador electrónico está apagado), es de aproximadamente 20 lux , puede determinar la iluminación máxima permitida proporcionada por esta lente.

Tabla 2. Rango de control de iluminación e iluminación máxima observada en el objeto dependiendo de la apertura relativa mínima de la lente.

La tabla muestra que los objetivos ARD simples con aperturas relativas mínimas F(32) y F(64) no son adecuados para su uso a plena luz del sol.

Cabe señalar que para un funcionamiento fiable de la cámara en condiciones de sobrecarga de luz , es necesario no sólo un amplio rango de control de la luz en la lente, sino también un control lineal, especialmente en la sección final, cuando la apertura de la lente está casi cerrada.

Con una linealidad insuficiente, se produce la autoexcitación. (la imagen parpadea) en el sistema de lente de la cámara es posible en niveles máximos de iluminación

Desafortunadamente, las características de ajuste, por regla general, no se indican en los datos del pasaporte de las lentes. Los mejores en términos de linealidad son los lentes de amplio rango con filtros de película en miniatura instalados en áreas de la apertura de la lente.

Destellos y distorsión causados ​​por la apertura de la lente.

Si el diseño de la lente no tiene éxito, debido a la reflexión de la luz desde sus superficies internas y, principalmente, desde el diafragma, se forma deslumbramiento.

Como regla general, los lentes con un rango de control de apertura mínimo tienen el nivel máximo de destello.

Fig. 6 Observación de una fuente de luz brillante a través de una lente con fuerte deslumbramiento.

En ciertos ángulos entre el eje de la lente y el eje dirigido a un objeto brillante, el nivel de deslumbramiento puede volverse inaceptable y conduce a una pérdida parcial de la imagen cuando una fuente brillante ingresa al campo de visión de la cámara de televisión.

Desafortunadamente, no hay parámetros relacionados con el destello de la lente que no figuran en los datos del pasaporte, por lo tanto, debe realizar una selección estadística independiente de lentes con deslumbramiento mínimo.

Dispersión y reflejo de la luz en lentes y dentro de la lente.

Una limitación adicional a la capacidad de observar el máximo contraste en un campo la impone la dispersión de la luz en las lentes y el reflejo de la luz en las paredes y otros elementos internos de la lente.

La situación también empeora por el hecho de que las matrices CCD modernas son sensibles en el rango del infrarrojo cercano. Por lo tanto, las superficies internas de la lente, que a primera vista son negras y mate, pueden resultar «blancas&#187. en la región infrarroja del espectro y mejora el efecto nocivo.

La dispersión de la luz en las lentes y el reflejo de la luz dentro de las lentes aparecen como una iluminación adicional y uniforme, lo que reduce el contraste de la imagen. A primera vista, esto puede parecer útil como forma natural de reducir el contraste.

De hecho, la dispersión de la luz conlleva dos aspectos negativos:

• El ruido en las áreas oscuras de la imagen aumenta, ya que el ruido de fotones mucho mayor de la iluminación parásita se suma al ruido de lectura del dispositivo de salida, y los detalles oscuros de la imagen se pierden irremediablemente.
• Hay una notable «expansión» límites de objetos brillantes, mientras que los límites ampliados enmascaran y no permiten la observación de objetos oscuros cercanos.

Fig. 7. Ilustración de la expansión de los límites de un objeto brillante en lentes con una dispersión de luz significativa.

Desafortunadamente, las características de dispersión de la luz tampoco se indican en los datos del pasaporte de las lentes, por lo que también es necesario que usted mismo lleve registros estadísticos de este parámetro. Cabe señalar que la dispersión de la luz en lentes con lentes de plástico es notablemente mayor que en las de vidrio. Por lo tanto, para cámaras que funcionan a plena luz del sol, se recomienda utilizar lentes únicamente con lentes de vidrio.

También se produce una menor dispersión de la luz en lentes recubiertas con películas de interferencia especiales que atenúan la componente infrarroja del espectro. Sin embargo, el uso de tales lentes no siempre está permitido, ya que con ellos la sensibilidad de las cámaras en blanco y negro por la noche se deteriora entre 2 y 3 veces.

4. Modos para ampliar el contraste máximo observado.

4.1 Corrección gamma.

La corrección gamma es un elemento obligatorio de cualquier cámara de televisión. Al utilizar este tipo de procesamiento de señales no lineal, la ley logarítmica de percepción de la iluminación por el ojo humano se armoniza con la dependencia lineal de las características de la señal luminosa de la cámara de televisión y el monitor de vídeo.

En pocas palabras, la corrección gamma consiste en una amplificación adicional de niveles de señal débiles. Las cámaras de televisión utilizan diferentes grados de corrección gamma, desde 0,7 hasta 0,45.

Fig.8 Características de amplitud de la unidad de corrección gamma en el chip CXA1310AQ (SONY), que se utiliza en muchas cámaras de televisión modernas en blanco y negro [3].

Cuando opere la cámara a la luz del sol, es recomendable establecer el valor de corrección gamma más bajo posible: 0,45, lo que ampliará un poco el rango de iluminación observada desde arriba.

El modo de corrección gamma crea un ambiente cómodo y &#171 ;correcto&# 187; relación visual de iluminación y aumenta el nivel inferior de iluminación observada.

Pero esta ventaja se logra a costa de las siguientes desventajas:

• El ruido en las áreas oscuras de la imagen aumenta varias veces.
• La visibilidad de los objetos en las regiones media y superior del rango de iluminación se deteriora.

Por lo tanto, con gamma corrección activada, a pesar de la expansión del rango de iluminación observado visualmente, la probabilidad de pasar por alto un objeto de bajo contraste con iluminación promedio que aparece en el campo de visión se vuelve mayor.

4.2 Modo de observación a contraluz & #171;Compensación de luz de fondo».

El modo «BLC&#187 apareció hace varios años y se publicitó activamente. diseñado para observar objetos en condiciones difíciles, a contraluz. En los circuitos, generalmente se realiza cambiando los umbrales del obturador electrónico (o el nivel de referencia en la lente ARD) y el sistema AGC para que sean entre un 10 y un 20% más altos de lo habitual. Como resultado, los objetos más brillantes (por ejemplo, una ventana brillante) se «recortan en blanco», mientras que los objetos de nivel medio (la cara de una persona parada frente a la ventana) se realzan y se vuelven claramente visibles.

Por lo tanto, el «modo de compensación de luz de fondo» no amplía el rango dinámico, sino que lo desplaza para observar mejor los objetos más oscuros, a costa de perder objetos brillantes. Hay modificaciones del modo en forma de conmutación adicional de “ventanas” en las que se activan circuitos de control automático (cámaras de Watec, Sony, Panasonic, etc.).

Existe una opción para implementar el modo BLC con la conversión de los niveles superiores de la señal en una «imagen negativa&#187. (cámaras JAI).

Modo «BLC» útil en varios casos de vigilancia televisiva, pero lamentablemente no se puede utilizar automáticamente, ya que la cámara «no sabe» cuándo el operador está interesado en un objeto frente a una superficie muy iluminada y cuándo aparece la imagen de esta superficie. en sí es importante.

Actualmente han aparecido cámaras de televisión controladas remotamente en las que se muestra el «BLC» el operador puede encenderlo o apagarlo rápidamente.

4.3 Procesamiento de señales digitales y cámaras «Superdinámicas».

Sin duda, el futuro está en el procesamiento de señales digitales en las cámaras de televisión. Pero existen serios obstáculos que impiden que las modernas cámaras en blanco y negro con procesamiento de señales digitales se conviertan en líderes indiscutibles del mercado de la televisión. En primer lugar, se trata de una limitación de coste, tamaño y consumo de energía.

Si instala un procesador de nivel Pentium IV, ADC y DAC de 16 bits, gran RAM, etc. en una cámara, será inaccesible para el 99% de las aplicaciones. Por lo tanto, en las cámaras se instalan procesadores DSP y ADC especializados simplificados con una pequeña profundidad de bits, generalmente 8, a veces 10. El resultado es una baja eficiencia del procesamiento de señales digitales y la ausencia de ventajas notables de las cámaras digitales sobre las analógicas, con excepción. de los de servicio.

Hace tres años me sorprendió la baja calidad de imagen de la cámara WV-BP-510 con procesador digital, detector de movimiento y modo Sensitivity Enhancer. En términos de calidad de imagen durante el día, era significativamente inferior al modelo analógico anterior WV-BP310 de la misma empresa Panasonic.

La razón es el pequeño número de niveles de cuantificación en el ADC y DAC de esta cámara, que se observó visualmente en forma de una imagen cuantificada aproximada con una característica «cuadrada-hembra» ruido. Otro ejemplo de la insuficiente eficiencia del procesamiento de señales digitales es el famoso conjunto «superdinámico»: matriz CCD y procesador DSP de la misma empresa, utilizado en la cámara WV-BP-554.

Gran idea para la obtención en un campo de dos señales, cuyo rango dinámico total es 40 veces mayor que el estándar, se muestra efectivamente en los folletos publicitarios, y esto gustó incluso a los no especialistas.

a)

b)

c)

Arroz. 9 Ilustración del método de expansión del rango dinámico para cámaras de la serie «Super dinámica» –a), topología estándar y «súper dinámica» Matrices CCD — b) y el mecanismo de conversión de señal en el procesador DSP — c) del folleto publicitario de Panasonic.

Solo después surgieron preguntas: ¿cómo sucede esto, en 10? ¿ADC y DAC de bits? ¿La dispersión de la luz en las lentes, etc. interfiere con el procesamiento? Además, el rango dinámico de cada elemento de la matriz es «súper dinámico» debe ser al menos 2 veces más pequeño que el estándar y corresponder a matrices de formato 1/5 de pulgada.

Esto último se debe al hecho de que las señales de dos campos se almacenan simultáneamente en una matriz CCD de formato de 1/3 de pulgada (Fig. 9 b).

Después de probar la famosa cámara, resultó que Sólo mediante un ajuste a largo plazo es posible obtener el mismo rango dinámico que las cámaras convencionales de un tercio de pulgada. Las cámaras con sensores de 1/2 pulgada eran claramente superiores a las cámaras «súper dinámicas&#187. en todos los aspectos, a pesar de la interesante idea y todas las complejidades de los métodos de procesamiento digital.

Es una pena, pero realmente quería un milagro… Recuerdo el viejo chiste que encantaba a los maestros de la televisión por tubo de los años 60: “Lo bueno de la corrección gamma es que se puede desactivar”. Desafortunadamente, este dicho también es cierto para los modos BLC y Super Dynamic.

5. Formas adicionales de protección contra la sobrecarga de luz.

5.1 Consejos para instalar la cámara y elegir un ángulo de campo de visión. Viseras protectoras, parasoles y filtros.

Es importante no sólo elegir la cámara y el objetivo de televisión adecuados, sino también instalarlos de la mejor manera.

Estas son las reglas prácticas que proporcionan una mejor protección contra la sobrecarga de luz:

• El ángulo del campo de visión de la lente debe elegirse lo más mínimo posible.
• Se debe instalar una visera protectora de luz con un tono oscuro en la superficie interior mate de la cámara. Su longitud debe ser máxima, de forma que su borde superior quede ligeramente visible en la imagen.
• La cámara debe instalarse lo más alto posible, de modo que mire de arriba hacia abajo, y el área de ​​el cielo en el campo de visión de la cámara es mínimo.
• Para ángulos de campo de visión muy estrechos (menos de 10 grados angulares), se debe colocar directamente sobre la lente un parasol protector de la luz con una superficie interior oscura mate. El parasol reduce significativamente la dispersión de la luz en lentes de ángulo estrecho.
• Si hay cielo en el campo de visión de la cámara y en algunos momentos puede aparecer el Sol, es recomendable colocar un filtro de densidad neutra con una atenuación de 5 a 10 veces en el borde superior de la visera protectora para que en la imagen cubre el cielo, o al menos la zona de posible paso del Sol.
• En cámaras basadas en chipsets de SONY, Samsung, Sharp, el borde derecho de la imagen (la ubicación del elementos CCD ciegos traseros) deben cubrirse con un material opaco.
• Antes de instalarla en un objeto, se debe comprobar la estabilidad de la cámara con la lente instalada al observar el Sol directo, nubes brillantes y el filamento de una lámpara incandescente observado «a quemarropa». En caso de autoexcitación del sistema lente-cámara, conviene aumentar el umbral de apertura de la lente, lo que asegurará la estabilidad de su funcionamiento a costa de cierto deterioro en la calidad de la imagen.

5.2 Control remoto de cámaras de televisión.

Los ajustes automáticos y los modos de adaptación integrados en las cámaras de televisión no siempre funcionan de manera óptima cuando se observa en condiciones de sobrecarga de luz.

Por lo tanto, las cámaras de televisión con parámetros controlados remotamente ahora han comenzado a aparecer.

Las cámaras más habituales se controlan mediante el protocolo RS-485, muy utilizado en aplicaciones informáticas.

Las ventajas de esta opción de control remoto son:

• Distancia de control de largo alcance superior a 1 km
• Bajo costo del cable de control, posibilidad de utilizar par trenzado.
• Posibilidad de conectar varias docenas de cámaras a un cable sin cables adicionales expansores.
• La capacidad de controlar un sistema de cámaras de televisión, tanto desde un panel de control especial como desde una computadora.
• Un estándar de protocolo de control unificado que garantiza la instalación de cámaras de diferentes fabricantes en un solo sistema.

En las cámaras modernas controladas mediante el protocolo RS-485, tienen la capacidad de ajustar una gran cantidad de parámetros, así como modos de telemetría que le permiten diagnosticar de forma remota la cámara, determinar la temperatura ambiente y el voltaje de la fuente de alimentación. en la entrada de la cámara, etc.

Al observar a la luz del sol, el mayor efecto lo obtendrán los ajustes remotos de la apertura de la lente y el tiempo de exposición, el ajuste de ganancia, el cambio de los modos de corrección gamma y los modos de observación a contraluz.

En los sistemas de televisión computarizados, aparece una nueva posibilidad para el control por software de los parámetros de la cámara según la hora del día y el año. No sólo mejorará la calidad de la observación, sino que también reducirá los posibles errores del operador en las condiciones de observación más difíciles.

Otra característica útil podría ser el autoajuste y el autodiagnóstico del software de un sistema de televisión con cámaras de televisión controladas, que se pueden realizar periódicamente según un algoritmo determinado sin el trabajo rutinario previamente requerido de instaladores y operadores.

Tabla 3. Cámaras de televisión CCD con control remoto de parámetros a través de la interfaz RS-485.

Conclusiones.

Para garantizar una vigilancia televisiva fiable en condiciones de insolación y sobrecarga lumínica, se debe:

1. Utilice lentes con apertura automática, eligiendo modelos con un valor mínimo de apertura relativa no inferior a F(360), con baja dispersión de la luz y deslumbramiento.
2. Utilice cámaras con matrices CCD de al menos 1/2 &#8212 ; 1/3 de pulgada de la serie EXWAVEHAD de SONY, que tienen la menor «lubricación» imágenes de objetos brillantes. Tenga en cuenta que las matrices de resolución estándar son una vez y media superiores a las matrices de alta resolución en términos de contraste máximo observado.
3. Si es necesario instalar lentes con apertura constante, se deben elegir cámaras con obturador electrónico que implementen una exposición mínima de 1/1000000 de segundo y tengan un sistema para cambiar automáticamente los modos CCD noche-día. Estas cámaras garantizarán una pérdida mínima de información al observar en condiciones de sobrecarga de luz.
4. Utilice viseras o capuchas protectoras de la luz de la máxima longitud posible con un revestimiento interno oscuro mate.
5. Instale cámaras en el suelo lo más alto posible para que el área del cielo en el campo de visión de la cámara sea mínima.
6. En las condiciones de vigilancia más difíciles, es aconsejable utilizar cámaras de televisión con control remoto. parámetros ajustables, que permitirán a los operadores ajustar rápida y óptimamente los modos de la cámara a las condiciones cambiantes de observación.
7. Para ampliar el rango de iluminación visualmente observable, debe elegir monitores de video grandes en blanco y negro con brillo de pantalla máximo .

REFERENCIAS.

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