Двухматрічная телевізійна камера для спостереження в умовах складного освітлення: нове рішення

У першому номері журналу «Спеціальна техніка» за 2006 р. була опублікована стаття «Можливості побудови охоронної телевізійної камери для спостереження в умовах складного освітлення». У ній стосовно до експлуатаційним особливостям, пов’язаним з роботою камери при наявності «заднього світла» або в ситуації «проти світла», був запропонований метод боротьби з супутніми спотвореннями відеосигналу, спрямований на розширення динамічного діапазону. Реалізація цього методу передбачала виконання телекамери на базі двох синхронно і синфазно працюють матриць приладів із зарядовим зв’язком (ПЗЗ). Апріорі вважалося можливим здійснити попередньо просторову орієнтацію телекамери так, щоб сильно освітлені об’ективоспрінімалісь в центральній частині її кута поля зору.

Згідно згаданого методу для кожного з двох датчиків формування відеосигналу виконувалося з використанням автоматичного регулювання чутливості (АРЧ) по зарядового рельєфу окремо взятій області фотомішені, причому перший датчик реалізував цю функцію по центральній області фотомішені, а другий – по всій області фотомішені за винятком центральної. В результаті первинне формування складових комбінованого зображення вироблялося повністю в автоматичному режимі при різних величинах регульованих параметрів (часу експозиції і коефіцієнта посилення відеотракту) для кожного з переданих фрагментів сцени.

Однак якщо за умовами спостереження освітленість контрольованого центрального фрагмента граничних розмірів стає надмірно високою, то це може призвести до виходу становить зарядового сигналу білої плями за межі центральної області фотометрірованія і виникненню «крайових підтікань» в зображенні другого датчика. Припустимо, що при цьому освітленість всієї решти периферійної області спостереження, навпаки, вкрай низька. Тоді ці фактори в сукупності можуть викликати суттєві спотворення відповідної частини комбінованого зображення за рахунок неоптимальних параметрів автоматичного регулювання, що виставляються в другому датчику.

Нижче викладено технічне рішення виникаючої завдання в напівавтоматичному режимі роботи пристрою. Структурна схема телекамери зображена на рис. 1. Вона містить послідовно розташовані і оптично пов’язані об’єктив 1 і светоделітель 2, перший датчик телевізійного сигналу 3, другий датчик телевізійного сигналу 4, селектор синхроімпульсів 5, формувач сигналу «віконце» 6, комутатор-змішувач 7, піковий детектор 8, компаратор 9, комутатор 11 і RS-тригер 12.

У пропонованому рішенні датчики телевізійного сигналу 3 і 4, як і раніше, синхронізовані в режимі Genlock з прив’язкою частоти і фази по сигналу синхронізації приймача (ССП) від датчика 4.


В якості датчика 4 може бути використана пропонована російською фірмою ЕВС безкорпусна камера VSI-746, а в якості датчика 3
— Безкорпусна камера VNI-702 [1], та і інша виконані на основі матриці ПЗС з числом елементів 582х752 і розміром мішені по діагоналі 1/2 дюйми. Можливий і обмін інформацією між датчиками, але тоді імпульси ССП мають подаватися від датчика 3 на вхід «синхро» датчика 4. Відзначимо, що фотометрирование АРЧ в цих датчиках виконується по всій площі фотомішені.

Особливістю цього рішення є наявність у датчика 4 першого і другого керуючих входів.

Для приладу VSI-746 першим керуючим входом є виведення 20 мікросхеми CXD2463R синхрогенератора. Якщо необхідно включити АРЧ по часу накопичення (АРВН), потрібно подати на цей висновок логічний «0», для перемикання в режим ручного управління – логічну «1» в рівнях ТТЛ.

Другий керуючий вхід приладу VSI-746 утворюють висновки 11, 12, 13 цієї ж мікросхеми CXD2463R. Для роботи в режимі АРВН ці висновки «висять у повітрі», оскільки на них за допомогою високоомних резистивних дільників подані відповідні потенціали в діапазоні 1,3 – 3,5 В. Для ручного режиму управління часом нагромадження фотоприймача можливо переключення восьми значень фіксованих експозицій в діапазоні від 10 мкс до 8,33 мс. Необхідні кодові комбінації з нулів та одиниць, які повинні бути подані на відповідні висновки, наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Номер виведення

Час експозиції (накопичення) фотоприймача, мкс

10,0

100,0

200,0

500,0

1000,0

2000,0

4000,0

8330,0

Кодова комбінація

11

0

1

0

1

0

1

0

1

13

0

0

1

1

0

0

1

1

12

0

0

0

0

1

1

1

1

Зазначені кодові комбінації можуть бути виконані за допомогою трехразрядного лічильника 10. Електрична схема цього лічильника представлена на рис. 2. Вихід «A» лічильника підключений до висновку 11 мікросхеми CXD2463R, а висновки «B» і «C» – відповідно до висновку 13 і 12 цієї мікросхеми.


Лічильник 10 є лічильником не циклічного типу, а самоостанавлівающімся. Схема лічильника виконана на основі технічного рішення, запропонованого в роботі [2, с. 172 — 173]. Лічильник містить перший (Т1), другий (Т2) і третій (Т3) тригери JK-типу, елемент «І», елемент «АБО-НЕ» і елемент «НІ».

Лічильник 10 починає рахунок з двійкового числа «000», яке гарантується короткочасної подачею на входи очищення тригерів сигналу логічного «0». Потім слід число «100», потім «010» і т.д., як наведено в табл. 1.

Якщо в процесі рахунку на першому вході елемента «АБО-НЕ» з’явиться зовнішній сигнал логічної «1», то на J-і K-входах першого тригера буде сформований сигнал логічного «0», що призведе до блокування і зупинці лічильника.

Якщо ж в процесі рахунку на першому вході елемента «АБО-НЕ» утримується сигнал логічного «0», то при досягненні числа «111» на виході елемента «І» встановиться сигнал логічної «1». Цей сигнал, що подається на другий вхід елемента «АБО-НЕ», встановить на його виході сигнал логічного «0». В результаті буде також забезпечена зупинка лічильника.

Формувач 6 призначений для отримання на виході сигналу «віконце» з форматом (AxB),

де A — Розмір – «вікна» в растрі по горизонталі;
B – Розмір «вікна» в растрі по вертикалі.

У межах растра «вікно» займає центральний фрагмент, а його розміри пов’язані з розмірами растра наступними співвідношеннями:

A = X / (2 … 3),
B = Y / (2 … 3),

де X і Y – Розміри растра по горизонталі і вертикалі відповідно.

Формування сигналу «віконце» доцільно виконати цифровим методом, наприклад на базі широко вживаного в Росії процесора PIC16C73 -201/SP.

Піковий детектор 8 призначений для запам’ятовування напруги, пропорційного максимальному рівню відеосигналу, який формується другий датчик 4, в кадровій сфері, розташованої поза «вікна». Особливістю пікового детектора 8 є запам’ятовування тільки за умови, коли на його стробірующій вході присутній високий логічний рівень. Перед початком чергового циклу роботи виконується обнулення детектора за допомогою позитивного імпульсу, що подається на вхід «скидання».

Компаратор 9 призначений для порівняння за рівнем інформаційного сигналу з виходу пікового детектора 8 і порогового напруги Uп із стрибкоподібним зміною вихідної напруги в разі, коли інформаційний сигнал більше Uп.

Комутатор 11 забезпечує при подачі на його керуючий вхід логічної «1» підключення сигналів двійкового числа з виходу розрядів лічильника 10 на другий керуючий вхід першого датчика 3. Коли на керуючому вході комутатора 11 присутній логічний «0», другий керуючий вхід датчика 3 виявляється ізольованим від лічильника 10.

Блок 12 є логічним тригерним пристроєм RS-типу з високим активним рівнем на входах управління.

Телекамера (рис. 1) Працює таким чином.

Нехай в полі зору камери одночасно знаходяться сильно і слабоосвітлені об’єкти і / або об’єкти з різким відмінністю по яскравості. Попередньо камера орієнтується так, щоб сильно освітлені або яскраві об’єкти сприймалися в центральній частині її кута зору.

Як і в попередньому рішенні, вхідна оптичне зображення проходить по оптичному шляху: об’єктив 1, вхід светоделітеля 2, перший вихід светоделітеля 2 проектується на фотомішень перший датчик 3 телевізійного сигналу. Одночасно це зображення проходить по іншому оптичному шляху: об’єктив 1, вхід светоделітеля 2, другий вихід светоделітеля 2 проектується на фотомішень другого датчика 4 телевізійного сигналу.

В результаті фотоелектричного перетворення оптичне зображення кожного з датчиків перетвориться далі у відповідні відеосигнали, а з повного телевізійного сигналу, формованого на виході датчика 4, селектор 5 виділяє рядкові і кадрові синхроімпульсів. На виході формувача 6 виробляється імпульсний сигнал «віконця» позитивної полярності, який забезпечує на виході комутатора-змішувача 7 формування повного телевізійного сигналу комбінованого зображення, що складається з відеосигналу від датчика 3 в межах «вікна» і відеосигналу від датчика 4 на його іншої частини.

Слід додати, що автоматичні регулювання часу накопичення (АРВН) фотоприймачів як для датчика 3, так і для датчика 4 встановлять по сильно освітленому або яскравого сюжету практично однакову величину поточної експозиції в обох каналах. Але через малу і неоптимальною величини часу накопичення фотоприймача датчика 4 це призведе до неминучого обмеження динамічного діапазону градацій яскравості для об’єктів контролю, переданих в комбінованому зображенні поза «вікна».

Для усунення цього недоліку на вхід «пуск» телекамери подається імпульс позитивної полярності. За час дії імпульсу забезпечується очистка лічильника 10, який на виході розрядів формує число «000», а також виконується обнулення детектора 70%.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *