Здравствуйте, Гость

Оффлайн BMV

*
  • *****
  • 919
  • +74/-2
    • Просмотр профиля

СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович,
кандидат технических наук, доцент

 РЕЖИМ «BLC» В ОХРАННОЙ ТЕЛЕКАМЕРЕ: НОВОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

Английская аббревиатура «BLC» образована от первых букв слов: «Back Light Compensation» и является названием (обозначением) режима работы телекамеры, который обеспечивает компенсацию искажений, сопутствующих телевизионному наблюдению объекта «против света» или при наличии со стороны объекта «заднего света». Эти условия наблюдения для охранной телекамеры называют условиями сложной освещенности [1, 2], т.к. в ее поле зрения одновременно присутствуют представляющие для оператора интерес объекты с резким отличием по освещенности. Для ситуации сложной освещенности решающим параметром, определяющим способность телекамеры обеспечить высокое качество изображения в пределах всего телевизионного кадра, является динамический диапазон. Поэтому задача расширения динамического диапазона телекамеры рассматривается как решение эксплуатационной проблемы.

Вместо термина «динамический диапазон» часто употребляют другой термин – «максимальный контраст» телекамеры, который является фактически его синонимом, т.к.  измеряются оба показателя одинаково, а именно: отношением максимального и минимального уровней заряда, различаемых в элементах фотоприемника.

Теоретическая оценка величины максимального контраста современных телекамер, выполненных по технологии ПЗС, с форматом (1/6 ÷1/2) дюйма и с объемным каналом переноса, находится в пределах (60÷750) в зависимости от площади фоточувствительного элемента [3]. Диапазон максимального контраста, реализуемый на усовершенствованных матрицах ПЗС серии EXWAVEHAD фирмы Sony, при прочих равных условиях, больше на 30% и составляет (78÷975).

К сожалению, даже этой величины динамического диапазона фотоприемника оказывается недостаточно для успешной работы технического решения двухматричной охранной телекамеры с автоматическим режимом «BLC» [1] при большом контрасте входного оптического изображения. Напомним, что в этом решении сильно освещенные объекты воспринимаются в центральной части угла поля зрения телекамеры, а входное оптическое изображение разделяется на два одинаковых потока, проецируемых на мишени первого и второго фотоприемников. При величине светового контраста наблюдаемой сцены в три порядка и более вторая матрица ПЗС, для которой область фотометрирования автоматической регулировки чувствительности (АРЧ) и автоматической регулировки усиления (АРУ) - периферийная область мишени, будет работать в условиях значительной зарядовой перегрузки в ее центральной области. Это физическое явление приводит к неизбежным искажениям видеосигнала этого фотоприемника и выходного сигнала комбинированного изображения телекамеры.

Ниже изложено техническое решение возникающей задачи при сохранении автоматического режима работы устройства.


Рис.1. Структурная схема телекамеры

Структурная схема телекамеры изображена на рис.1. Она содержит последовательно расположенные и оптически связанные объектив (1) и светоделитель (2), первый датчик телевизионного сигнала (3), второй датчик телевизионного сигнала (4), селектор синхроимпульсов (5), формирователь сигналов «рамка» и «окошко» (6) и коммутатор-смеситель (7).

В предлагаемом решении датчики телевизионного сигнала (3) и (4), как и в [1,2], синхронизированы в режиме Genlock с привязкой частоты и фазы  по сигналу синхронизации приемника (ССП) от датчика (3). Функциональное назначение и устройство блоков (1), (2), (5) и (6) совпадает с теми, что были использованы в работе [2]. Формирователь (7) в дополнение к сигналу «окошко» вырабатывает сигнал «рамка», который замешивается в выходной видеосигнал и должен помочь оператору по наблюдаемому с экрана монитора комбинированному изображению осуществить необходимое вписывание изображения сцены с высокой освещенностью.

Отличительной особенностью предлагаемого решения является нанесение на мишень матрицы ПЗС одного из датчиков телевизионного сигнала технологической маски, обеспечивающей «окно» непрозрачности для входного светового потока. При этом геометрические размеры «окна» непрозрачности и его пространственное расположение на мишени фотоприемника соответствуют размещению в телевизионном растре сигналов «рамки» и «окошка» и их размерам по горизонтали и вертикали в единицах времени, как показано на рис.2.

«Толщина» электронной «рамки» составляет (1-2) элемента разложения по горизонтали и соответственно (1-2) строки по вертикали, поэтому для упрощения изложения принято совпадение размеров «рамки» и «окошка».

В выходном изображении телекамеры яркие и светлые детали передаются видеосигналом первого датчика (3), как и в [1] в пределах «окна» и без ограничения в белом. В пределах оставшейся части кадра комбинированного изображения (вне «окна») осуществляется передача темных и /или низко освещенных деталей сцены, выполняемая видеосигналом второго датчика (4). Но, в отличие от [1], время накопления фотоприемника этого датчика и коэффициент усиления его видеотракта устанавливаются  АРЧ и АРУ путем оценки зарядового рельефа по всей площади фотомишени. Благодаря же нанесению на мишень матрицы ПЗС технологической маски с «окном» непрозрачности, удается избежать световой перегрузки в центральной области мишени, сохранив оптимальный фотоприем на ее периферийной области.

Поэтому отношение сигнал /шум комбинированного изображения телекамеры для передаваемых вне «окна» деталей сцены увеличивается пропорционально увеличению для них полезной энергии. Одновременно уменьшаются смазывание и потери изображения на границах «окна» в результате устранения причины возникновения зарядовой перегрузки на фотомишени второго датчика.


Рис.2. Пример размещения составляющих комбинированного изображения в телевизионном растре(а),
положение и размеры «окна» непрозрачности на фотомишени второго датчика – б)

Пусть размеры фотомишени (4-1) датчика составляют (L×H) в мм, а размеры «окна» непрозрачности (4-2) – (l×h) в тех же единицах (см. рис.2б). Предположим, что площадь «окна» непрозрачности занимает 1/9 от площади всей фотомишени.

Если видимое с экрана монитора изображение имеет размеры (L1×H1), а размеры электронной «рамки» и области «окошка» составляют (a×b) в мм, как показано на рис.2а), то имеем соотношение:.

С другой стороны, для телекамеры, работающей в вещательном стандарте, размеры «рамки» и «окошка» в единицах времени  составляют: a = 52/3 = 17,3 мкс., b =288×64/3 =6144 мкс.

Возможно, что по условиям наблюдения область сильно освещенного или яркого объекта занимает часть растра телекамеры, но является протяженной на всю его ширину. Тогда целесообразно выполнение «окна» непрозрачности с размерами (L×h), как показано на рис.3б). Размеры «рамки» и «окошка» (см. рис.3а) в этом случае составляют: (L1×b), где L1 = 52 мкс.; b = 6144 мкс.


Рис.3. Другой вариант размещения составляющих комбинированного изображения – а)
и соответствующее «окно» непрозрачности – б)

Следует отметить, что при практической реализации предлагаемого решения целесообразно ввести в сигнал «рамки» дополнительно электронную отметку «центральный крест». Эта отметка, изображенная, как и «рамка», на рис.2 и рис.3 штрих-пунктирной линией, поможет выполнить заводскую юстировку направления визирования телекамеры, т.к. позволит инструментально контролировать совмещение оптических осей фотоприемников.

ЛИТЕРАТУРА

Смелков В.М. Возможности построения охранной телевизионной камеры для наблюдения в условиях сложного освещения / Специальная техника, 2006, №1, с.9-11.
Смелков В.М. Двухматричная телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения: новое решение / Специальная техника, 2006, №2, с. 15-18.
Куликов А.Н. Телевизионное наблюдение при ярком солнечном свете / Специальная техника, 2001, №1, с.11-20.

http://st.ess.ru/publications/5_2006/smelkov/index.htm