Horev Anatoliy Anatolevich,
Doctor în științe tehnice, profesor
Moscova, Institutul de Stat de Tehnologie Electronică
(Universitatea Tehnică), g.Buharest
cameră de televiziune este format din mai multe unități funcționale, care determină caracteristicile sale și, prin urmare, posibilitatea de a utiliza în anumite condiții.
Receptoare de radiații optice de cele mai multe camere de televiziune moderne realizate pe dispozitiv cu cuplaj de sarcină (CCD). Avantajele camerelor de televiziune bazate pe CCD matrice sunt: economie în consumul de energie (curentul consumat de 9-20 mA la 12 V tensiune), dimensiunile mici și greutatea, capacitatea de a lucra nu numai în vizibil, dar, de asemenea, lungimi de undă în infraroșu, capacitatea de a pentru a obține imagini color cu rezoluție bună la iluminare scăzută.
In celulele mici lentilele și receptor de radiație sunt în general constructiv combinate într-un singur dispozitiv (Fig. 1) [19].
Pupila Termenul „intrare impusă», «pin-hole», este utilizat în cazurile în care planul diafragmei obiectivului coincide cu pupila de intrare situată în fața obiectivului din față (în elev convențional lentilă de intrare este în interiorul lentilei) [6]. Mai mult decât atât, îndepărtarea unui elev se înțelege distanța de la obiectivul principal marginea sa din față.
Fig. 2. Circuitul de televiziune lentile «pini-hole».
În cazul în care obiectivul predat pupilei, gaura de reducere a pupilei sau localizarea acestuia în planul oricăror garduri obiecte (grile, fante etc. P.) nu duce la o scădere în domeniul unghiului de lentile de vedere, dar reduce doar luminozitatea sa.
Capacitatea de a instala lentila frontală de găuri mici, fante sau ochiuri oferă cameră de mascare pentru supraveghere sub acoperire.
Indiferent de forma lentila a avut «pin-hole», diametrul deschiderii sale de intrare este, în special, în funcție de distanța dintre sine și portul receptor al radiației optice (PRI). fizician britanic Rayleigh exprimat dependența de optim diametrul găurii «pinului gaura» d, mm, distanța de la imaginea de proiecție plană l, mm formula următoare [3]
Pe lângă eliminarea elevului la caracteristicile de bază «pinului gaura» se referă lungimea focală a obiectivului și diafragma [8].
Lungimea focală a obiectivului «pin-hole» f - este distanța de la centrul elementului lentilă frontală spre planul focal pe care este localizat CCD (figura 2.).
Relativ diafragma obiectivului q depinde de lungimea focală f mm și diametrul de intrare pupilei d 0. mm, și se calculează cu formula [8]
Diametrul d 0. pupilei prin care un flux de lumină se numește oprire deschidere. Este această valoare determină rezoluția limitei de difracție a cristalinului. Tipul de lentile «pini-gaura» iris lipsește, așa că, în conformitate cu criteriul Rayleigh care limitează rezoluția unghiulară a tipului de lentile «pini găuri» 2 d. rad, poate fi calculat prin formula [1]
unde l este lungimea de undă a radiației optice, microni; 0 d - diametrul pupilei de intrare a obiectivului mm.
Valoarea este invers proporțională cu diafragma obiectivului, numită F valoarea diafragmei sau o diafragmă, adică F = 1 / q.
Diafragma relativă a obiectivului într-o mare măsură depinde de iluminarea PRI. Cantitatea, care caracterizează gradul de atenuare a lentilei fluxului luminos este numit obiectiv cu diafragma.
Geometric diafragma obiectivului J este proporțională cu aria deschiderii efective a lentilelor [8]
Din (4) rezultă că mai mare diafragma mai iluminare CCD. Astfel, irisul reduce iluminarea receptorului radiații.
Principalele dezavantaje ale lentilelor «pin-hole» în comparație cu raportul deschidere convențională este rezoluția considerabil mai mică și mai mici. În plus, lentilele «pini găuri» este de obicei Iris absente. Acest lucru face camera de lucru dificil cu diferențial mare de iluminare pe această temă. Prin urmare, în camerele moderne aplică un obturator electronic al cărui interval de variație este suficient de largă.
Imagine de focalizare a obiectivului camerei la CCD, care constă dintr-o multitudine de elemente fotosensibile -pikselov. Aspectul CCD matrice prezentat în Fig. 3 [17, 36].
Tabelul 1. Raportul dimensiunii CCD și dimensiunile sale
format matrice,
inch
Pentru a obține o imagine color utilizând elementele senzor de lumină fiecare fiind format din patru pixeli. Pentru fiecare pixel este aplicat filtrul de lumină care transmite lumina care corespunde cu lungimea de undă cu o schemă cunoscută de culoare RGB (roșu - verde - albastru). Filtrele sunt plasate în grupuri de câte patru, astfel încât cei doi au un albastru verde și roșu.
Principalii parametri ai CCD includ: formatul, sensibilitatea și rezoluția.
CCD-urile sunt fabricate de formă dreptunghiulară, cu un raport de aspect de 4: 3. Dimensiunea matricei CCD este determinată de dimensiunea sa. Format - o dimensiune vidicon diagonală, imagistica echivalentă cu imaginea formată de CCD. Formatul se măsoară în inci și ia valori 1/2“, 1/3" , 1/4«și altele asemenea (1 inch este egal cu 2,54 cm). Cel mai adesea camera de supraveghere sub acoperire montate cu matrice de 1/3»și 1/4“.
raport al mărimii CCD și dimensiunile sale sunt prezentate în tabel. 1 [12].
Formatul de matrice determină unghiul de revizuire camerei de televiziune 2W, grindina,
unde L - matrice diagonală mm;
f - lungimea focala a obiectivului, mm.
Pe aceeași lentilă aparat de fotografiat TV bazat pe formatul matrice 1/2 „are un unghi de vizualizare mai larg decât camera cu o matrice de 1/3“.
Pentru a mări unghiul de vizualizare al camerei TV cu o matrice de dimensiuni mici ar trebui să aibă un obiectiv cu o distanță focală scurtă. Calitatea imaginii de televiziune este determinată de diafragma obiectivului, și anume cantitatea de lumină care va trece prin ea și cad pe IRP. Cu cât diafragma obiectivului, cu atât mai mic timpul de expunere necesar pentru a obține calitatea dorită a imaginii.
Dimensiunile elementului (pixeli) matricelor moderne CCD miniatură senzor cuprind de la 4,75 până la 12 micrometri [16].
Următorul parametru important al camerei de televiziune - sensibilitatea. Acest parametru determină calitatea camerei, în condiții de iluminare scăzută.
Cel mai adesea Sensibilitatea este iluminarea minimă a obiectului (iluminarea scenei), la care raportul semnal / zgomot la ieșirea CCD cu un timp maxim de expunere este egală cu o anumită valoare de prag (de exemplu, semnal / zgomot egal cu unitatea).
În acest caz, sensibilitatea nu depinde numai de caracteristicile CCD sine matrice, ci și pe raportul dintre luminozitatea obiectului și caracteristicile lentilei (de obicei, indică iluminarea minimă pe luminozitatea obiectului măsurat la un raport de 0,75 al lentilei obiectului și a orificiului fix).
În unele cazuri, o sensibilitate minimă de iluminare a înțelege direct CCD (iluminare de imagine), la care / raportul de zgomot al semnalului la ieșire, la timpul maxim de expunere este egală cu valoarea de prag.
În regiunile în infraroșu vizibile și în apropierea undelor electromagnetice ale spectrului de iluminare CCD E * l. lx / m poate fi calculat prin formula [7]
unde r l - spectral luminozitate obiect coeficient;
E l - spectrala iluminarii obiect lux / m;
t0, l - factor de transmisie spectrală a lentilei;
t f, l - o transmisie spectrală de coeficienți ai filtrului.
lentile de transmitere de lumină depinde de numărul de elemente din sistemul său optic, un marcaj optic pe geamul și calitatea tratamentului de suprafață. Pentru calcule practice valoarea transmitanta poate fi luată ca pentru lentile de înaltă minimum 0,85 performanță, 0.785 - pentru standard si 0.6 - ieftin, care să îngreuneze
injectiva cu elemente optice din plastic.
Sensibilitatea Cele mai moderne camere de televiziune monocrom - aproximativ 0,01-1 lux (la F1,2). Pentru funcționarea eficientă a camerelor de luat vederi mai sensibile la lumina lunii suficient (tabelul. 2).
Artwork CCD iluminare (E *) pentru durata iluminării sale (t) se numește "expunere" (H). Sistemul Internațional de Unități (SI), expunere exprimată în lucși * sec (secunde lux) [10].
Expunerea trebuie să fie de o mărime care să permită membrului fotosensibil pentru a primi cantitatea de lumină necesară pentru a realiza raportul semnal / zgomot necesar la ieșirea CCD. Cu cât mai mare matricea de sensibilitate, este necesară o expunere mai mică.
Cu raportul de sensibilitate este strâns legată de parametrul „semnal / zgomot» (semnal la zgomot) sau scurt - c / sh (s / n). Această valoare este măsurată în decibeli:
în cazul în care Uc - amplitudinea semnalului;
s w - RMS amplitudine de zgomot.
De exemplu, S / N = 60 dB înseamnă că amplitudinea semnalului de 1000 de ori nivelul de zgomot. Pentru o calitate bună a imaginii este necesar pentru a furniza raport semnal / zgomot de aproximativ 46-50 dB la ieșirea camerei. Când raportul semnal / zgomot de aproximativ 30 dB la interferența vizibilă ecranul monitorului sub formă de puncte dezordonate ( „zăpadă“ sau „unda“), și aproape imposibil de detectat [2] la imagine 20 dB.
De multe ori sensibilitatea aparatului foto pentru a indica puterea „acceptabil“ de semnal, prin care se înțelege un nivel de semnal la care un raport semnal / zgomot de 24 dB. Ea - empiric anumită valoare limită a / raportului de zgomot al semnalului la care imaginea poate fi încă recunoscută.
Caracteristica importantă a CCD-urilor este sensibilitatea lor spectrală. In cele mai multe cazuri, sensibilitatea camerelor alb-negru foarte mult (în comparație cu ochiul uman) este deplasată în domeniul infraroșu (Fig. 4). Sensibilitatea spectrală a camerelor color este aproape de sensibilitatea spectrală a ochiului uman (Fig. 5).
În timpul zilei, iluminarea obiectului controlat, de regulă, este în curs de schimbări semnificative. Pentru a menține o expunere constantă la schimbarea nivelului luminii CCD utilizat în camera încorporată automată a declanșatorului electronic (obturator electronic) sau lentile auto iris (autoiris).
Fig. 4. spectrale CCD sensibilitate monocrom.
Fig. 5. Sensibilitatea spectrală a culorii CCD.
Un parametru important al camerei de televiziune - Rezoluție. Acest parametru determină capacitățile camerei de a reproduce detalii fine: este mai mare rezolutia, obiectele mici pot fi recunoscute în imagine. Rezoluția se măsoară în linii de televiziune (TVL) și depinde de numărul de pixeli într-o matrice și de unitatea de procesare a imaginii parametrilor camerei de televiziune.
camerele de rezoluție este determinată experimental pentru un televizor tabel de test special care arată grupul de linii negre și albe, distanța dintre care corespunde unei anumite rezoluții. Pentru rezoluția camerei este luată permisiunea grupului la care liniile sunt recunoscute separat. Prin urmare, o măsură a rezoluției și a numit linia de televiziune.
Rezoluția verticală a tuturor camerelor este limitat -625 linii de scanare de televiziune standard de televiziune. Principala diferență este rezoluția camerei în orizontală, și că aceasta este, de obicei, indicat în specificațiile camerei.
În rezoluția camerei este afectată în principal de mărimea și numărul de elemente sensibile la lumina CCD. Se crede că numărul de linii este transferat în siguranță, care nu depășește 3/4 din numărul de celule. Adică, atunci când dimensiunea rezoluției elementelor matricei 520 va fi de 390 de linii TV.
Lungimea focală și diametrul pupilei de intrare a lentilei, iar dimensiunea elementului CCD depinde de probabilitatea elementelor de identificare [9].
Portabil camere de televiziune și sunt produse într-un design miniatură convențional (fig. 6 și 7 [27, 33]).
Camera TEL PH (Fig. 6a) are o rezoluție de 570 linii TV de orizontală (H) și 480 TVL în verticală (V). sensibilitatea camerei 0.00002 lux (F1,4).
Gain furnizează raport semnal 8-38 dB / zgomot de 52 dB [33].
camere video miniaturale pot fi instalate aproape oriunde pe ascuns, chiar și într-un ghiveci de flori.
Principalele dezavantaje ale acestor sisteme sunt limitări severe cu privire la dimensiunea și greutatea echipamentelor și o capacitate mică baterie, care limitează timpul CON-
link tinuous [5].
Instalarea camerelor în aparatele de uz casnic și de radio durează mult mai puțin timp decât instalarea acestuia în zidărie. Camerele sunt instalate, de regulă, în dispozitivele, locația care rămâne constantă în cameră, cum ar fi TV, stereo, cuptor cu microunde, etc. La instalarea aparatului foto în aparatele de radio și electrice este în mod constant alimentat de 220 V, 50 Hz, în timp ce funcționarea sa este practic nelimitată. Când instalați camera într-un dispozitive de mici dimensiuni, cum ar fi elektrochasy, sunt dimensiuni importante ale camerei.
Tabelul 3. Principalele caracteristici ale camerelor TV miniaturale
F1.4.
Gain 8-38 dB.
Semnal / zgomot 52 dB Raport
In ciuda dimensiunilor sale reduse, aceste sisteme au o performanță relativ bună.
Pentru transferul de imagine este utilizat în principal o gamă de frecvențe de la 800 la 2500 MHz. Dar se pot folosi alte benzi de frecvență, de exemplu, 270-330 MHz; 5725-5875 MHz; 10,5 GHz [11, 25, 35].
12V tensiune. puterea emițătorului - comutabile 50/200 mW. Cu această limită de putere transfer de informații la distanță până la 1300 de metri în zona deschisă, până la 200 m - în [21].
Cu sistem de televiziune dimensiuni 15x15x20 mm, capabil să transmită sunet și imagini cu o rezoluție de 380 linii TV pentru o distanță de 50 până la 100 m.
Fig. 29. emițătoare de televiziune portabile, camuflate ca jucării moi.
receptor special de televiziune (Fig. 32) sunt utilizate pentru recepționarea semnalelor de televiziune [24-26]. Receptoare de televiziune au construit în microprocesoare pentru a automatiza o serie de operațiuni de căutare și recepție a semnalelor. Apariția unora dintre ele este prezentată în Fig. 30 și 31 [33].
Culoare standard sau alb-negru
PAL sau NTSC / 400 TVL
Gama de frecvențe audio
1050 MHz; 1140 MHz; 1220 MHz
Lățimea spectrului semnalului
rata de informații
<5 мкВ (при с/ш = 6 дБ)
74 min la 4 GB card de memorie SD
Caracteristici sistem tipic de transmisie a imaginii de televiziune este prezentat în tabelul. 6 [35].
SIM-Milano Pro TX
SIM-Blackbird TX 240 Crypto
SIM-Blackbird Pro TX 01
Gama de frecvențe, MHz
270-330;
760-830
220 - 2500
5725 - 5875
Rata maximă de date Mbit / s
Tipul de modulare
Fig. 33, unul dintre aceste sisteme, vezi [32]. Diametrul găurilor variază 2.5-4.75 mm. Sistemul foloseste un 7 „și 11“ ale cristalinului. Unghiul sistemului de control poate varia de la 15 ° la 55 °. Puteți schimba linia de vedere în intervalul de 15 °.