Учебное пособие 800423

Сенаторов Александр Константинович

СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИЗИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ

ВОРОНЕЖ

2002

ББК 32.884

Сенаторов А. К. Системы телевизионного наблюдения: Учеб. пособие / А. К. Сенаторов. Воронеж: ВГТУ, 2002. 94 с.

В пособии изложены основные принципы построения систем телевизионного наблюдения (СТН), приведены стандартные схемы построения систем телевизионного наблюдения, рассмотрен их состав, проведен анализ основных элементов СТН: видеокамер различных типов, мониторов, рассмотрены дополнительные устройства СТН: видеомагнитофоны, видеокомпрессоры, мультиплексеры, детекторы движения. В пособии сформулированы основные критерии выбора СТН, проанализированы их основные разновидности, приводятся характеристики современных СТН.

Пособие является дополнительным материалом при изучении дисциплины «Приемоусилительные и видеотелевизионные системы». Предназначено для студентов вузов дневного и заочного обучения специальности 200800 «Проектирование и технология производства РЭС».

Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе и содержится в файле «ПС.СТН.doc».

Табл. 32. Ил. 35. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор д-р техн. наук А. В. Муратов Рецензенты: кафедра математического моделирования и вычислительной техники ВГАСУ; Д-р физ.-мат.наук ВГУ А. М. Бобрешов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического универси-

тета

Сенаторов А. К. , 2002

Оформление. Издательство Воронежского государственного технического университета, 2002

Введение

В настоящее время актуальной является задача охраны различных объектов на основе систем телевизионного наблюдения (СТН). Эти системы являются достаточно гибкими. Универсальными и могут быть компьютеризованны. Эта область является важной прикладной частью видеотелевизионных систем и требует участия подготовленных инженерных кадров. В пособии рассматриваются как вопросы структурной организации систем телевизионного наблюдения, так и составляющие их технические элементы.

В первой главе проводится анализ принципов построения и состав систем телевизионного наблюдения.

Во второй главе рассмотрены элементы СТН, их основные характеристики, а также подробно изучаются видеокамеры и мониторы СТН. В третьей главе анализируются важные дополнительные устройства СТН. Критерии выбора СТН и основные их классы рассмотрены в четвертой главе. Аудио- и видеодомофонные устройства и системы приводятся в пятой главе и наконец целый ряд основных типов датчиков, применяемых в охранных СТН приведен в шестой главе.

1.ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СОСТАВ СИСТЕМ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Внастоящее время важное значение имеет использование видеотехники для обеспечения безопасности различных объектов. На Российском рынке предлагается огромный выбор разнообразных видеоустройств для самых различных применений (см. Приложение). Зачастую потребителю и даже специалистам сложно разобраться, какими должны быть

конфигурация охранной видеосистемы наблюдения, ее состав и характеристики используемого в ней оборудования. Рассмотрим основные принципы работы и построения видеосистем такого типа, и терминологию, используемую для описания их характеристик.

Основным компонентом систем телевизионного наблюдения является видеокамера, предназначенная для преобразования оптического изображения в электрический телевизионный сигнал, пригодный для передачи и воспроизведения. Одним из основных элементов видеокамеры является датчик изображения, т.е. устройства преобразования спроецированного объективом оптического изображения наблюдаемого объекта в электрический сигнал (рис. 1.1).

Мишень

Прожектор

Электрический сигнал

Рис. 1.1. Преобразование оптического изображения в электрический сигнал

Как правило, в качестве такого датчика используются передающие телевизионные трубки и твердотельные преобразователи свет-сигнал.

Передающая телевизионная трубка – это электронно-лучевой прибор. В зависимости от конструкции эти приборы называют фидеоконами, глетиконами (плюмбиконами), ньювиконами и т.д. Основными элементами передающей телевизионной трубки являются мишень и электронный прожектор. Последний предназначен для формирования узкого пучка, падающего перпендикулярно мишени. Мишень, состоящая из сигнальной пластины и полупроводникового фотопроводящего слоя, нанесена на внутреннюю поверхность передней стенки болона передающей трубки. Особенность фото-

слоя мишени заключается в том, что она обладает внутренним фотоэффектом – под действием падающего на мишень света изменяется электропроводность фотослоя. Благодаря этому, на мишени создается и хранится потенциальный рельеф, соответствующий входному оптическому сигналу.

Электрический сигнал снимается с сигнальной пластины, представляющей собой довольно тонкий слой двуокиси олова или индия. Все известные передающие телевизионные трубки объединяет наличие фотопроводной мишени, малые габариты и масса, небольшое число регулировок, достаточно высокая чувствительность и разрешающая способность. Разрешающая способность оценивается по наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором их изображения еще не сливаются. Это расстояние выражается в линейных или угловых мерах. Величина, обратная этому расстоянию, служит количественной мерой разрешающей способности оптических приборов.

В последнее время все большее применение находят твердотельные преобразователи свет-сигнал. Это фоточувствительные приборы с зарядной связью (ПЭС). Практически все современные телевизионные малогабаритные камеры наблюдения строятся на основе матричных ПЗС. Поверхность матрицы ПЗС состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов (обычно от 270000 до 440000). Чем большее количество пикселов размещается на матрице ПЗС, тем выше качество и четкость получаемого изображения. Как правило, разрешающая способность по горизонтали таких камер составляет 330-600 твл (телевизионных линий). Этот параметр приводится в паспортных данных на камеру. Разрешение по вертикале всех камер одинаково, ибо ограничено стандартам на количество строк разложения – 625 строк.

Размер матрицы ПЗС определяется ее форматом. Формат-это диагональный размер видикона, формирующего изображение, эквивалентное изображению, формируемому матрицей ПЗС. Формат измеряется в дюймах и принимает значения 1/2’’,1/3’’,1/4’’и т.п. Формат матрицы определяет угол обзора телевизионной камеры (рис 1.2).

12.7

8.8

6.4

4.8

9.521"

Рис. 1.2 Размеры матриц ПЗС различных форматов

С одинаковыми объективами телевизионная камера на основе матрицы формата 1/2’’имеет больший угол обзора, чем камера с матрицей формата 1/3’’.

Чем меньше формат матрицы ПЗС, тем миниатюрнее камера.

Для увеличения угла обзора матрицы малого формата должны иметь объектив с малым фокусным расстоянием. При этом качество телевизионного изображения будет определяться светосилой объектива. Т.е. количеством света, которое будет проходить через него и попадать на преобразователь свет-сигнал. Чем выше светосила объектива, тем меньше нужно времени для освещения матрицы ПЗС до получения изображения необходимого качества. Светосила объектива зависит от двух величин: диаметра входного зрачка D и фокусного расстояния f . Отношение диаметра входного зрачка объектива к фокусному расстоянию называется относительным отверстием F и записывается, например, в виде F : 1,6 или F :1/6. Светосила объектива тем выше, чем больше диаметр его входного зрачка и меньше фокусное расстояние.

Следующий важный параметр ТВ камеры – чувствительность. Производители по-разному трактуют это понятие. Одни под чувствительностью понимают минимальную освещенность объекта, при которой можно различить черно-белые переходы на изображении, другие – минимальную освещенность на матрице ПЗС. С технической точки зрения более правильно было бы указывать освещенность на матрице ПЗС, т.к. в этом случае не нужно оговаривать характеристики используемого объекта. Но пользователю при установке камеры удобнее работать с освещенностью объекта, которую он заранее знает. Поэтому в паспортных данных ТВ камер обычно указывают минимальную освещенность объекта, например 0,1 лк (люкс).

Спектральная чувствительность черно-белых ТВ камер перекрывает и инфракрасную область спектра. Это позволяет использовать их в условиях плохой освещенности, применяя специальные ИК осветители.

Электронный затвор является неотъемлемой частью ТВ камеры на основе матрицы ПЗС. Точнее, когда говорят о той или иной скорости электронного затвора, подразумевают соответствующий режим работы матрицы ПЗС камеры. Скорость электронного затвора является одной из основных характеристик видеокамеры и определяет качество воспроизведения быстроперемещающихся объектов. В современных камерах используют затворы со скоростью срабатывания от

1/50 до 1/10000 с.

В настоящее время быстрыми темпами развиваются методы цифровой обработки видеосигнала. В таких системах аналоговый сигнал, снимаемый с матрицы ПЗС, проходит через аналого-цифровой преобразователь, размещенный внутри ТВ камеры. Затем сигнал разделяется на яркостную и цветовую компоненты, обрабатывается микропроцессором и поступает на цифровой монитор. Это позволяет существенно улучшить разрешение и качество изображения.

Телевизионные системы наблюдения можно рассматривать как надежный охранный комплекс вашего офиса, учреждения, квартиры.

Системы скрытого охранного телевизионного наблюдения имеют четыре основных направления применения :

-переговорная панель домофона со скрытой телевизионной камерой наблюдения;

-телевизионный дверной глазок;

-скрытая миниатюрная телевизионная камера наблюдения;

-вынесенная телевизионная камера наблюдения.

Скрытые телевизионные камеры и телевизионный дверной глазок (снаружи выглядит, как обычный дверной глазок) монтируется в дверь или переговорную панель домофона. Эти системы телевизионного наблюдения с целью повышения качества наблюдаемых объектов имеют фокусное расстояние и угол обзора объектива до 160 градусов. Для идентификации объектов в темное время суток совместно с телекамерами используются устройства инфракрасной подвески (длина волны 870 нм). В табл. 1 приведены устройства инфракрасной подсветки, получившие широкое применение в системах телевизионного наблюдения.

1.2 Скрытые видеокамеры наблюдения

Наиболее надежным способом получения необходимой информации является скрытое телевизионное наблюдение. В качестве скрытых камер наблюдения, в основном, используют бес корпусные и миниатюрные как черно-белые, так и цветные телевизионные камеры. Такие видеокамеры обеспечивают скрытый видео контроль служебных помещений, лестничной площадки, входной двери и т.п. и являются абсолютно незаметным, информативным и безопасным способом наблюдения. Эти камеры комплектуются объективом с вынесенным зрачком.

Из-за малых размеров входного зрачка объектива маскировка бес корпусных и миниатюрных телевизионных камер может быть самой различной: во входной двери, в панелях переговорного устройства, в щитах пожарной сигнализации, в щитах и приборах освещения и т.д.

Термин ―вынесенный входной зрачок‖ (pin-hole) применяют в тех случаях когда плоскость апертурной диафрагмы совпадает с входным зрачком, находящимся перед передней линзой объектива. В обычных объективах входной зрачок находится внутри объектива.

В случае, когда у объектива вынесен входной зрачок, уменьшение отверстия входного зрачка или расположение его в плоскости каких-либо загораживающихся предметов (сеток, щелей, и т.п.) не приводит к уменьшению угла поля зрения объектива, а лишь снижает его светосилу. В зависимости от конструктивных особенностей конкретного объектива вынос зрачка осуществляется на 0,5-5,0 мм.

Именно возможность установки на указанном расстоянии передней линзой маленьких отверстий, сеток или щелей и обеспечивает настоящую маскировку камеры для проведения скрытого наблюдения.

Технические характеристики объективов с вынесенным зрачком приведены в табл. 2. Миниатюрная телевизионная камера JT – 241 s со сменными объективами обеспечивает:

наблюдение через входное отверстие диаметром 0,3-1,2 мм с углом поля зрения до 110º; высокую чувствительность (0,04 лк), позволяющую в темноте при инфракрасной подсветке видеть намного лучше, чем человеческий глаз;

установку на любые элементы интерьера благодаря малым габаритным размерам телекамеры (39x39x20 мм); передачу телевизионного изображения по проводам, по оптико-волоконным жгутам и по радиоканалу (до 500 м при установке передатчика телевизионных сигналов); непрерывное скрытое наблюдение до 320 часов при установке автономного источника питания (аккумулятора);

высокое качество изображения с разрешением 400 твл.

Миниатюрные телевизионные камеры по внешнему виду очень похожи друг на друга, поэтому кратко рассмотрим только их технические характеристики.

Однако прежде отметим некоторую особенность их применения. Необходимо иметь в виду, что некоторые материалы, применяемые для маскировки объективов, типа «темное стекло», пропускают только небольшую часть видимого спектра и могут успешно работать при солнечном освещении, при освещении прожектором или обычными лампами накаливания. Но применение указанных материалов маскировки становится невозможным при освещении объекта более широкополосным источником света, например люминесцентными или галлогеновыми лампами.

Более подробно остановимся на технических характеристиках некоторых телевизионных камер отечественного и зарубежного производства.

В табл. 3 приведены характеристики бескорпусных и миниатюрных черно-белых ТВ камер на основе матрицы ПЗС. Бескорпусные и миниатюрные цветные ТВ камеры на основе матрицы ПЗС на отечественном рынке представлены

сравнительно небольшим ассортиментом.

Отличительными особенностями цветных камер являются сравнительно большие габариты и высокая стоимость. В табл. 4 приведены основные технические характеристики бескорпусных и миниатюрных цветных ТВ камер.

Таблица 4. Бескорпусные и миниатюрные цветные ТВ камеры.