Технические средства охраны

савтодиафрагмой управление диафрагмой осуществляется автоматически, и при этом изменяется глубина резкости. Например, ночью, когда диафрагма полностью открыта, глубина резкости будет наименьшей (поэтому объекты, находившиеся в фокусе в дневное время, ночью могут оказаться не в фокусе).

Автоматическая и ручная диафрагма. В течение суток осве-

щенность на контролируемом объекте, как правило, претерпевает существенные изменения. Для поддержания на постоянном уровне количества света на матрице используют встроенную в камеру электронную диафрагму – автоматический электронный затвор или объектив с автодиафрагмой.

Споявлением камер с электронной диафрагмой стало возможным использовать объективы с ручной диафрагмой в условиях переменной освещенности в определенных пределах. Объективы с ручной диафрагмой в основном используются для помещений, где уровень освещенности почти постоянный. Однако необходимо учитывать, что при полностью открытой диафрагме, необходимой в условиях плохой освещенности ночью, глубина резкости становится совсем незначительной. Это затрудняет достижение необходимой фокусировки и глубины резкости в дневное время, т.е. камера за счет внутренней электронной диафрагмы может поддерживать постоянный уровень видеосигнала при изменениях освещенности, но не может влиять на глубину резкости. При полностью закрытой диафрагме глубина резкости увеличивается, однако это приводит к снижению чувствительности камеры, поэтому высокочувствительные камеры

собъективами с ручной диафрагмой рекомендуется использовать только внутри помещений, так как электронного затвора недостаточно, чтобы обеспечить нормальную работу телекамеры во всем динамическом диапазоне освещенностей на улице (при уровнях освещенности днем более 80 000 лк).

Для достижения требуемого качества изображения в условиях переменной освещенности рекомендуется использовать объективы

савтодиафрагмой. Объективы с автоматической диафрагмой поддерживают освещенность матрицы на постоянном уровне, изменяя

141

elib.pstu.ru

величину входного отверстия. Диафрагма объектива подобно зрачку человеческого глаза при высокой освещенности сужается, пропуская меньше света, а при низкой освещенности расширяется. Это позволяет получить сигнал от телекамеры с хорошей контрастностью без засветки или затемнения в широком диапазоне освещенностей. В системах наружного наблюдения рекомендуется использовать объективы с автоматической диафрагмой в следующих случаях:

–когда телекамера работает в условиях меняющейся освещен-

ности;

–когда требуется максимальная глубина резкости, которая достигается только при достаточной освещенности за счет максимально закрытой диафрагмы;

–когда необходимо более четко передать границы ярких объ-

ектов.

Классификация и описание объективов. Объективы с фиксиро-

ванным фокусным расстоянием могут быть:

–без диафрагмы;

–с ручной диафрагмой;

–с автоматической диафрагмой, управляемой видеосигналом;

–с автоматической диафрагмой, управляемой подачей напряжения постоянного тока.

Объективы с переменным фокусным расстоянием, управляемые вручную (zoom), могут быть:

–с ручной диафрагмой;

–с автоматической диафрагмой, управляемой видеосигналом;

–с автоматической диафрагмой, управляемой подачей напряжения постоянного тока.

Объективы с переменным фокусным расстоянием, управляемые мотором (motozoom), могут быть:

–с автоматической диафрагмой, управляемой видеосигналом;

–с автоматической диафрагмой, управляемой подачей напряжения постоянного тока.

Специальные объективы – это объективы с микрозрачком для скрытого наблюдения pinhole:

142

elib.pstu.ru

–телеобъективы – для сверхдальнего наблюдения;

–объективы для сверхблизкого наблюдения (например, для непосредственной стыковки с микроскопом)

–волоконно-оптические микробъективы (для бороскопов) и многие другие.

Все перечисленные объективы могут отличаться:

–по способу крепления;

–по размеру ПЗС-матрицы, на которую они рассчитаны, и др. По способу крепления к телекамере объективы бывают типа CS

итипа С. Современные камеры и объективы имеют преимущественно крепления типа CS.

К камере CS объективы типа C крепятся с помощью дополнительного 5-миллиметрового кольца. Кольцо устанавливается между камерой и объективом и служит для улучшенной фокусировки изображения. Камера С несовместима с объективом CS – нет возможности получить сфокусированное изображение.

Объективы, фокусное расстояние которых может изменяться, называются объективами с переменным фокусным расстоянием, а те у которых оно может изменяться более чем в 6 раз, называются zoom-объективами.

Объективы с переменным фокусным расстоянием, позволяющие вручную плавно изменять фокусное расстояние, применяются в случаях, когда точный подбор угла зрения критичен, например, при необходимости максимально реализовать разрешающую способность телекамеры или при необходимости в процессе установки оборудования на реальном объекте выставить нужный угол зрения. Как правило, такие объективы не слишком дороги и бывают как с автодиафрагмой, так и без нее.

Zoom-объективы используются при необходимости детального просмотра объекта, удаленного от камеры. Например, при использовании zoom-объектива с десятикратным увеличением объект, находящийся на расстоянии 100 м, будет наблюдаться как объект, удаленный на расстояние 10 м.

143

elib.pstu.ru

Наиболее часто используются zoom-объективы, оборудованные электроприводами для управления диафрагмой, фокусировкой и увеличением. Управление изображением от телекамеры, оборудованной таким объективом, оператор может осуществлять с удаленного поста.

Объективы рinhole. Объективы с микрозрачком предназначены для установки телекамеры на конструктивных элементах (дверь, стена и т.п.) с обратной стороны по отношению к зоне наблюдения. При этом для такого объектива в стене требуется маленькое отверстие («игольное ушко»).

Имеются варианты исполнения таких объективов с поворотом на 90°, позволяющие устанавливать относительно длинные телекамеры, например, на стену параллельно ее поверхности, или встраивать ее в стену так, чтобы из стены выглядывал только микрозрачок объектива. Основной недостаток таких объективов – невысокая светосила.

Асферические объективы. Изначально все линзы изготавливались как элемент сферы, так как такой элемент легче изготавливать и обрабатывать. В такой линзе центральная ее часть фокусирует изображение несколько в ином месте, чем края. Таким образом, поскольку все поверхности сферические, становится особенно трудно исправить сферическую аберрацию. Настроив качественно изображение по центру, получаем несколько размытые края, а настроив изображения по краям, получим несколько размытый центр.

В классических объективах, базирующихся на сферических элементах, этот эффект снижается путем применения дополнительных корректирующих элементов. Так, применение асферических элементов позволяет сокращать общее число элементов, и следовательно, габариты и вес. Асферическая поверхность линзы – пример улучшения фокусирования (сходимости) параллельных лучей при применении линзы с асферической поверхностью.

Как мы уже отметили, объектив фокусирует сцену на светочувствительный сенсор телекамеры – ПЗС-матрицу, которая действует подобно сетчатке глаза или пленке в фотокамере. Телекамера преобразует сигнал с ПЗС-матрицы, эквивалентный видимому изо-

144

elib.pstu.ru

бражению сцены, в электрический сигнал, соответствующий стандартному полному видеосигналу, и передает его на просмотровый монитор.

В телекамере может присутствовать дополнительный выход для подачи сигналов управления на объектив с автодиафрагмой, а также вход для приема сигналов синхронизации (рис. 7.1).

на сенсор

Рис. 7.1. Структура ПЗС-телекамеры

Полный видеосигнал. Полный видеосигнал состоит из сигнала изображения – видеосигнала, промодулированного в соответствии с распределением световой интенсивности по полю сцены, а также сигналов синхронизации и гашения.

Рассмотрим полный видеосигнал (рис. 7.2). Он содержит видеосигналы отдельных строк, разделенные интервалом обратного хода по строке (строчный гасящий интервал), необходимым для того, чтобы электронный луч как в трубке монитора (кинескопе), так и в передающей камере успел вернуться к началу следующей сроки. Во время этого интервала подается и строчный синхроимпульс. Синхроимпульс формируется не самим датчиком изображения, а замешивается в сигнал электронными схемами камеры.

145

elib.pstu.ru

от величины сигнала (Y = Хγ, где γ = 2,2), что приводит к уменьшению контрастности на темных участках изображения и к увеличению на ярких. В то же время современные ПЗС-матрицы вырабатывают линейный сигнал. Для компенсации общей нелинейности всего тракта в телекамеру обычно встраивается устройство предыскажения сигнала с показателем степени 1/2,2, т.е. 0,45.

Автоматический электронный затвор, аналог выдержки фото-

аппарата, обеспечивает компенсацию изменения уровня освещенности и постоянную среднюю яркость изображения. Это достигается за счет увеличения скорости переключения электронного затвора и уменьшения эффективной мощности оптического потока, попадающего на ПЗС-матрицу. Время накопления сигнала в ПЗС-матрице может регулироваться чисто электронными методами, что позволяет установить при необходимости короткую выдержку, чтобы фиксировать быстродвижущиеся предметы, или облегчить работу телекамеры в условиях чрезмерно высокой освещенности. Для современных телекамер характерны диапазоны регулировки 1/50…1/10 000, в некоторых случаях до 1/100 000, с дискретностью около 1/2. Такие значения необходимы при асинхронной работе сети освещения для устранения мерцания экрана. Иные значения рекомендуется применять лишь при синхронизации телекамер с сетью.

Автоматическая электронная диафрагма, применяемая в со-

временных телекамерах, функционально подобна автодиафрагме в объективе: она как бы уменьшает количество света, поступающего на матрицу. На самом деле электронная диафрагма плавно, в зависимости от освещенности матрицы, изменяет время накопления заряда и функционально аналогична электронному затвору. Таким образом поддерживается выходной видеосигнал в определенных пределах. Скорость переключения затвора может достигать 1/100 000 с.

Стоимость объективов без автодиафрагмы значительно ниже стоимости объективов с автодиафрагмой, и применение телекамер с электронной диафрагмой позволяет экономить в некоторых случаях значительные суммы, так как с этими камерами можно использовать объективы с ручной диафрагмой. Высокочувствительные

147

elib.pstu.ru

камеры вместе с объективами без автодиафрагмы рекомендуется использовать только внутри помещений, так как эффективность электронного затвора недостаточна при солнечном свете.

Компенсация фоновой засветки. Телекамера, имеющая режим компенсации фоновой засветки, обеспечивает приемлемое качество изображения в центре поля, если яркий свет идет лишь по краю поля зрения. В этом режиме вся автоматика будет ориентироваться не на среднюю освещенность по полю зрения, а на освещенность в центральной части экрана.

а зоны с произвольной конфигурацией, программируемой при настройке телекамеры.

Настройка производится путем маскировки тех или иных зон с мешающими сигналами, при этом удается скомпенсировать неблагоприятные условия наблюдения. Количество зон контроля, на кото-

148

elib.pstu.ru

рые поделен весь кадр (рис. 7.4, все поле изображения), у телекамер может быть различным (16, 48, ...).

Режим обычного просмотра. Режим компенсации засветки.

Пример качественного изменения при наблюдении объекта на фоне окна в темное и светлое время суток с выключенным и включенным режимом компенсации задней засветки продемонстрирован на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Наблюдение объекта на фоне окна в темное и светлое время суток

свыключенным и включенным режимом компенсации задней засветки

Вподобных телекамерах имеется возможность устанавливать уровень (весовой коэффициент) влияния каждой из выделенных зон на величину сигнала управления диафрагмой объектива, обеспечивая тем самым наиболее полную компенсацию задней засветки и получение качественного изображения в таких условиях, где обычные телекамеры не распознавают объект наблюдения.

149

elib.pstu.ru

Практическое использование данного режима возможно только в неподвижных телекамерах при просмотре каких-либо сюжетов на очень ярком фоне, например на фоне окна или проема двери.

Синхронизация. Недостатками многих систем теленаблюдения является плавающее и дрожащее изображение. Для ликвидации этих недостатков выполняется синхронизация телекамер и устройств обработки видеосигнала.

Существуют несколько способов синхронизовать телекамеры.

1.Вариант синхронизации line lock. Этот вариант синхронизации может быть выполнен только с камерами, питающимися переменным током, так как в этом случае синхронизация всех камер осуществляется от питающего напряжения.

Это возможно вследствие того, что параметры переменного тока являются достаточно стабильными в пределах объекта, оснащенного системой видеонаблюдения, поэтому, пока ток в сети синфазный, синхронизация системы обеспечена. Если же разные камеры подключены к различным фазам, возникает необходимость их согласования по питанию и настройке фазы для каждой камеры.

Устройство обеспечивает простую синхронизацию системы, устраняя эффект бегущего и прыгающего изображения.

2.Внешняя синхронизация. Такой вариант синхронизации предполагает использование внешнего опорного источника сигнала синхросигнала. Этот сигнал в системе подается на каждую телекамеру посредством специального коаксиального кабеля. Опорный сигнал может быть сформирован генератором синхросигналов. Также в качестве опорного синхросигнала может быть использован полный телевизионный сигнал с видеовыхода одной из телекамер системы.

Такие варианты предполагают применение дополнительных соединений и кабелей, однако являются единственными способами осуществления синхронизации для камер с питанием постоянного тока, которые не могут быть синхронизированы по питанию (line lock). Некоторые устройства переключения, определенные виды мультиплексоров также требуют для работы видеосигналы с телекамер, синхронизированные по внешнему источнику опорного сигнала.

150

elib.pstu.ru