Принадлежности к телевизионным камерам для спецтехники

В работе [1] были рассмотрены телевизионные камеры для спецтехни-ки. Но ТВ-камеры не могут быть включены в состав ТВ-системы без соответствующих основных принадлежностей [2 – 5]. К ним относятся ТВ-объективы и оптика переноса изображения, ТВ-мониторы, устройства обработки изображения, коммутаторы, квадраторы, мультиплексоры, видеосерверы, пульты управления, детекторы движения, видеорегистраторы и видеомагнитофоны, поворотные устройства и кронштейны, защитные кожухи, ИК-осветители, системы дистанционной передачи ТВ-изображения. Ниже приведены описания типичных из перечисленных устройств.

Объективы для ТВ-камер могут быть двух типов: для камер, выполненных на базе гибридно-модульных преобразователей изображения (ГМП): ЭОП + ТВ-камера на базе матрицы ПЗС и для камер без ГМП. В первом случае объективы для низкоуровневых ТВ-систем (НТВС) имеют диапазон ахро- матизации с учетом рабочей области спектра фотокатода ЭОП, во втором случае – матрицы ПЗС. Для НТВС используются ТВ-камеры с матрицами ПЗС, чувствительными в ближней ИК-области спектра.

В любом случае должен быть принят во внимание формат матрицы ПЗС. Он измеряется в дюймах и равен внешнему диаметру трубки видикона, диагональ светочувствительной площадки которого равна аналогичному параметру соответствующей матрицы ПЗС. Из этого следует, что диагональ этой площадки матрицы ПЗС всегда меньше ее формата. В табл. 1 представлены размеры светочувствительных площадок различных форматов матриц ПЗС.

Следует отметить, что матрицы ПЗС форматов 1 и 2/3 дюйма встречаются крайне редко из-за их сложности и высокой стоимости. Многие из них сняты с производства. Чтобы в ТВ-камере не было потерь по полю зрения, формат объектива должен быть больше или равен формату матрицы ПЗС. Но при более высоком формате объектива недоиспользуется его угол поля зрения.

В ГМП стыковка ЭОП с матрицей ПЗС может быть электронной или оптической. В первом случае матрица ПЗС расположена внутри самого ЭОП вместо его экрана. Тогда формат объектива должен быть больше или равен формату матрицы ПЗС. В другом случае экран ЭОП стыкуется с матрицей ПЗС либо чрез проекционную оптическую систему, либо через волоконно-оптическую деталь (ВОД), которая может быть постоянного или переменного сечения. В первом случае угол поля зрения объектива должен соответствовать размерам светочувствительной площадки матрицы ПЗС. Однако, поскольку диагональ светочувствительной площадки матрицы ПЗС меньше диагонали экрана ЭОП, то происходит потеря по полю зрения последнего, хотя и сохраняется неизменным масштаб изображения. Во избежание потерь по полю зрения используется второй способ стыковки. В

Таблица 1. Основные размеры светочувствительных площадок матриц ПЗС в зависимости от их формата

Формат матрицы ПЗС, дюймы Длина, мм Высота, мм Диагональ, мм 1/4 3,2 2,4 4,0 1/3 4,9 3,7 6,0 1/2 6,4 4,8 8,0 2/3 8,8 6,6 11,0 1 12,7 9,52 15,91 этом случае ВОД может быть выполнена либо в виде фокусирующего конуса (фокона), либо в виде фокусирующего клина (фоклина). Более широкая часть фокона или фоклина стыкована с экраном ЭОП, а более узкая часть – с матрицей ПЗС. При этом не происходит потерь по полю зрения ЭОП, и объектив должен иметь угол поля зрения, соответствующий размеру фотокатода при условии, что электроннооптическое увеличение ЭОП равно единице. Недостатком такого способа является снижение величины масштаба изображения (за счет того, что увеличение ВОД меньше единицы) и соответственно снижение разрешающей способности НТВС. Кроме того, ВОД вносит потери по пропусканию и по коэффициенту передачи контраста. При использовании для стыковки ЭОП с матрицей ПЗС проекционной оптической системы увеличиваются продольные габариты ГМП. Однако при этом за счет перефокусировки данной системы возможен режим либо большого увеличения, либо большого поля зрения. В этом случае удобно использовать вариообъектив, фокусное расстояние которого изменялось бы соответственно изменению масштаба изображения в проекционной системе.

В ТВ-системах используются, как правило, сравнительно короткофокусные, но широкоугольные и светосильные объективы. Они имею постоянное или переменное фокусное расстояние. Во втором случае используются панкрати-ческие объективы (вариообъективы). При этом изменение фокусного расстояния может осуществляться вручную или автоматически с помощью сервопривода. В последнем случае объективы называются трансфокаторами или zoom-объективами.

Объективы для НТВС различаются также по методу управления диафрагмой, регулирующей световой поток, поступающий в НТВС. Бывают объективы без регулировки диафрагмы [2 - 5]. Их применяют в случае, если в помещении, где установлена НТВС, не происходит изменения освещенности либо в ТВ-камере имеется электронный затвор. Используются также объективы с ручной регулировкой диафрагмы (Manual Iris). Их применяют в помещениях с постоянным уровнем освещенности. Диафрагму регулируют вручную в целях достижения оптимальной чувствительности НТВС либо установки нужной глубины резкости. В общем случае применения НТВС в них используются объективы с автоматически регулируемой диафрагмой (Auto Iris). Чаще всего их называют «объективы с автодиафрагмой» или АРД (Video Drive). Для управления размером диаметра диафрагмы используется либо видеосигнал с отдельного выхода ТВ-камеры (объектив с видеоприводом - Video Drive), либо сигнал постоянного тока, снимаемый со всего разъема подключения от ТВ-камеры к объективу (объектив с прямым приводом - Direct Drive). Объективы с АРД, управляемые видеосигналом, обозначаются «Video», а с управлением постоянным током – «DC» или «DD». Пределы регулировки диаметра диафрагмы определяют динамический диапазон ее изменения. Максимальный размер диафрагмы определяется относительным отверстием объектива при полностью открытой диафрагме, минимальный диаметр диафрагмы – когда она полностью закрыта. Чтобы расширить динамический диапазон, в центральной части объектива с АРД устанавливают нейтральный фильтр (Neutral Density Spot Filter), который занимает только центральную малую часть диафрагмы. При открытой диафрагме такой фильтр практически не влияет на пропускание объектива, а при полностью закрытой диафрагме в значительной степени ослабляет световой поток.

Вариообъективы-трансфокаторы бывают с автоматической или с дистанционной регулировкой диафрагмы. В первом случае не нужно в течение суток подстраивать яркость изображения, а во втором случае достигается более высокое качество изображения. Существуют два типа резьбового крепления объектива к ТВ-камере [3]: старый «С» и новый «СS». Эти соединения имеют одну и ту же резьбу М25,4×0,8, но различные задние рабочие отрезки: 17,526 и 12,5 мм соответственно. ТВ-камеры с С-резьбой могут работать только с объективами с С-резьбой, а ТВ-камеры с СS-резь-бой допускают использование объектива любого формата резьбы. Для использования объектива формата С к ТВ-камере формата СS применяются соответствующие переходные кольца С/СS (С/СS-adapter). Кроме стандартных объективов, для ТВ-камер со скрытной установкой используются микрообъективы типа «игольное ушко» (Pin-Hole) либо микрообъективы с вынесенным входным зрачком, к которым предъявляются менее высокие требования по точности установки в стене. Однако в технике ночного ви-

Фото 1. Объективы COMPUTAR: а – с фиксированной диафрагмой, модель T0812CS; б – с ручной регулировкой диафрагмы, модель T2314FICS;

в – с автоматической регулировкой диафрагмы, модель HG1214FCS;

г – вариофокальный с автоматической регулировкой диафрагмы, модель HG2Z4516AFCS; д – трансфокатор с автоматической регулировкой фокусного расстояния и диафрагмы, модель T10Z5712DC-CS

дения такие объективы практически не применяются. Для повышения светосилы используются асферические объективы, отличающиеся соответственно более высокой стоимостью. Типичный внешний вид объективов для ТВ-камер дан на фото 1 , а их основные параметры – в табл. 2 .

Наибольшей популярностью пользуются объективы фирмы СВС Co., Ltd (Япония). Ее интересы в Европе представляет фирма CDC (Deutschland) GmbH (Германия). Объективы фирмы СВС Co. имеют торговую марку COMPUTAR. Торговая марка известных объективов DAIWON принадле- жит фирме Daiwon Optical Co., Ltd (Южная Корея), а EVETAR - фирме Xiamen Leading Optics Co., Ltd.

В практике применения ТВ-систем используются черно-белые и цветные ТВ-мониторы. При этом применяются ТВ-мониторы, выполненные либо на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) ( табл. 3 ), либо ЖК-индикато-ров ( табл. 4, 5 ). ЦНИИ «Электрон» (РФ) для наголовных и малогабаритных ТВ систем разработал семейство миниатюрных ЭЛТ [2]. В частности, в [6] описан ТВ-монитор на базе кинескопа 3ЛК1Б с размерами изображения 12×9 мм, разрешением 400 ТВ-линий, напряжением питания =12 В, энергопотреблением <3,6 Вт, массой <110 г, габаритами 100×70×30 мм. НИИ «Платан» (РФ) разработал малогабаритную ЭЛТ формата 0,5” с полным диаметром 18 мм, рабочим диаметром 12 мм, длиной 65 мм, массой 65 г, напряжением питания 7,5 кВ [2]. Разработанный ранее в НИИ «Платан» ЭЛТ «Люверс» имел габариты Ø26×130 мм, массу 130 г при рабочем диаметре 19 мм [2]. Для большинства практических применений используются стандартные ТВ-мониторы на базе ЭЛТ ( табл. 3, фото 2 ), но все чаще используются ЖК ТВ-мониторы ( табл. 4, 5 ). Они имеют минимальные массу, габариты и энергопотребление [7].

Фирма Kopin (США) создала модель Gyber Display SVGA LVS с диагональю экрана 0,44 дюйма при разрешении 800×600 пикселей. Она имеет на 30% меньшее энергопотребление и на 45% меньшие размеры по сравнению со стандартными аналогами с диагональю 0,59 дюйма [8]. За последние годы появились ТВ-мониторы на основе органических светодиодов (OLED) [9]. Новые модели по сравнению с аналогичными по размерам ЖК ТВ-мониторами отличаются на 40% меньшей массой, высоким коэффициентом контрастности 106:1, цветовым охватом 107%, яркостью экрана 550 кд/м ² [9].

Для применения ТВ-систем охранного наблюдения необходимо значительное количество ТВ-камер, каждая из которых просматривает свой сектор охраняемого пространства. Для передачи на единый ТВ-монитор изображения от различных ТВ-камер используются видеокоммутаторы

( табл. 6, фото 3 ). Через определенное время видеокоммутатор выводит на единый ТВ-монитор изображение, создаваемое в той или иной камере. При срабатывании сигнализатора тревоги в случае появления в поле зрения конкретной камеры опасного объекта видеокоммутатор автоматически выводит изображение этой камеры на ТВ-монитор. При значительном количестве ТВ-камер используются программируемые матричные коммутаторы, позволяющие избежать усложнения пульта управления всей системой. Они выводят изображения ТВ-камер на ТВ-монитор по определенной программе за строго заданное время, управляют поворотными устройствами ТВ-камер, их объективами-трансфокаторами, позволяют переключать изображения в заданной последовательности на различные ТВ-мониторы [2, 3].

Для записи ТВ-изображения от нескольких ТВ-камер на один видеомагнитофон используются мультиплексоры ( табл. 7, фото 4 ). Они позволяют одновременно записывать изображение и считывать ранее записанную информацию. Для определения наличия опасного подвижного объекта в охраняемом помещении мультиплексоры имеют детекторы активности, а для уточнения данных об этом объекте (его конкретное положение, размеры, направление движения и пр.) – встроенные детекторы движения. С их помощью мультиплексор выводит на ТВ-монитор изображение, содержащее объект и сигнализирует о его наличии оператору. Детектор движения необходим также и в связи с тем, что один оператор не в состоянии воспринять зрительную информацию больше, чем с 5 – 6 ТВ-мониторов одновременно. Поэтому при значительном их количестве детектор движения автоматически включает сигнал тревоги и видеомагнитофон на запись. Наиболее эффективны цифровые детекторы движения, в которых происходит сравнение последующего ТВ-кадра с предыдущим, записанным в оперативную память детектора. Все детекторы – программируемые, им задается сектор обзора, время суток, размеры, скорость, направление перемещения ожидаемого объекта-нарушителя и прочие параметры. Детектор может

в

Фото 2. ТВ-мониторы фирмы Sanyo: а - черно-белый ТВ-монитор VM-6620P на ЭЛТ; б – цветной ТВ-монитор VMC-8619P на ЭЛТ; в – ЖК ТВ-монитор PPC174T фирмы ProSoft

Фото 3. Коммутатор видеосигнала TS-908 фирмы Микровидео Группа (Россия)

Фото 4. а – мультиплексор ZMX+CD16M4 фирмы Baxall Ltd;

б – мультиплексор - матричный коммутатор DVMRe компании Matrix KALATEL

иметь режим трассировки, при котором траектория перемещения объекта помечается на экране ТВ-монитора белыми точками. Современные детекторы движения, обеспечивающие функцию видеоанализа, могут обслуживать одновременно от одного до 24 ТВ-каналов, причем для каждого канала программирование осуществляется индивидуально. Основные параметры типичных детекторов движения [3] сведены в табл. 8 .

Для одновременного просмотра изображения от 4-х ТВ-камер используется квадратор. На его экране представлены четыре изображения от каждой из камер (цветной или черно-белой). Возможно обеспечение раздельной регулировки изображений по каждому каналу. В квадраторах отсутствуют потери информации на время переключения ТВ-камер, характерные для видеокоммутаторов [4]. При необходимости на экране квадратора можно последовательно воспроизводить полноэкранные изображения. Возможность его электронного увеличения и запоминания также являются преимуществами квадраторов. Наличие встроенного датчика движения, а также входов/выходов тревоги позволяет использовать квадратор для сигнализации тревоги, сигнал которой возникает также при пропадании видеосигнала. Основные параметры типичных квадраторов даны в табл. 9 , а внешний вид квадратора – на фото 5 ■

Фото 5. Квадратор WJ-MS424 фирмы Panasonic

Окончание в № 4, 2009 г.