Главная » Черно белые телевизионные камеры с «НОЧНЫМ» режимом.
Статьи

Черно белые телевизионные камеры с «НОЧНЫМ» режимом.

Почему ночью нужно менять режим?

Свет —это поток фотонов.Отражаясь от объектов и пройдя через объектив теле визионной камеры,фотоны попадают на фоточувствительную поверхность матрицы ПЗС.На границе раздела полупроводник диэлектрик фотоны преобразуются в фо тоэлектроны,которые собираются в нако пительных ячейках —пикселах матрицы ПЗС. Ночью поток фотонов уменьшается.Чис ло фотоэлектронов,накапливаемых в пиксе ле изображения за кадр,уменьшается с со тен тысяч днем до десятков и даже единиц ночью.Шум становится главным препятстви ем получения качественного изображения. Источников шума два.Первый обус ловлен дискретной природой света. Можно сказать,что световой поток шумит. Фотоны падают на фоточувствительную по верхность неравномерно по времени и не точно в пространстве.Поэтому нельзя из мерить один фотон.Измерить группу фотонов можно с точностью до фотонного шума,определяемого корнем квадратным из их числа.Чем больше фотонов в пиксе ле,тем лучше отношение сигнал/шум и тем более качественное и четкое изображение. Второй источник шума — шум считы вания выходного у тройства ПЗС пример но равен 30 электронам/пиксел.Чтобы увидеть крупные объекты на изображе нии,отношение сигнал/шум должно быть не менее 10.Считая,что квантовый выход ПЗС примерно 0,2 и время накопления поля 20 мс можно определить,что ми нимальная плотность потока фотонов должна быть 30/0,2*10/0,02 =75000 фотонов/ элемент/секунду.При объективе с относительным отверстием F1.2 такая плотность фотонов примерно соответствует чувствительности стандартной телевизионной ка меры 0,02 люкса на объекте.При столь малой освещенности уровень сигнала на вы ходе ПЗС уменьшается до единиц милливольт.Его нужно усилить,иначе мы увидим лишь черный экран видеомонитора.Приусилении одновременно с сигналом возра стает шум,который днем был незаметен.В результате на экране видеомонитора появ ляется шум, напоминающий кружащиеся серые снежинки.

Gif 342x244, 13416 байт

Gif 339x233, 11546 байт

Шум приводит к потере мелких деталей изображения Чем темнее,чем ниже отношение сигнал/шум,тем меньше разрешающая способность телевизионной камеры. Например,телевизионная камера с матрицей ПЗС 582 х 752 элементов днем обладает разрешающей способностью 570 телевизионных линий (отношение сигнал/шум превышает 500). Вечером эта же камера имеет разрешающую способность 300 линий (отношение сигнал/шум 100). Ночью,при уменьшении отношения сигнал шум до 10 разрешающая способность камеры падает до 100 и менее телевизионных линий. Можно сделать вывод: ночью высокая разрешающая способность телекамере не нужна,так как принципиально не может быть реализована из за шума. Поскольку шум приводит к «размытию» краев и деталей не только неподвижных, но и движущихся объектов,то можно сделать второй вывод: ночью допустимо увеличение инерционности работы телекамеры,так как четкие контура движущихся объектов принципиально не могут быть получены из-за шума. Нужно отметить, что в естественных аналогах телекамеры - глазах человека и животных учтены сделанные выше выводы. Механизм работы глаз ночью автоматически изменяется. Ночью с целью достижения максимальной чувствительности рецепторы глаз объединяются в группы, в результате видение в большей темноте достигается ценой ухудшения разрешающей способности. Аналогично в темноте возрастает инерционность глаза (увеличивается время накопления фотонов), что также приводит к улучшению чувствительности. Очевидно, что и в телевизионных камерах следует делать так же, как природа делает в своих «естественных телекамерах» - глазах. То есть, ночью телевизионная камера должна автоматически обменивать уменьшение разрешающей способности и быстродействия на увеличение чувствительности.

Накопление сигнала до вздействия шума в телевизионных камерах Существуют различные методы повышения чувствительности телевизионных камер: аналоговые и цифровые, с помощью изменения режима ПЗС и путем использования специальной оптики и т.д. Нужно подчеркнуть, что множество этих способов основано на фундаментальном принципе выделения сигнала из шума «принципе накопления энергии сигнала». Этот принцип базируется на коренном отличии сигнала от шума. Сигнал всегда однополярный (в телевидении положительный) и имеет ограниченную полосу частот. Шум всегда дифференциальный с нулевым математическим ожиданием и со значительно более широкой полосой частот. В результате простое сложение (накопление) порций «сигнал плюс шум» будет приводить к линейному росту уровня сигнала и только к замедленному (по закону корня квадратного) росту среднего отклонения размаха шума. Каждые 100 сложений улучшают отношение сигнал/шум в 10 раз. Принцип накопления энергии сигнала используется во всех способах повышения чувствительности, будь это пространственно временное суммирование или низкочастотная фильтрация. В телевизионных камерах фирмы «ЭВС» используется особый способ повышения чувствительности, который можно условно назвать «накопление до воздействия шума». Суть его в том, что дополнительное суммирование (накопление) сигнала производится в самой матрице ПЗС до того, как сигнал попал в выходное устройство и к нему присоединился шум считывания. В Накопление сигнала до воздействия шума Накопление сигнала с шумом (стандартный метод) результате происходит сложение сигнала без сложения шума, а шум добавляется в выходном устройстве ПЗС один раз на каждую сумму сигналов. В результате четырехкратное сложение приводит к десятикратному росту отношения сигнал/шум, а не к 2-х кратному, как в обычных методах. Этот режим возможен благодаря тому, что при малых сигналах шум считывания значительно превосходит фотонный шум и последний практически не оказывает влияния на результат накопления.

Gif 264x211, 5629 байт

2 ВИДА «НОЧНЫХ» РЕЖИМОВ

В телекамерах фирмы «ЭВС» используются 2 вида «ночных» режимов, в которых работает накопление сигнала до воздействия шума. В телевизионных камерах на платах PCS-551N, PCS-555N, PCS-751N, PCS-753N, PCS-755N применяется «ночной» режим 1, заключающийся в автоматическом обмене разрешающей способности камеры на чувствительность при малых уровнях освещенности. Максимальное число сложений равное 10 в камерах стандартного разрешения и 12 в камерах высокого разрешения приводит к пропорциональному росту чувствительности в 10-12 раз соответственно. В телевизионных камерах на платах PCS-752N и PCS-754N применяется «ночные» режимы 1+2. Второй «ночной» режим заключается в увеличении времени накопления телевизионной камеры при уменьшении освещенности до 16 телевизионных кадров. Суммарный выигрыш чувствительности в режимах 1+2 превосходит 100 раз. Помимо «ночных» режимов 1 и 2 для достижения максимальной чувствительности в телекамерах «ЭВС» применяются сверхсветосильные асферические объективы, обеспечивающие выигрыш в чувствительности до 2,5 раз по сравнению со стандартными. В моделях PCS-555N, PCS-752N, PCS-753N, PCS-754N и PCS-755N используются новые «ExwaveHad» матрицы ПЗС фирмы «Sony» с улучшенной в 3-4 раза чувствительностью. Экспериментальное сравнение телекамер по мере добавления различных улучшающих чувствительность элементов показывает, что добавление каждого из них улучшает чувствительность настолько, что появляются ситуации типа «видит не видит». То есть при уменьшении освещенности, когда камера без очередного элемента повышения чувствительности выводит на экран монитора только изображение шума, камера с этим элементом достаточно уверенно выводит изображение объекта.

Gif 450x138, 29303 байт

На приведенных ниже снимках видно, как при освещенности 0,001 люкса стандартная камера (Panasonic WV-BP312) формирует только шумовое изображение (рис.I). Камера с «ночным» режимом 1 (VNC-701) на стандартной матрице ПЗС уже позволяет наблюдать сигнал при интенсивном шуме (рис. II). При установке в камеру VNC-705 матрицы ПЗС типа «ExwaveHad» отношение сигнал/шум улучшается в 3 раза, что позволяет уже различать детали изображения (рис.III). В камере VNC-702 с «ночными» режимами 1+2 и 1/2" матрицей ПЗС «ExwaveHad» имеется 20-ти кратный запас по чувствительности и изображение выглядит почти как днем (рис. IV).

Jpg 312x232, 9557 байт[1]

Jpg 312x232, 8919 байт[2]

Jpg 312x232, 6606 байт[3]

Jpg 312x232, 4467 байт[4]

Рекомендации по установке и ремонту

От правильной установки камеры зависит качество формируемого изображения. Камеру по возможности нужно устанавливать так,чтобы в поле зрения немогло попасть Солнце,а небо занимало минимальную площадь изображения. Наружные камеры серии V*P поставляются с защитными козырьками различной длины –в зависимости от фокусного расстояния объектива. Поэтому, при необходимости смены объектива следует сменять и козырек так, чтобы его длина была максимально возможной, пока он еще не ограничивает поле зрения камеры. Кронштейн наружной камеры нужно прочно закреплять на стене или столбетак, чтобы не было колебаний камеры от ветра. Кабель, подходящий к камере должен быть влагонепроницаемым надежно распаянным на разъем. После юстировки наружной камеры стопорные гайки следует прочно затянуть специальным ключом, а кабель закрепить на стене рядом с камерой. При эксплуатации телекамер могут возникать ситуации, приводящие к выходу из строя элементов электрической схемы. К таким ситуациям относятся: неисправность блока питания, приводящая к увеличению напряжения питания, броски напряжения в подходящих силовых сетях, разрушение и короткое за мыкание кабеля, удар молнии вблизи камеры и т.д. Ремонт бескорпусных и внутренних камер на платах размерами 32х32 мм возможен только в заводских условиях,так как,необходимо наличие миниатюрного паяльника и микроскопа. В наружных камерах можно на месте определить,какая из двух плат камеры неисправна: камерная плата или плата подогревания стекла, и после этого заменить неисправную плату. Для определения неисправной платы следует разобрать камеру и, соблюдая осторожность включить ее в разобранном состоянии. Вольтметром следует измерить напряжение на контакте 3 разъема Х4 (см.схему камер серии V*P). Если напряжение отличается от +5В, скорее всего,неисправна плата обогревания стекла и ее следует заменить.Если напряжение равно 5В, то неисправна камерная плата.

Ночные режимы в ПЗС камерах, 100 кратное улучшение чувствительности.

Обычно днем и ночью используют разные приборы. Днем и в сумерках в диапазоне освещенностей от 100000 до 0,1 люкс применяют телевизионные камеры. Ночью (от 0,1 до 0,00001 люкс)наблюдают приборами ночного видения на основе ЭОП (электронно оптических усилителей изображения). В последние годы наметилась тенденция к вытеснению ПЗС камерами приборов ночного видения с ЭОП первого и второго поколений. В 1999 году фирма «ЭВС » сделала заметный шаг в этом направлении. Новая линейка камер с ночными режимами двух видов наряду с высококачественным наблюдением днем позволяет ночью развивать чувствительность, превосходящую чувствительности приборов ночного видения с ЭОП поколений 1,2 и даже 2+. Сверхвысокая чувствительность в новых камерах «ЭВС» достигнута за счет автоматического изменения режима работы ПЗС матрицы ночью. В телекамерах VNC543 и VNC743 с рекордной чувствительностью 0,00004 люкса при снижении освещенности сначала автоматически включается режим интегрирования сигнала внутри матрицы ПЗС по площади изображения (суммируются сигналы соседних элементов), а затем по времени (суммируются сигналы нескольких телевизионных кадров). Нужно отметить,что в телекамерах других фирм применяется интегрирование только по времени, что приводит к недопустимо большой инерционности и смазу изображения движущихся объектов. «ЭВС» производит телевизионные камеры с ночными режимами разной сложности с коэффициентами улучшения чувствительности от 10 до 100, что дает потребителям возможность выбора нужного соотношения цена/качество.
Взято с http://daily.sec.ru

05.02.2010



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Облако тегов:

Верх упорства: набирать неверный пароль, пока компьютер не согласится.