Чувствительности телекамер, как и денег, всегда не хватает. Возможность наблюдения на большем расстоянии, на большей площади, с лучшим качеством при меньшей освещенности обеспечивается при увеличении чувствительности телекамер. Все усилия разработчиков телекамер направлены на сохранение потока света (фотонов) от объекта и последующее накопление сигнала (заряда) в матрице и устройстве обработки видеосигнала. Применение электронно-оптических преобразователей (ЭОП) перед матрицами ПЗС мы здесь не рассматриваем, так как стоимость таких камер возрастает более чем на порядок и появляются недостатки, присущие ЭОП (выжигание, пятна, малый ресурс и т.д.). По этим причинам телекамеры с ЭОП не нашли применения в системах безопасности.
Можно выделить четыре главных момента, определяющих высокую чувствительность современных ПЗС телевизионных камер:
- Применение высокочувствительных матриц ПЗС с микролинзами.
- Использование асферических светосильных объективов.
- Введение адаптивных режимов накопления и считывания заряда в ПЗС.
- Применение специальных электрических режимов, повышающих чувствительность матрицы ПЗС.
Первые два момента широко известны, легко реализуются и используются в камерах различных фирм. Типичными представителями таких камер являются камеры фирм WATEC (как японской, так и американской, которые ранее были единой фирмой). Например, в камерах WAT-902H, LCL-902HS, LCL-903HS и некоторых других применены матрицы ПЗС с микролинзами фирмы SONY с торговой маркой ExView. В сочетании со светосильными объективами F1,2 эти камеры обеспечивают чувствительность на объекте до 0,003 люкс при отношении сигнал/шум 20 дБ.
Дальнейший рост чувствительности возможен за счет накопления и обработки видеосигнала. Но простое накопление заряда в матрице ПЗС от 0,02 до 3 сек., как, например, в камерах фирмы Panasonic (WV-BP550 и WV-BL730), а также фирмы KAMPO (КС1003С) и PCAM (PC-360D), в которых применен режим "Electronic sensitivity enсhancer", не решает основной задачи систем безопасности - обнаружения преступника. Неприятность заключается в том, что преступник движется, и, следовательно, заряд не копится. Эти камеры также не нашли применения в системах безопасности.
Специалисты российской научно-производственной фирмы "ЭВС" более 5 лет назад предложили свой метод повышения чувствительности телевизионных камер, который не имеет рассмотренного выше недостатка. На западе этот метод получил название "Technology EVS". В сверхвысокочувствительных телевизионных камерах фирмы "ЭВС" (VNC-542, VNC-742) используется режим суммирования зарядового изображения по площади непосредственно в матрице ПЗС. При уменьшении освещенности ниже определенного уровня в этих телевизионных камерах автоматически изменяется режим считывания сигнала с матриц ПЗС, в результате чего на выходе камеры появляется суммированный сигнал: сначала это сумма 2-х элементов, затем 3-х, 4-х и так далее до 10 - 12 кратного сложения. В результате - во столько же раз повышается чувствительность камер без увеличения инерционности. В камерах VNC-542 и VNC-742 даже при свете звезд не происходит смазывания изображения движущихся объектов, поэтому они наилучшим образом подходят для построения охранных систем. "Платой" за повышение чувствительности в этих камерах является плавная потер
разрешающей способности при низких уровнях освещенности. Но лучше обнаружить преступника на изображении с меньшей четкостью, чем вовсе не заметить его.
Для еще большего увеличения чувствительности (до 0,00004 люкс) в камерах VNC-543 и VNC-743 фирмы "ЭВС" используется сочетание режима суммирования зарядового изображения по площади с режимом "Electronic sensitivity enсhancer", но в ограниченном временном диапазоне (до 0,2 секунд) так, чтобы смаз изображения движущихся объектов был не очень большим. Эти телевизионные камеры по чувствительности приближаются к приборам ночного видения на ЭОПах поколений два и два плюс, что позволяет использовать их в охранных системах объектов, имеющих ограниченное искусственное освещение.
Рис. Сравнение чувствительности ТВ камер
Еще одним способом повышения чувствительности телевизионных камер является применение специальных микрорежимов. Разработанные специалистами фирмы
"ЭВС" микрорежимы позволяют увеличить чувствительность в 2 раза без изменения временной и пространственной четкости. Реализация трех вышеперечисленных режимов обеспечивает лидирующее положение телекамер
"ЭВС" в разделе высокочувствительных камер.
Таблица высокочувствительных камер фирмы
"ЭВС":
Фирма |
Модель |
CCD |
Чувств. Лк
(F 0,8) |
Режим увеличения чувствительности |
Сложение заряда (раз) |
ЭВС |
VNC-542 |
ExView, SONY |
0,0002 |
Режим суммирования по площади |
10 |
ЭВС |
VNC-742 |
ExView, SONY |
0,0003 |
Режим суммирования по площади |
12 |
ЭВС |
VNC-543 |
ExView, SONY |
0,00004 |
Режим суммирования по площади и Electronic sensitivity enсhancer |
100 |
ЭВС |
VNC-743 |
ExView, SONY |
0,00004 |
Режим суммирования по площади и Electronic sensitivity enсhancer |
100 |
Только такое десяти-, стократное преимущество позволило камерам "ЭВС" выиграть очную и заочную конкуренцию на западном рынке и осуществлять экспорт телекамер в Германию, Англию, США, Францию и другие страны.
Новые мегапиксельные телевизионные камеры фирмы "ЭВС".
Помимо чувствительности, огромное значение имеет разрешающая способность телевизионной камеры. Обычные камеры (стандартного и высокого разрешения) в ряде случаев не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к охранным телевизионным системам. Нередко, когда после тревожного события просматриваются записанные видеоматериалы, оказывается, что невозможно различить лица нарушителя, определить номер автомобиля, проехавшего в запрещенной зоне. Поэтому телевизионные камеры сверхвысокого разрешения (1, 2 и 3 Мегапикселя) начинают применяться в современных охранных системах. Такие камеры выполняются как сетевые с аппаратным сжатием телевизионного сигнала. Особенно удобно строить сетевые системы на основе уже проложенных компьютерных сетей в пределах одного здания. Однако при возрастании числа камер и длины кабелей появляются ограничения по пропускной способности, а также резко увеличиваются затраты на сетевое оборудование. В целом, сетевая система получается в несколько раз дороже аналогичной, построенной с использованием обычных аналоговых камер.
Для решения задачи построения недорогих мегапиксельных телевизионных систем фирма "ЭВС" разрабатывает новые 1,3, 2,0 и 3,2 мегапиксельные камеры с двумя выходными интерфейсами: USB 2.0 и аналоговым (1 Вольт на нагрузке 75 Ом).Такие камеры можно устанавливать как в непосредственной близости к компьютерам (USB 2.0 интерфейс), так и на расстоянии в несколько сотен метров (аналоговый интерфейс). Для приема аналоговых мегапиксельных сигналов используется специальное внешнее устройство ввода сигнала в компьютер "Контраст USB", обеспечивающее ввод 16 -ти телевизионных камер в компьютер, как обычных, так и мегапиксельных.
Основные параметры мегапиксельных телевизионных камер приведены в таблице.
Модель |
VEC-001 |
VEC-002 |
VEC-003 |
Число элементов фотоприемника КМОП |
1280х1024 |
1600х1200 |
2048х1536 |
Формат фотоприемника (дюйм) |
1/3" |
1/2" |
1/2" |
Разрешение, ТВ линий |
900 |
1200 |
1500 |
Возможные форматы изображений и соответствующие частоты кадров для одной камеры |
1280х1024 -15Гц
640х480 -30Гц |
1600х1200 -10Гц
800х600 -40Гц |
2048х1538 -7,5Гц
1024х768 -20Гц
1024х190 -78Гц |
Выходные интерфейсы |
USB 2.0, аналог. |
USB 2.0, аналог |
USB 2.0, аналог |
Максимальное отношение сигнал/шум |
54 дБ |
54 дБ |
54 дБ |
Чувствительность при F1,2 и с/ш = 20 дБ |
0,5 люкс |
0,3 люкс |
0,3 люкс |
Напряжение источника питания, В |
+ 9 ... + 12,5 |
+ 9 ... + 12,5 |
+ 9 ... + 12,5 |
Потребляемый ток, не более мА |
200 |
220 |
240 |
Габаритные размеры, мм |
50х50х75 |
50х50х75 |
50х50х75 |
Пример построения аналоговой телевизионной системы с использованием обычных и мегапиксельных телевизионных камер фирмы
"ЭВС" приведен на рисунке.
Нужно учитывать, что при использовании в системе нескольких мегапиксельных камер частота обновления информации будет ниже, чем при использовании обычных камер. Например, в наиболее сложном случае одновременного использования 16-ти камер VEC-003 частота кадров записываемых сигналов составит 1 кадр в 5 секунд.
Достижения "ЭВС" в разработке телевизионных камер сверхвысокой чувствительности и сверхвысокого разрешения позволяет фирме уверенно удерживать позиции лидера-производителя российских телевизионных камер. Недавнее оснащение заводского производства новой американской автоматической линией поверхностного монтажа высокой точности (возможность установки элементов размера 0201 и BGA микросхем) увеличило не только производительность, но качество и надежность камер. Стратегия "ЭВС" направлена на продвижение новых технологий на российский и зарубежные рынки и рассчитана на долгосрочное партнерство и сотрудничество с фирмами, работающими в области охранного телевидения.
Авторы : Лебедев Н. В., канд.техн.наук, Куликов А. Н., канд.техн.наук