Специализированные видеокамеры

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА»

Альт лазер: специализированные видеокамеры

С. Н. Колпаков,
А. А. Приемко, канд. техн. наук


Институт радиофизики и электроники
НАН Украины, г. Харьков
ООО «Альт лазер», г. Харьков

Видеокамеры давно стали привычным атрибутом нашей жизни. Они постоянно наблюдают за нами через видеосистемы служб безопасности, снимают безразмерные сериалы и являются необходимой встроенной функцией практически всех современных сотовых телефонов и смартфонов. Видеокамера позволяет снимать «кино» или, попросту говоря, представляет собой устройство, преобразующее световой поток в видеосигнал и далее — в последовательность кадров

В подавляющем большинстве случаев вполне можно обойтись серийно выпускаемыми видеокамерами, которые имеют набор стандартных управляемых параметров. При решении нестандартных задач акцент смещается только на некоторые из них.

Например, необходимо получить максимальную частоту кадров при заданном разрешении. Один из вариантов решения этой задачи — перевод камеры в заданный момент времени в черно-белый режим. Или, очень часто необходимо минимизировать время «перехода» камеры из режима полной засветки в режим минимальной засветки и наоборот. Это реализуется с помощью специальных алгоритмов управления камерой. В ряде случаев главным критерием применимости видеокамеры является нормальная работа при больших ударных нагрузках и в широком диапазоне рабочих температур. В этом случае конструкция корпуса и элементов крепления камеры играет определяющую роль.

Ниже приведено краткое описание основных параметров, управлением которыми можно добиться решения тех задач, для которых предназначена видеокамера.

Размер матрицы

Наиболее часто встречающиеся матрицы имеют размер диагонали 1“, 1/2“, 1/3“ и 1/4“. Размер матрицы видеокамеры, в первую очередь, влияет на разрешение (качество) изображения камеры. От этого параметра зависят характеристики используемого объектива.

Разрешение видеокамеры

Разрешение характеризует способность различать мелкие детали. Для аналоговых камер разрешающая способность определяется в телевизионных линиях, для цифровых видеокамер — в пикселях.

Чувствительность

В основных характеристиках видеокамер всегда указан минимальный уровень освещенности, при котором камера способна различать объекты. Если, например, видеокамера имеет минимальный уровень освещенности 0,005 лк, это означает, что при освещенности менее 0,005 лк видеокамера ничего не воспринимает. Светочувствительность черно-белых камер выше, чем у цветных, и поэтому в условиях низкой освещенности, возможно, придется пожертвовать цветом.

Автоматическая регулировка усиления

АРУ — процесс стабилизации амплитуды видеосигнала на выходе видеокамеры. При малой освещенности амплитуда видеосигнала автоматически увеличивается, при большой — автоматически уменьшается. То есть в видеокамере реализовано автоматическое слежение за изменением видеосигнала.

Отношение сигнал/шум

Отношение сигнал/шум указывает уровень зернистости, или «снега», в изображении. На цветном изображении могут быть цветовые вспышки или другие артефакты. Отношение сигнал/шум показывает, насколько качественным может быть видеосигнал видеокамеры, особенно в условиях низкой освещенности. Шума избежать невозможно, но его можно минимизировать. Высокое соотношение сигнал/шум в камерах, использующих качественные матрицы большого размера, уменьшает этот шум. В сложных случаях приходится рассчитывать и изготавливать специализированный объектив, применять сложные алгоритмы обработки видеосигнала, защищать от внешних электромагнитных воздействий и даже понижать температуру электроники до очень низких температур.

Гамма-коррекция

Гамма-коррекция указывает на то, что в видеокамере используется нелинейная зависимость выходного видеосигнала от освещенности объекта. Это делается для того, чтобы темные и светлые места на изображении имели одинаковое количество градаций яркости.

Компенсация встречной засветки

Часто необходимо передать темные участки изображения на ярком фоне. Например, если рассматривать объект на фоне солнца. Наличие в камере компенсации встречной засветки позволяет четко видеть объекты практически в любой подобной ситуации. Цифровые видеокамеры имеют электронный затвор, который выборочно выставляет различные времена экспозиции для различных частей изображения, поэтому все изображение получается выровненным по яркости и со всеми деталями.

Баланс белого

Баланс белого устанавливается для правильной цветопередачи изображения на объекте при использовании различных типов источников света. Для того, чтобы видео­камера адекватно передавала цвет объекта независимо от цветовой температуры источника освещения, видеосигнал обрабатывается автоматической системой баланса белого.

Электронный затвор

В видеокамерах имеется электронный затвор, предназначенный для адаптации к изменениям уровня освещенности. Он отвечает за длительность выдержки, т. е. количество света, попавшего на матрицу перед формированием изображения. Благодаря электронному затвору компенсируется излишняя яркость снимаемой сцены. Чем короче выдержка, тем выше качество съемки быстродвижущихся объектов. Электронный затвор позволяет установить выдержку от 1/50 до 1/100000 секунды.

Регулировка диафрагмы

Автоматическое регулирование величины диафрагмы объектива используется для контроля количества света, попадающего на матрицу. Это устраняет необходимость держать диафрагму объектива постоянно открытой (что необходимо при использовании электронного затвора). При этом повышается глубина резкости.

Частота кадров

Данный параметр характеризует максимальное количество кадров в секунду, которое способна передать видеокамера. Это значение напрямую связано со значением разрешения. Например, при работе видеокамеры с разрешением 1600 × 1200 можно максимально получить 15 кадров в секунду, но та же камера в режиме 800 × 600 теоретически сможет работать с частотой до 60 кадров в секунду. На практике максимальная частота кадров может быть ниже вследствие влияния скорости и сложности обработки видеосигнала электроникой камеры.

Как правило, купить готовую видеокамеру с нестандартными режимами работы не всегда представляется возможным по причине отсутствия в принципе таковой камеры или ее необоснованной дороговизны. Поэтому разработка и изготовление видеокамер непосредственно под требования заказчика сейчас является довольно актуальной задачей.

В качестве примера приведем основные характеристики трех типов видеокамер из линейки устройств, разработанных и выпускаемых фирмой «Альт лазер». Эти камеры были разработаны и используются для решения специализированных задач.


Альт лазер

Украина, г. Харьков, ул. Ак. Проскуры, 12
т/ф: +380 57 720-37-43, +380 50 301-82-40
[email protected]
www.altlaser.com

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.