Бондарев Физическая засчита ядерных обектов 2008

4,4 МГц), то сигнал яркости принудительно ограничивается полосой 3,8 МГц. Это соответствует разрешению около 420 ТВЛ. Некоторые производители указывают разрешение цветных телекамер 480 и более, но при этом, как правило, не акцентируют внимание, что это разрешение реализуется только если сигнал снимается с Y-C (SuperVHS) или компонентного (RGB) выхода. В этом случае сигналы яркости и цветности от телекамеры передаются двумя (Y-C) или тремя (RGB) отдельными коаксиальными кабелями. При этом все промежуточное оборудование (мониторы, коммутаторы, видеомагнитофоны) должны обладать входами/выходами типа Y-C или RGB. В противном случае, единственный промежуточный элемент, обрабатывающий полный видеосигнал, ограничит полосу пропускания 3,8 МГц.

Чувствительность. Еще один важный параметр ТК – чувствительность. Чаще всего под чувствительностью понимают минимальную освещенность на объекте, при которой можно различить переход от черного к белому, но иногда подразумевают минимальную освещенность на ПЗС-матрице. С теоретической точки зрения более правильно было бы указывать освещенность на матрице, так как в этом случае не нужно оговаривать характеристики используемого объектива. Но пользователю при подборе телекамеры удобней работать с освещенностью объекта, которую он заранее знает. Поэтому обычно указывают минимальную освещенность на объекте, измеренную в стандартизированных условиях – коэффициент отражения объекта 0,75 и светосила объектива 1,4.

Формула, связывающая освещенность на объекте и на матрице:

EПЗС = Eобъект R ,

πF 2

где ЕПЗС и Еобъект – освещенность ПЗС-матрицы и объекта наблю-

191

дения, R – коэффициент отражения объекта (см. табл. 4.2), F – светосила объектива.

На рис. 4.8 показан график зависимости относительной чувствительности человеческого глаза и черно-белой телекамеры от длины волны светового излучения. По сравнению с человеческим глазом чувствительность черно-белых телекамер существенно сдвинута в инфракрасную (ИК) область. Это позволяет при недостаточной освещенности использовать специальные инфракрасные прожекторы. Инфракрасное излучение не видно человеческому глазу, но фиксируется телекамерами.

Рис. 4.8. График зависимости относительной чувствительности глаза человека и черно-белой телекамеры от длины волны излучения

Цветные ТК обладают меньшей чувствительностью, чем чер- но-белые телекамеры, так как характеристика спектральной чувствительности цветных ТК близка к характеристике спектральной

192

чувствительности человеческого глаза. Но это не сильно ограничивает возможности применения цветных телекамер.

Чувствительность современных черно-белых телекамер составляет порядка 0,01–1 лк при F1,2. Самые чувствительные телекамеры можно использовать ночью для наблюдений без инфракрасной (ИК) подсветки. Такие ТК обеспечивают приемлемое качество видеосигнала при лунном свете (см. табл. 4.1).

Отношение «сигнал/шум». В данных, приводимых в описаниях телекамер, указываются значения «сигнал/шум» для оптимальных условий, например при освещенности на матрице 10 лк и при выключенной автоматической регулировке усиления и гаммакоррекции. По мере уменьшения освещенности сигнал становится меньше, а шум, вследствие действия автоматической регулировки усиления (АРУ) и гамма-коррекции, больше.

Нередко чувствительность телекамеры указывают для «приемлемого сигнала», под которым подразумевается такой сигнал, при котором отношение «сигнал/шум» составляет 24 дБ. Это эмпирически определенное предельное значение зашумленности, при котором изображение еще можно записывать на видеопленку и надеяться при воспроизведении что-то увидеть.

Другой способ определения «приемлемого» сигнала – шкала

IRE (Institute of Radio Engineers). Сигнал изображения (ампли-

туда 714 мВ) принимается за 100 единиц IRE (полный видеосигнал 140 IRE – амплитуда 1 В). «Приемлемым» считается сигнал около 30 IRE. Некоторые производители, в частности BURLE, указывают чувствительность при величине «приемлемого» сигнала для 25 IRE, некоторые для 50 IRE (уровень сигнала – 6 дБ). Выбор «приемлемого» уровня определяется отношением «сигнал/шум». Усилить электронный сигнал нетрудно, но при этом и шум усилится тоже.

193

Конструктивные характеристики

Конструкция узла крепления объектива. Если телекамера не имеет встроенного объектива, в ее конструкции предусмотрен узел присоединения для установки сменных объективов. Существуют два стандарта узлов присоединения объективов на телекамеры с резьбой 2,54х0,8, но с разными расстояниями до опорной плоскости:

•17,526 мм для «С» стандарта;

•12,5 мм для «CS» стандарта.

На некоторых моделях ТК имеется узел регулировки «С» или «CS» положения принимающего прибора (ПЗС-матрицы). Телекамеры с фиксированным «С»-креплением могут работать только с объективами типа «С», при попытке поставить на «С»-камеру «CS»-объектив изображение получиться размазанным, а телекамеры с фиксированным «CS»-креплением допускают подсоединение объективов типа «С» с адаптером крепления (см. крепление объективов).

Конструкция узла крепления телекамеры. Узел крепления предназначен для установки телекамеры в кожухе, на кронштейне и тому подобное. Существуют следующие стандарты для крепления выпускаемых ТК:

•1/4" – 20 UNC;

•3/8" – 16 UNC.

Комплектация. Большинство выпускаемых ТК имеют стандартный дизайн и поставляются без объектива, источника питания и другого вспомогательного оборудования, которое приходится выбирать отдельно в соответствии с потребностями. Однако выпускаются и оборудованные ТК, такие как:

194

•миниатюрные бескорпусные и корпусные ТК со встроенным объективом;

•офисные телевизионные камеры, имеющие встроенный объектив, кронштейн и оригинальный декоративный кожух, а также, если необходимо, аудиоканал;

•герметизированные телевизионные камеры. Состоят собственно из ТК, объектива и прочного герметичного кожуха, заполненного сухим азотом, с встроенным нагревателем;

•высокоскоростные поворотные телекамеры типа AutoDome

спредустановками. Включают в себя собственно ТК с объективом, оснащенным трансфокатором, высокоскоростное поворотное устройство и декоративный кожух с кронштейном. Данные телекамеры способны запомнить до 99 положений, включая все установки ТК и объектива;

•телекамеры со встроенным радиочастотным передатчиком видеосигнала или передатчиком по телефонной линии.

Классификация телевизионных камер

Стандарт видеосигнала. Существуют стандарты для цветных и черно-белых камер. Для черно-белых СТН используются следующие стандарты выходного видеосигнала:

•CCIR – разрешение по вертикале 625 ТВЛ;

•EIА – разрешение по вертикале 525 ТВЛ.

Для систем цветного видеонаблюдения используются стандарты выходного видеосигнала:

•PAL;

•SECAM;

•NTSC.

Система PAL на 625 строк принята как стандарт в 1967 г. для телевизионного вещания в ряде стран Европы, в Австралии и дру-

195

гих регионах. Система PAL – трехсигнальная одновременная с квадратурной амплитудной модуляцией (одновременно передаются сигнал яркости и два цветоразностных сигнала). Название PAL – аббревиатура полного названия системы «Phase Alternation Line», что означает: система с переменной по строкам фазой сигнала цветности на поднесущей.

Система SECAM – двухсигнальная: одновременно передаются два сигнала – сигнал яркости (во всех строках) и один из цветоразностных на поднесущей частоте путем частотной модуляции колебаний частотной поднесущей. SECAM в переводе означает «Последовательная передача цветов и их воспроизведение при помощи запоминания».

Система NTSC (Nation Television System Committee) – трехсиг-

нальная, т.е. одновременно во всех строках передаются три видеосигнала: сигнал яркости и два цветоразностных видеосигнала.

Чувствительность. Телевизионные камеры характеризуются значением минимальной освещенности, при котором телекамера обеспечивает приемлемый сигнал. Таким образом, телекамеры можно разделить по этому минимальному значению освещенности, которое определяется чувствительностью телекамеры. Итак, телекамеры, работающие при:

•дневном освещении (до заката) – примерно 50 лк;

•низком освещении (до сумерек) – примерно 4 лк;

•лунном свете (при освещенности, соответствующей свету четверти луны безоблачной ночью) – примерно 0,1–0,4 лк;

•свете звезд безоблачной ночью – примерно 0,0007–0,002 лк;

•инфракрасные ТК, в которых используются инфракрасные источники для работы при полном отсутствии видимого освещения.

Диапазоны и примеры типичных уровней освещения приведены в табл. 4.1.

196

Разрешение. Одной из основных характеристик телекамеры является ее разрешение. В связи с этим телекамеры можно разделить на:

•ТК обычного разрешения (до 380 ТВЛ);

•ТК повышенного разрешения (от 380 до 500 ТВЛ);

•ТК высокого разрешения (свыше 500 ТВЛ).

Условия применения. Диапазон применения современных средств СТН очень широк. Существуют разные способы и методы адаптации ТК к условиям окружающей среды (защитные кожухи, термокожухи), но даже необорудованные ТК приспособлены для работы при определенных условиях. По виду защиты от условий окружающей среды телекамеры можно разделить следующим способом: внутренние; внутренние общие; наружные; наружные общие.

Внутренние ТК предназначены для работы в отапливаемом помещении или офисе.

Внутренние общие ТК – для работы в закрытом от прямых осадков помещении (например, склад), но при этом диапазон допустимых колебаний температуры существенно шире по сравнению с внутренними телекамерами.

Наружные ТК защищены от прямого попадания дождя и солнечного света. К наружным телекамерам можно отнести также внутренние телекамеры с экстремальными условиями применения.

4.4.Устройства отображения видеоинформации

Всистемах телевизионного наблюдения используются специальные устройства отображения (мониторы), отличающиеся повышенной надежностью. Основными параметрами мониторов являются диагональ экрана, разрешение и цветность. Мониторы с небольшим экраном (5", 7”, 9" и 12") используются для вывода изо-

197

бражения в полноэкранном режиме, они удобны для компактного размещения в стойке. Для просмотра мультикартины (одновременный вывод изображения от нескольких телекамер) применяют мониторы 14", 15”, 17", 19” и 20". При выборе размера монитора для конкретной системы необходимо учитывать тот факт, что рекомендуемое расстояние от оператора до монитора должно быть 5 диагоналей экрана.

В системах телевизионного наблюдения применяются в основном мониторы двух типов: созданные на основе электроннолучевых трубок (ЭЛТ) и жидкокристаллические (ЖК) мониторы. Мониторы на ЭЛТ трубках всем хорошо известны и их аналогами являются осциллографы и телевизоры.

Жидкокристаллические мониторы используются в ноутбуках и в качестве дисплеев персонального компьютера. Но недавно появились и модели ЖК мониторов для СТН систем физической защиты объектов.

Принцип функционирования ЖК отличается от принципов ЭЛТ [4.4]. В ЖК мониторах изображение формируется не сканирующим электронным лучом, а путем адресации жидкокристаллических ячеек, которые поляризуются в различных направлениях, когда к их электродам прикладывается напряжение. Величина напряжения определяет угол поляризации, что, в свою очередь, определяет прозрачность каждого пикселя, формируя таким образом элементы видеоизображения. Стоит отметить следующие преимущества ЖК мониторов относительно ЭЛТ мониторов: отсутствуют элементы высокого напряжения; срок службы экрана не ограничен (не выгорает); плоский экран; меньше габаритные размеры; нет геометрических искажений; низкое энергопотребление; нет влияний электромагнитных полей.

Существуют две ЖК технологии. Первая – это пассивные ЖК мониторы. Кристаллическая матрица в пассивных ЖК мониторах

состоит из пассивных жидких кристаллов, которые поляризуются в

198

зависимости от приложенного напряжения. Во второй технологии используются тонкие пленочные транзисторы в каждой ЖК ячейке, а так как транзисторы являются активными компонентами, то такие мониторы называются активной матричной ЖК панелью (ТFТ LCD).

Из недостатков ЖК мониторов необходимо отметить следующее. Во-первых, так называемый эффект «смазывания» из-за медленного пиксельного отклика на процесс строчной развертки, выглядит он как вертикальный ореол. Во-вторых, размеры пикселя определяют максимальную разрешающую способность монитора. В ЖК мониторах небольших размеров легко достигается разрешение уровня S-VGA.

Иногда в СТН используются 14-дюймовые телевизоры вместо соответствующего видеомонитора из-за выигрыша в цене. Телевизионные приемники производятся сотнями тысяч и стали дешевыми. В этом случае понадобится ТВ приемник с аудио/видео входом. Телевизоры обычно размещаются в пластмассовом корпусе, который не защищает аппаратуру от электромагнитного излучения соседних устройств. В СТН рядом могут находиться несколько видеомониторов, поэтому они выполняются в металлическом корпусе. Металлический корпус частично снижает уровень электромагнитного излучения для оператора системы и уменьшает вероятность возгорания прибора. Видеомониторы рассчитаны на круглосуточную работу в течение многих лет, а телевизоры нет.

Некоторые модели мониторов имеют встроенные переключатели и квадраторы. Существуют также специальные портативные (мобильные) модели мониторов, предназначенные для настройки и регулировки ТК. Монтажник при настройке системы подключает этот монитор к ТК и видит на нем то, что передает телекамера. Монитор легко умещается в руке и питается от батареек.

199

4.5. Средства передачи видеосигнала

Изображение объекта наблюдения, преобразованное телевизионной камерой в электрический сигнал, передается или вернее поступает на устройства отображения и обработки видеоинформации (монитор, коммутатор или устройство записи). Для того чтобы видеосигнал прошел путь от ТК до монитора, он должен пройти через передающую среду. Это относится и к сигналам управления поворотными и исполнительными устройствами телекамер, только направление следования этих сигналов противоположное.

Ниже представлены используемые в СТН средства передачи видеоинформации [4.4]:

•коаксиальный кабель;

•кабель «витая пара»;

•микроволновая связь;

•радиочастотная связь;

•связь с помощью инфракрасного излучения;

•телефонная линия;

•волоконно-оптический кабель.

Наиболее часто в СТН для передачи видеосигналов применяются коаксиальный кабель и кабель «витая пара», а также все большую популярность приобретает волоконная оптика [4.4].

Коаксиальные кабели

На сегодняшний день коаксиальный кабель – это самое распространенное средство передачи видеосигналов, а также сигналов управления поворотными и исполнительными устройствами ТК (поворотное устройство, трансфокатор, диафрагма).

Поперечное сечение коаксиального кабеля показано на рис. 4.9. Кабель имеет симметричную и соосную структуру. Видеосигнал

200