Современные ТК

Структура.

Телекамера - устройство, преобразующее световой поток, отраженный от объекта, в электрические сигналы, используя физические и химические свойства фоточувствительных материалов. Цель камеры - обеспечить быстрое получение надежной видеоинформации. Камера содержит следующие основные компоненты (рис. 6.1.):

· датчик изображения;

· устройство формирования сигнала;

· устройство синхронизации;

· усилитель видеосигнала;

· схема автоматической регулировки уровня (АРУ) сигнала;

· блок питания (не во всех камерах).

Рис. 6.1. Общая структура телекамеры

Рассмотрим подробнее назначение и принципы работы отдельных узлов и блоков видеокамер.

Все современные телевизионные камеры строятся на основе полупроводниковых ПЗС-матриц (ПЗС – прибор с зарядовой связью). Существуют камеры на электронно-лучевых трубках типа “видикон”, которые практически не используются в настоящее время. Свет, падающий на матрицу, преобразуется в электрический сигнал, который затем обрабатывается и выводится на монитор. Поверхность ПЗС-матрицы состоит из множества светочувствительных элементов - пикселей, которые являются самыми маленькими деталями датчика изображения. Количество пикселей определяет такую характеристику ТК, как разрешающая способность. Чем больше пикселей содержит ПЗС-матрица, тем выше четкость и качество получаемого от камеры изображения.

Полный видеосигнал, синхронизирующие импульсы

Для правильного понимания алгоритма образования и передачи видеосигнала необходимо полностью/подробно рассмотреть состав полного видеосигнала (ПВС). Что также целесообразно для правильного понимания необходимости синхронной работы компонентов СТН.

В телевидении используется принцип последовательной во времени передачи изображения - элемента за элементом. Этот принцип лежит в основе происходящего на ПЗС преобразования изображения в электрический сигнал. Оптическое изображение объекта проектируется с помощью объектива на светочувствительную поверхность (ПЗС-матрица). Величина зарядов, образующихся на каждом пикселе ПЗС-матрицы, пропорциональна яркости отдельных элементов изображения. Последовательно происходит считывание накопленных на ПЗС-матрице зарядов. Считывание происходит одновременно по горизонтали и по вертикали. При считывании слева направо развертывается строка изображения. Заряды считываются последовательно: элемент за элементом и строка за строкой (рис. 6.2). В результате образуется сигнал изображения, несущий информацию об изменении яркости элементов передаваемого изображения. Эффект движения достигается путем передачи достаточного количества неподвижных изображений (кадров) в секунду, представляющих собой отдельные статические фазы движения.

Рис. 6.2. Считывание строк кадра

Формирование сигнала изображения производится таким образом, что наиболее темным местам передаваемого изображения соответствует наибольшей величины электрический сигнал. Если принять максимальный уровень амплитуды видеосигнала за 100%, то сигнал изображения будет занимать место между уровнем 15% (уровень белого) и 75% (уровень черного).

Синхронная и синфазная работа считывающих устройств на передающей и развертывающих устройств на приемной сторонах, обеспечивается с помощью синхронизирующих импульсов, создаваемых схемой синхронизации. В ней вырабатываются также гасящие импульсы, предназначенные для закрывания приемной трубки кинескопа монитора на время обратных ходов развертки по строкам и кадрам (наличие светлых линий на экране кинескопа - следов обратных ходов - мешало бы наблюдению за изображением). Гасящие импульсы вводятся в видеосигнал во время обратного хода луча. Они следуют после передачи каждой строки и кадра и называются соответственно строчными и кадровыми гасящими импульсами [6.1]. Амплитуда гасящего импульса всегда соответствует уровню черного, т. е. занимает 75% от общего уровня видеосигнала. Синхронизирующий импульс по своему уровню занимает место от 75 до 100% общего уровня видеосигнала, т. е. располагается в области “чернее черного” [6.3].

В интервалах гасящих импульсов в видеосигнал вводится сигнал синхронизации приемников, состоящий из строчных и кадровых синхронизирующих импульсов. Эти импульсы должны быть такими, чтобы можно было с помощью простых средств отделить их от сигнала изображения и друг от друга. Уровень синхронизирующих импульсов расположен ниже уровня гасящих импульсов. Это позволяет легко отделить синхронизирующие импульсы от сигнала изображения. Чтобы отделить строчные синхронизирующие импульсы от кадровых синхронизирующих импульсов (например, с помощью дифференцирующих и интегрирующих цепочек), их делают разными по длительности.

Между уровнями “черного” и гасящих импульсов имеется защитный интервал, равный 0...5% размаха полного видеосигнала. Этот интервал предохраняет от захода сигнала изображения за уровень гасящих импульсов и, следовательно, возможного срыва синхронизации генераторов разверток.

Полный видеосигнал включает сигнал изображения, строчные и кадровые синхронизирующие импульсы и гасящие импульсы. Параметры всех импульсов, вводимых в телевизионный сигнал, нормируются соответствующим стандартом.

Синхронизация ТК может быть внутренняя (от встроенного в камеру кварцевого генератора) и внешняя. В свою очередь, камеру с внешней синхронизацией можно синхронизировать:

· от сети питания:

· от специального устройства – синхрогенератора;

· от другой, выбранной ведущей, телекамеры.

Функции отдельных схем телекамер.

При использовании камеры в условиях сильно изменяющейся освещенности, для поддержания выходного видеосигнала в определенных пределах, в камерах предусмотрены специальные устройства и схемы.

Компенсация заднего света - способность камеры автоматически устанавливать выдержку, диафрагму и параметры усиления по некоторому фрагменту изображения (обычно по центру).

Во многих современных моделях камер предусмотрена специальная функция - аппаратная "компенсация заднего света". В простейшем случае камера с компенсацией заднего света настраивается не на среднюю освещенность, а на освещенность центральной части изображения. Тогда, за счет некоторого ухудшения качества изображения в засвеченной части матрицы, получается хорошее качество в центре поля обзора.

Электронный затвор. В течение суток освещенность на контролируемом объекте претерпевает существенные изменения. Для того чтобы поддерживать на постоянном уровне видеосигнал, используется встроенный в камеру автоматический электронный затвор (Electronic Shutter или Auto-Shutter).

Электронный затвор - устройство, которое встроено в ПЗС-матрицу камеры, изменяющее чувствительность камеры путем управления временем накопления электронного заряда - аналог выдержки фотоаппарата. В некоторых случаях электронный затвор может заменить объектив с автоматической диафрагмой (см. Диафрагма). Время “выдержки” может изменяться в пределах от 1/50 до 1/10000 с, что позволяет работать камерам при освещенности от 1 до 8000 лк. Камеры с объективами без диафрагмы следует использовать только внутри помещений, так как мощности электронного затвора не достаточно, чтобы отработать яркий солнечный свет или его отражение.

Уровень черного - уровень электрического сигнала в полном видеосигнале, представляющего собой черный цвет. В видеокамере может применяться специальное устройство автоматической привязки к черному цвету, которое определяет самую темную часть изображения как оптически черный цвет, повышая в некоторых случаях контрастность изображения.

Ограничитель белого - схема внутри камеры, ограничивающая максимальное значение напряжения белого цвета в выходном видеосигнале на определенном уровне.

Гамма-коррекция - нелинейная обработка сигнала, которая корректирует шкалу градаций серого на изображении. Использование данной коррекции улучшает визуальное восприятие изображения.

Наличие в ТК гамма-коррекции влияет на точность передачи контраста изображения. Эта корректировка необходима из-за несоответствия преобразования изображения в камере и мониторе.

Кинескоп в мониторе имеет степенную зависимость яркости от сигнала (показатель степени 2,2), что приводит к уменьшению контрастности в темных участках и к увеличению в ярких; в то же время современные ПЗС-матрицы производят линейный сигнал. Для компенсации общей нелинейности в камеру встраивается устройство гамма-корректор, искажающее сигнал с показателем степени 1/2,2 (0,45). На некоторых камерах можно выбрать коэффициент искажения (0,6 или 0,45).

Поиск по сайту: