Оптическая система видеонаблюдения

Полезная модель относится к оптическим системам видеонаблюдения, представленным в виде многосенсорных устройств видеонаблюдения с возможностью регулирования угла наклона и поворота каждого сенсорного модуля в составе устройства.
Под оптической системой видеонаблюдения понимается устройство, выполненное в виде блока с размещенными сенсорными модулями, каждый их который включает в себя объектив и светочувствительную матрицу, выполненными с возможностью изменения их положения, и предназначено для видеонаблюдения подконтрольной территории. Все элементы размещены на опорной платформе и представляют собой соединенные между собой узлы сборочными операциями и находящиеся в функциональном единстве.
На основании представленного пояснения специалисту в данной области техники очевидно, что заявленная оптическая система состоит из конструктивных элементов, представляющих собой сборочные единицы, соединенные между собой сборочными операциями (например, с помощью винтов, болтов, штифтов, пайкой и. т. д.), выполнены в едином корпусе и обладают функционально-конструктивным единством, поэтому она может быть заявлена в качестве полезной модели.
Расширение сфер применения систем видеонаблюдения обусловлено необходимостью организации визуального контроля за происходящими ситуациями на территории транспортных (автовокзалы, ж/д вокзалы, аэропорты, метро, общественный транспорт), торгово- развлекательных (торгово-развлекательные центры), культурных (музеи, театры, выставки) и производственных (в том числе, особо охраняемые, секретные и опасные производства) объектов с целью выявления и своевременного предотвращения правонарушений, опасных, нештатных ситуаций, и, как следствие, обеспечения безопасности людей (персонала, посетителей) и, находящегося на территории охраняемого объекта, имущества.
В связи с данным фактом, перед производителями систем видеонаблюдения стоит задача разработки технических решений, направленных на увеличение угла обзора видеокамер при получении качественного изображения для возможности осуществления эффективного мониторинга обширных подконтрольных территорий.
Из данной области техники известные следующие технические решения.
Известна телевизионная камера (патент RU 67803), включающая прилегающий к фланцу держатель, выполненный в форме полого стакана, в головной части которого выполнен жесткий упор, повторяющий форму поверхности корпуса телевизионной камеры, выполненного в форме шара, закрепленного в держателе с выступом наружу, внутри которого размещены объектив и ПЗС-матрица, расположенная в фокальной плоскости объектива, отличающаяся тем, что введены удерживающий фланец, размещенный на держателе и элемент, фиксирующий положение корпуса телевизионной камеры, размещенный между внутренней стороной держателя и корпусом телевизионной камеры, при этом держатель, в головной части которого выполнена выемка, соединен с фланцем посредством удерживающего фланца и прижимных винтов.
Известна видеокамера (патент RU 2336656), которая содержит модуль датчика изображения, соответствующий объектив, в частности широкоугольный объектив, и держатель. Объектив имеет резьбу, которой он посредством держателя и упругой промежуточной детали свинчен с ответной резьбой модуля датчика изображения таким образом, что резьбовое соединение выполняет двойную функцию, а именно функцию крепления модуля датчика изображения на держателе посредством объектива и функцию фокусировки за счет изменения оптического расстояния между модулем датчика изображения и объективом. Объектив своей резьбой может проходить через сквозные отверстия держателя и упругой промежуточной детали, расположенной между объективом и держателем и выполненной в виде упругого кольца. С использованием поворотного элемента можно настраивать различные направления обзора модуля датчика изображения.
Представленные технические решения характеризуются тем, что не предназначены для эксплуатации на объектах, на которых требуется проводить видеоконтроль достаточно обширных территорий с детализацией отдельных фрагментов сцены из-за ограниченной зоны обзора, обеспечиваемой видеокамерами.
Известна система панорамного изображения (US2020195845 (A1)), включающая в себя центральную камеру, первую и вторую боковые камеры, расположенные для получения изображения сцены в разных направлениях относительно оси вращения, причем первая и вторая боковые камеры расположены на противоположных боковых сторонах центральной камеры.
Центральная камера, первая боковая камера и вторая боковая камера имеют систему визуализации, включающую в себя объектив и датчик изображения; механизм наклона, позволяющий подвижной системе панорамного изображения наклоняться вокруг оси вращения, и блок обработки изображений, включающий функцию сшивания, сконфигурированную для сшивания изображений, снятых центральной камерой, первой боковой камерой и второй боковой камерой, для формирования панорамного изображения сцены, причем панорамное изображение имеет виртуальный горизонт для того, чтобы при наклоне подвижной системы панорамного изображения поддерживать положение виртуального горизонта панорамного изображения в сцене.
При этом системы визуализации первой и второй боковых камер имеют большее поле зрения в направлении, перпендикулярном оси вращения, чем система визуализации центральной камеры.
Недостатком данной системы является то, что при осуществлении мониторинга обширной территории не предоставляется возможность получения детального изображения интересующего фрагмента сцены в хорошем качестве.
Особое внимание заслуживает продукция немецкой компании Dallmeyer, поставляющая на мировой рынок мультифокальную матричную видеокамеру Panomera по патенту DE102011103378 (B3).
Данное устройство наблюдения включает в себя одну или несколько камер, каждая из которых имеет множество датчиков изображений, которые выполнены таким образом, что они всегда сканируют различные области зоны наблюдения с варьируемой дальностью объекта в пространстве объекта и создают данные изображений последовательности изображений в видеопотоке.
При этом каждая камера имеет блок управления, который выполнен таким образом, что он выполняет передачу данных изображений с датчиков изображений в сеть, устройство управления, которое выполнено таким образом, что оно создает видеопоток, составленный из данных изображений с датчиков изображений, и/или, по меньшей мере, его отдельную область для представления на устройстве отображения или, по меньшей мере, в одном его окне варьируемого размера, и блок ввода, который выполнен таким образом, что с его помощью может устанавливаться предусмотренная для отображения область зоны наблюдения, а также при необходимости положение и размер указанного, по меньшей мере, одного окна.
Каждый датчик изображения оснащен оптикой таким образом, что в каждый момент времени и независимо от дальности объекта обеспечивается гомогенизированное по всему полю зрения датчиков изображений разрешение.
Недостатком устройства видеонаблюдения Panomera является то, что сенсорные модули выполнены без возможности изменения угла наклона, то есть фиксированными, что не позволяет направлять каждый сенсорный модуль на более удобную позицию, тем самым ограничивая угол обзора и возможности видеокамеры в части покрытия интересующей области территории и получения качественного изображения.
Указанное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и может выступать в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание оптической системы, позволяющей https://www.spycams.ru/articles/povorotnie-mehanizmi охватывать значительную площадь покрытия сцены, предотвращая возникновение «мертвых зон», тем самым расширяя угол обзора, при достижении высокого качества изображения посредством того, что сенсорные модули из состава системы, включающие объектив и светочувствительную матрицу, устанавливаются на держатель, позволяющий регулировать угол наклона по вертикальной и горизонтальной осям, и содержащий подвижный элемент, выполненный с возможностью вращения сенсорного модуля вокруг горизонтальной оси.
В приоритетном варианте объектив является вариофокальным, обеспечивая изменение фокусного расстояния для съемки объектов, в случае их расположения на различных расстояниях от камеры.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в расширении угла обзора камер видеонаблюдения.
Технический результат достигается за счет оптической системы видеонаблюдения, представляющей собой опорную платформу, на которой размещены сенсорные модули, каждый из которых включает объектив и светочувствительную матрицу.
Особенностью исполнения заявленной системы является то, что каждый сенсорный модуль устанавливается на держателе, выполненном в виде двух соосно расположенных опорных пластин, связанных между собой винтовыми парами, причем на одной опорной пластине устанавливается и фиксируется сенсорный модуль, при этом винтовые пары обеспечивают линейные перемещения подвижной опорной пластины, на которой установлены сенсорные модули.
В предпочтительном варианте исполнения оптической системы видеонаблюдения, между опорными пластинами установлены пружины растяжения.
В другом предпочтительном варианте исполнения оптической системы видеонаблюдения, объектив в составе сенсорного модуля является вариофокальным.
В другом предпочтительном варианте исполнения оптической системы видеонаблюдения, на подвижной опорной пластине крепится подвижная оправа, вращающаяся вокруг горизонтальной оси, для крепления сенсорного модуля.
В другом предпочтительном варианте исполнения оптической системы видеонаблюдения, подвижная оправа подвижной опорной пластины приводится в движение с помощью электропривода.
Размещение каждого сенсорного модуля на держателе, выполненном в виде двух соосно расположенных опорных пластин, связанных между собой винтовыми парами, обеспечивающими линейные перемещения каждой подвижной опорной пластины, на которой установлены сенсорные модули, позволяет регулировать угол наклона каждого сенсорного модуля, тем самым изменяя его направление, обеспечивая одновременное покрытие различных зон интереса, что приводит к расширению площади контролируемой зоны, и как следствие, обеспечивается расширение угла обзора камеры видеонаблюдения.
Исполнение заявленной оптической системы видеонаблюдения в альтернативном варианте с размещением на подвижной опорной платформе подвижной оправы, вращающейся вокруг горизонтальной оси, для крепления сенсорного модуля, позволяет осуществлять разворот светочувствительной матрицы в зависимости от геометрии зоны и горизонта, что также приводит к расширению угла обзора камер видеонаблюдения.
В предпочтительном варианте исполнения предлагаемого устройства, объектив из состава сенсорного модуля выполняется вариофокальным. Это обеспечивает изменение фокусного расстояния для съемки объектов в случае их расположения на различных расстояниях от камеры, что дает возможность получать как общую пaноpаму, тaк и дeтaльное увeличeниe нужного фpaгмeнтa общeй кapтины при достижении высокого качества изображения, не уменьшая детализацию при масштабировании.
Таким образом, применение вариофокального объектива в составе сенсорного модуля также позволяет увеличить угол обзора камеры видеонаблюдения.
Далее заявленная оптическая система видеонаблюдения будет описана по ссылкам на чертежи, где:
на Фиг.1 - вариант исполнения предлагаемой оптической системы видеонаблюдения в виде восьмимодульной камеры, где 1 - объектив в составе сенсорного модуля, 2 - опорная платформа, 3 - держатель сенсорного модуля, 4 - подвижная оправа для вращения сенсорного модуля вокруг горизонтальной оси;
на Фиг.2 - держатель сенсорного модуля, вид сбоку, где 5 - опорная пластина, связанная с опорной платформой, 6 - подвижная опорная пластина, 7 - регулировочный винт, 8 - пружина растяжения;
на Фиг.3 - держатель сенсорного модуля, вид спереди, где 9 - штифт.
на Фиг.4 - подвижная опорная пластина, вид спереди, где 10 - выемка под крепление подвижной оправы, 11 - пазы, ограничивающие угол поворота подвижной оправы, 12 - штифт.
Оптическая система видеонаблюдения, в предпочтительном варианте своего исполнения (фиг. 1), содержит в своем составе несколько сенсорных модулей, каждый из которых включает в себя объектив (1) и светочувствительную матрицу, размещаемые на опорной платформе (2).
В приоритетном варианте объектив является вариофокальным, например, Theia TL410 R6 американской фирмы Theia Technologies.
Каждый сенсорный модуль устанавливается на держателе (3), представленном на фиг.2-3.
Держатель (3) выполнен в виде двух коаксиально расположенных опорных пластин (5, 6), связанных между собой винтовыми парами и пружинами растяжения (8), при этом каждая из винтовых пар представляет собой резьбовую втулку, впрессованную в корпус опорной пластины (6), с вкрученным в указанную резьбовую втулку регулировочным винтом (7).
Опорная пластина (5) закрепляется и фиксируется на опорной платформе (2), а в опорной пластине (6) размещается подвижная оправа (4), выполненная с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси.
На подвижную оправу (4) устанавливаются и фиксируются объектив (1) и светочувствительная матрица.
При этом регулировочные винты (7) обеспечивают линейные перемещения подвижной опорной пластины (6), связанной с сенсорным модулем, посредством их вкручивания в резьбовую втулку и осуществления обратных действий.
Для размещения указанной подвижной оправы (4) в подвижной опорной пластине (6) (фиг.4) соосно выполнены сквозное отверстие и выемка (10) со сформированными во внутренней ее части пазами (11) дугообразной формы для ограничения угла поворота подвижной оправы (4). Штифты (12) вставляются в подвижную оправу (4) и упираются в пазы (10) опорной пластины (6).
При этом максимальный угол поворота подвижной оправы с размещенными на ней объективом и светочувствительной матрицей составляет 92°, что обусловлено ограничениями по длине провода сенсорного модуля и их расстоянием относительно друг друга при установке на опорной платформе (2).
Светочувствительная матрица крепится к тыльной стороне подвижной оправы (4).
В одном из вариантов исполнения камеры видеонаблюдения, для увеличения угла наклона сенсорного модуля, на опорную платформу устанавливается кронштейн под углом для крепления сенсорного модуля.
Предлагаемая камера видеонаблюдения функционирует следующим образом.
Блок камер видеонаблюдения устанавливается в охраняемой зоне, при этом монтаж осуществляется в выбранном месте в зависимости от специфики объекта. Исходным положением объектива является положение, когда продольная ось объектива перпендикулярна поверхности опорной платформы (2). Светочувствительная матрица, в приоритетном варианте, широкоформатная, разворачивается в зависимости от геометрии наблюдаемой зоны и горизонта при помощи подвижной оправы (4) вокруг горизонтальной оси, при этом максимальный угол разворота составляет 92° из-за накладываемых ограничений на длину провода сенсорных модулей и расстояние модулей относительно друг друга при их размещении на опорной платформе (2).
Процесс отклонения осуществляется с помощью электропривода, известного из уровня техники, реализующего зубчатую или ременную передачу.
Посредством держателя (3) осуществляется настройка угла направления каждого сенсорного модуля по горизонтальной и вертикальным осям за счет регулирования положения винтов (7), при вкручивании которых опорные пластины (5, 6) разжимаются, обеспечивая требуемый угол обзора для камер. Выполнение обратных действий указанной операции приводит к сжиманию опорных пластин (5, 6) и, как следствие, изменению угла обзора.
Указанный механизм направляет каждый сенсорный модуль на свою зону ответственности сцены, которая выбирается оператором или может быть спланирована заранее, и осуществляется программным образом, обеспечивая требуемый общий угол обзора для оптической системы.
Важно отметить, что угол наклона и поворота каждого сенсорного модуля, а также фокусное расстояние объектива вычисляются по заданному общему углу обзора посредством контроллера, который, в свою очередь, управляет приводами, приводящими в движение элементы каждого сенсорного модуля, а именно объектив, поворотный механизм держателя и подвижную оправу. Указанные приводы могут быть реализованы в качестве известных из уровня техники механизмов аналогичного назначения.
Также, контролер автоматически определяет общий угол системы, при вводе одного из следующих параметров:
- угол обзора по горизонтали;
- угол обзора по вертикали;
- дистанция до цели наблюдения;
- ширина сцены (области интереса).
При функционировании многомодульной камеры, осуществляется реализация двух видов сенсорных модулей - обзорный и детальный, при этом обзорный модуль покрывает обширную зону интереса заданной территории, а детальный модуль контролирует отдельные выбранные участки сцены. Таким образом, обследуется большая зона охраняемой территории с достижением высокого качества изображения по всей наблюдаемой сцене.
Таким образом, предлагаемая оптическая система видеонаблюдения обеспечивает комплексное наблюдение за обширной территорией интереса, исключая возникновения «мертвых зон», при получении высокого качества изображений по всей контролируемой зоне, как вблизи от камеры, так и на большом удалении от нее.