УСТРОЙСТВО ПОДСВЕТКИ ОХРАННОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИЗИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ

Полезная модель относится к световым приборам прожекторного типа, которые используются в системах прикладного телевидения (ТВ), в частности в системах, предназначенных для визуального обзора пространства, поиска и обнаружения объектов, для обеспечения дистанционной подсветки несамосветящихся объектов наблюдения в ночных условиях, когда визуальная видимость ограничена недостаточным уровнем естественной освещенности.
Основным назначением ТВ-систем является формирование изображения объектов наблюдения на значительном расстоянии от них, причем носителем информации об объекте наблюдения является световое (видимое) излучение.
Типовая структура системы передачи изображений, как и любая система связи, содержит ряд типовых блоков: преобразователь сообщения в электрический сигнал, канал связи, преобразователь электрического сигнала в свет. В состав ТВ-систем, предназначенных для использования в ночных условиях, входит еще один основной блок - устройство искусственной подсветки объекта наблюдения. Действительно, источником ТВ сообщений является излучение в оптическом диапазоне волн (свет), отраженное объектом наблюдения, и, следовательно, искусственное освещение (подсветка) требуется во всех случаях, когда естественного света недостаточно или оно не обеспечивает получения требуемого качества восприятия наблюдаемого объекта или явления.
Устройства подсветки для охранных систем ТВ наблюдения достаточно хорошо известны. Принципиальная особенность этих устройств состоит в том, что они осуществляют генерацию некогерентного оптического излучения в непрерывном режиме. Так известен, выбранный в качестве прототипа, прожектор ПП-20 [1], используемый в составе системы контроля за перемещениями объектов на охраняемой территории.
Следует отметить, что основным фактором, определяющим дальность действия ТВ-системы наблюдения, является дальность видимости отражающих объектов в воздушной среде при искусственном освещении, а дальность видимости ограничена за счет образования вуализирующей дымки обратного рассеяния, яркость которой накладывается при наблюдении на яркость объекта и фона, снижая контраст объекта наблюдения и делая его трудноразличимым ТВ-системой.
При использовании для подсветки объекта наблюдения источника некогерентного оптического излучения, осуществляющего генерацию излучения в непрерывном режиме, дальность видимости может быть увеличена за счет повышения силы света (или яркости) источника. Однако это справедливо до определенного расстояния, начиная с которого изображение объекта наблюдения на фоне вуализирующей дымки становится неразличимым. Следовательно, дальность действия ТВ-системы наблюдения можно увеличить только за счет снижения яркости вуализирующей дымки обратного рассеяния, снижающей контраст между объектом наблюдения и фоном.
Недостаток устройства подсветки охранной системы ТВ наблюдения, выбранного в качестве прототипа, состоит в практической невозможности минимизировать влияние вуализирующей дымки обратного рассеяния на восприятие ТВ-системой объекта наблюдения. Это обусловлено тем, что подсветка наблюдаемого объекта осуществляется в режиме непрерывного светового излучения.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в уменьшении влияния вуализирующей дымки обратного рассеяния на восприятие объекта наблюдения.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого решения, заключается, соответственно, в повышении контраста изображения наблюдаемого объекта и, следовательно, в увеличении дальности действия охранной системы ТВ наблюдения.
Заявляемое устройство подсветки охранной системы ТВ наблюдения, как и устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит блок формирования направленного некогерентного оптического излучения.
Отличие заявляемого устройства подсветки от прототипа состоит в том, что блок формирования некогерентного оптического излучения выполнен с возможностью генерации излучения в виде регулярной последовательности импульсов, длительность и частота следования которых соответствует времени передачи одного кадра и частоте смены кадров, принятых в ТВ камере системы телевизионного наблюдения, а временной интервал формирования импульсов опережает временной интервал формирования кадра ТВ камеры на время, необходимое для прохождения оптическим излучением расстояния до объекта наблюдения и обратно.
Первое дополнительное отличие заключается в том, что излучающий элемент блока формирования оптического излучения выполнен в виде газоразрядной лампы (ГРЛ) с модуляцией разрядного тока по частоте, закон изменения которого задается блоком формирования управляющего воздействия.
Второе дополнительное отличие заключается в том, что блок формирования управляющего воздействия через линию передачи команд управления сопряжен с ТВ камерой.
Устройство подсветки имеет типовую функциональную структуру, свойственную световым приборам направленного действия, конструктивное выполнение которых достаточно хорошо известно, а потому подробного пояснения не требует.
На фиг.1 приведена блок-схема варианта конкретного выполнения охранной системы ТВ наблюдения, а на фиг.2 приведена пространственно-временная диаграмма ее работы.
В данном конкретном случае охранная система ТВ наблюдения содержит ТВ камеру 1, приемное ТВ устройство 2, на экране которого формируется изображение объекта наблюдения 3, и блок формирования направленного некогерентного оптического излучения (на фиг.1 не показан), в состав которого входят излучающий элемент, выполненный в виде ГРЛ 4, и блок формирования управляющего воздействия 5, сопряженный через линию передачи команд управления (на фиг.1 не обозначена) с синхрогенератором ТВ камеры 1.
В телевидении с учетом инерции зрительного аппарата человека (0,05 с) эффект движения достигается путем передачи достаточного количества неподвижных изображений (кадров) в секунду, представляющих собой определенные фазы движения, т.е. прием отраженного от объекта наблюдения излучения (света) является принципиально дискретным с частотой смены кадров не менее 45 Гц. Именно поэтому процесс подсветки объекта наблюдения должен быть согласован с характеристиками получателя информации - ТВ камеры.
Устройство подсветки работает следующим образом. С ТВ камеры 1 при ее включении на блок формирования управляющего воздействия 5 поступает запускающий его синхроимпульс, соответствующий началу временного интервала формирования кадра ТВ камеры 1. Блок 5 в соответствии с заложенной в него программой вырабатывает управляющее воздействие, определяющее закон модуляции разрядного тока ГРЛ 4 по частоте, и ГРЛ 4 переходит в режим генерации некогерентного оптического излучения в виде регулярной последовательности импульсов, длительность и частота следования которых соответствует времени передачи одного кадра и частоте смены кадров, принятых в ТВ камере 1, а временной интервал формирования импульсов при выходе блока формирования некогерентного оптического излучения на рабочий режим опережает временной интервал формирования кадра ТВ камеры 1 на время, необходимое для прохождения оптическим излучением расстояния от ГРЛ 4 до объекта наблюдения 3 и обратно.
Таким образом, время опережения генерации импульса оптического излучения ГРЛ 4 выбрано с таким расчетом, чтобы отраженный от объекта наблюдения 3 световой импульс приходил к ТВ камере 1 в начальный момент формирования кадра.
Рассмотрим представленную на фиг.2 пространственно-временную диаграмму работы охранной системы ТВ наблюдения. Будем считать, что в воздушной среде между объектом наблюдения 3 и ГРЛ 4 происходит только однократное рассеяние света, т.е. многократное рассеяние отсутствует. Обозначим:
0
t=0 - момент начала излучения светового импульса ГРЛ 4;
1
t - время окончания излучения светового импульса ГРЛ 4 (длительность импульса);
2
t - время достижения передним фронтом светового импульса объекта наблюдения 3, находящегося на расстоянии L (начало освещения объекта);
3
t - время окончания освещения объекта наблюдения 3;
4
t - время прихода переднего фронта отраженного от объекта наблюдения 3 светового импульса на ТВ камеру 1;
5
t - время окончания воздействия отраженного светового импульса на ТВ камеру 1.
c
Очевидно, что для обеспечения приема всего светового импульса отраженного от объекта наблюдения 3, время начала формирования кадра, передающей ТВ камеры 1 должно быть равно,  где V - скорость света в воздушной среде, а время окончания формирования кадра  При этих условиях, как видно из фиг.2, источником вуализирующей дымки обратного рассеяния является участок окружающего объект наблюдения 3 пространства, расположенный дальше, чем  и ближе, чем  Время освещения пространства, расположенных вдоль дистанции от L' до L" будет различно - его распределение отображено на фиг.2 заштрихованным ромбом. Оно равно нулю на дистанциях L' и L" и максимально при  Пропорционально времени освещения меняется и яркость вуализирующей дымки обратного рассеяния, от влияния которой абсолютно освободиться не удается. Относительное влияние вуализирующей дымки на изображение объекта наблюдения 3 на дистанции от L' до L" отображается тем же ромбом на пространственно-временной диаграмме.
Преимущество предлагаемого режима подсветки объекта наблюдения заключается в повышении контраста в изображении объекта наблюдения, а, значит, и дальности действия охранной системы наблюдения ТВ наблюдения за счет существенного, по сравнению с прототипом, уменьшения яркости вуализирующей дымки обратного рассеяния.
Заявляемое устройство подсветки совместимо с используемыми на практике ТВ камерами и дает возможность модернизировать охранные системы ТВ наблюдения при минимальных затратах средств и времени непосредственно у пользователя путем поставки необходимого для модернизации устройства подсветки.
Промышленная применимость заявляемого устройства подсветки охранной системы ТВ наблюдения определяется возможностью его многократного воспроизведения в процессе производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологии.
Литература:
1. Защита и безопасность, №3 (46), 2008, с.11