ОХРАННАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА "ДЕНЬ-НОЧЬ"
SECURITY TELEVISION SYSTEM "DAY-NIGHT"

Предлагаемое изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах контроля, наблюдения и обнаружения подвижных объектов, а также в других устройствах телевизионной автоматики, которые выполнены с использованием фотоприемника в виде матрицы приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать охранную телевизионную систему [1], содержащую на передающей стороне телевизионную камеру, состоящую из последовательно расположенных оптического блока и двух датчиков телевизионных сигналов (ДТС), выполненных на основе матриц приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС), а также детектора движения, блока коммутации, последовательно соединенных селектора синхроимпульсов и формирователя импульсов (ФИ) записи и сброса, последовательно соединенных пикового детектора, блока выборки-хранения и компаратора, установочный вход которого подключен к пороговому напряжению, причем фотомишень первого ДТС оптически связана с первым выходом оптического блока, а фотомишень второго ДТС - со вторым выходом оптического блока, при этом выход «видео» первого ДТС, являющийся датчиком цветного сигнала изображения, подключен соответственно к входу селектора синхроимпульсов, входу первого пикового детектора и к первому информационному входу блока коммутации, а выход «видео» второго ДТС, являющийся датчиком черно-белого сигнала изображения, подключен ко второму информационному входу блока коммутации, при этом управляющий вход блока выборки-хранения подключен к первому выходу ФИ, второй выход которого подключен к управляющему входу первого пикового детектора; на приемной стороне телевизионной системы размещены формирователь сигнала тревоги и персональный компьютер, а между блоками передающей и приемной стороны осуществлена линия связи, выполняющая по двум жилам кабеля соединения выхода «видео» и выхода «сигнал регистрации движения» телевизионной камеры соответственно с входом «видео» на компьютере и с входом «сигнал регистрации движения» на формирователе сигнала тревоги.
Для устройства-прототипа предполагается наличие следующих признаков:
- как и первый ДТС, второй ДТС работает в режиме «TV», обеспечивая по выходу «видео» формирование периодического черно-белого сигнала изображения в соответствии с телевизионным стандартом, но может быть переведен в режим «MONOSHOT» - формирования однократного видеосигнала длительностью в один полукадр, как это предложено в изобретении [2] и реализовано практически в изделии [3];
- в качестве видеоконтрольного блока использован персональный компьютер, например компьютер с операционной системой Windows XP, в котором установлен аппаратный продукт серии AVerTV [4];
- детектор движения реализован в виде двух блоков: входящего в состав телевизионной камеры собственно детектора, обеспечивающего регистрацию появления в поле зрения движущихся объектов, и расположенного на приемной стороне формирователя сигнала тревоги; выход детектора по кабельной жиле линии связи соединен с входом формирователя.
В режиме «MONOSHOT» для второго ДТС инициируются следующие входы:
- выбор режима работы,
- сигнал накопления кадра,
- сигнал запроса изображения,
а также дополнительные выходы следующих наименований:
- сигнал готовности изображения,
- сигнал квитирования (подтверждения) изображения.
Недостаток прототипа - ограниченные возможности оператора в части визуального контроля ситуации в зоне нарушения после автоматической регистрации наличия движущихся малоконтрастных объектов из-за низкого отношения сигнал/шум в видеосигнале на входе монитора в вечернее время и в особенности в ночное время суток.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей охранной телевизионной системы путем предъявления оператору снимка изображения зоны нарушения с повышенным отношением сигнал/шум.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемую охранную телевизионную систему «день-ночь», которая содержит на передающей стороне телевизионную камеру, состоящую из последовательно расположенных оптического блока и двух датчиков телевизионных сигналов (ДТС), выполненных на основе матриц приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС), а также детектора движения, блока коммутации, последовательно соединенных селектора синхроимпульсов и формирователя импульсов (ФИ) записи и сброса, последовательно соединенных первого пикового детектора, блока выборки-хранения и компаратора, установочный вход которого подключен к пороговому напряжению, причем фотомишень первого ДТС оптически связана с первым выходом оптического блока, а фотомишень второго ДТС - со вторым выходом оптического блока, при этом выход «видео» первого ДТС, являющийся датчиком цветного сигнала изображения, подключен соответственно к входу селектора синхроимпульсов, входу первого пикового детектора и к первому информационному входу блока коммутации, а выход «видео» второго ДТС, являющийся датчиком черно-белого сигнала изображения, подключен ко второму информационному входу блока коммутации, при этом управляющий вход блока выборки-хранения подключен к первому выходу ФИ, второй выход которого подключен к управляющему входу первого пикового детектора, а на приемной стороне - формирователь сигнала тревоги и персональный компьютер, а между блоками передающей и приемной стороны - линию связи, выполняющую по двум жилам кабеля соединения выхода «видео» и выхода «сигнал регистрации движения» телевизионной камеры соответственно с входом «видео» на компьютере и с входом «сигнал регистрации движения» на формирователе сигнала тревоги, в телевизионную камеру введены второй пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь длительности накопления, одновибратор, первый и второй RS-триггеры, инвертор, элемент «И» и элемент «ИЛИ», при этом выход детектора движения подключен соответственно к входу инвертора и к первому входу элемента «И», второй вход которого подключен к выходу компаратора, а выход элемента «И» - к управляющему входу блока коммутации, выход которого является выходом «видео» телевизионной камеры, а выход инвертора - выходом «сигнал регистрации движения» телевизионной камеры, при этом выход «видео» второго ДТС подключен соответственно к входу детектора движения и к информационному входу второго пикового детектора, управляющий вход которого объединен с входом одновибратора и входами «S» первого и второго RS-триггеров и подключен к выходу инвертора, а выход второго пикового детектора подключен к информационному входу АЦП, выход которого подключен к установочному входу формирователя длительности накопления, разрешающий вход которого подключен к выходу одновибратора, управляющий вход формирователя длительности накопления подключен к инверсному выходу первого RS-триггера, тактовый вход формирователя длительности накопления объединен с тактовым входом АЦП и подключен к выходу «сигнал строчных синхроимпульсов» второго ДТС, а выход формирователя длительности накопления подключен к входу «R» первого RS-триггера и соответственно к входу «сигнал накопления кадра» второго ДТС, вход «сигнала запрос изображения» которого подключен к входу «R» второго RS-триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу элемента «ИЛИ», второй вход которого подключен к выходу одновибратора, а выход элемента «ИЛИ» - к входу «выбор режима работы» второго ДТС, выход которого «сигнал готовности изображения» подключен к управляющему входу детектора движения, при этом для второго ДТС вход «сигнал запроса изображения», вход «сигнал квитирования изображения» и выход «сигнал готовности изображения» являются соответствующими входами и выходом для телевизионной камеры, а в линию связи введены дополнительные три жилы кабеля для выполнения соединений выхода «сигнал запроса изображения» на компьютере с входом этого сигнала на телевизионной камере, выхода «сигнал готовности изображения» на телевизионной камере с входом этого сигнала на компьютере и выхода «сигнал квитирования изображения» на телевизионной камере с входом этого сигнала на компьютере.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая охранная телевизионная система отличается наличием новых блоков в составе телевизионной камеры, в том числе: второго пикового детектора, АЦП, формирователя длительности накопления, одновибратора, первого и второго RS-триггеров, инвертора, элемента «И» и элемента «ИЛИ»; наличием в телевизионной камере новых связей между новыми и остальными блоками, а также тремя дополнительными жилами кабеля в линии связи.
Совокупность известных и новых признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение отвечает требованию новизны.
В предлагаемом решении, когда телевизионная камера работает в режиме «TV», параллельно с цветным изображением, которое формируется с использованием оптического блока и первого ДТС, при помощи оптического блока и второго ДТС вырабатывается увеличенное черно-белое (монохромное) изображение его центрального участка (фрагмента).
В зависимости от освещенности на контролируемом объекте в течение суток цветное изображение обстановки или монохромное его центрального фрагмента предъявляется оператору компьютера, а в телевизионной камере монохромный сигнал изображения анализируется детектором движения по методу межкадрового сравнения.
1
1
При появлении в зоне контроля подвижных объектов детектор движения вырабатывает сигнал RM* ( Обозначение «RM*» - сокращение от двух слов по-английски: «Регистрация движения». Знак «*» означает, что сигнал является активным на низком уровне), а на приемной стороне системы формируется сигнал тревоги. Телевизионная камера по второму ДТС автоматически переходит в режим «MONOSHOT». Время накопления фотоприемника для однократного формирования черно-белого сигнала изображения (телевизионного снимка) устанавливается автоматически и является оптимальным по критерию отношения сигнал/шум. Видеосигнал снимка, обладающий повышенной информативностью, записывается в память компьютера и может быть в любое время предоставлен в качестве доказательства произошедшего нарушения.
По техническому результату и методам его достижения заявляемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой охранной телевизионной системы «день-ночь»; на фиг.2…3 приведены оптические схемы для двух вариантов исполнения оптического блока; на фиг.4…6 представлены временные диаграммы, поясняющие работу телевизионной системы.
n
*
2
2
*
*
*
*
*
*
Охранная телевизионная система (см. фиг.1) содержит на передающей стороне телевизионную камеру в позиции 1, состоящую из последовательно расположенных оптического блока 1-1 и двух датчиков телевизионного сигнала ДТС 1-2 и ДТС 1-3, причем в состав телекамеры 1 также входит детектор 1-4 движения, блок 1-5 коммутации, выход которого является выходом «видео» (обозначен «LV») телевизионной камеры, а также последовательно соединенные селектор 1-6 синхроимпульсов и ФИ 1-8, последовательно соединенные первый пиковый детектор 1-7, блок 1-9 выборки-хранения и компаратор 1-10, установочный вход которого подключен к пороговому напряжению U, а также инвертор 1-11, элемент «И» 1-12, второй пиковый детектор 1-13, АЦП 1-14, формирователь 1-15 длительности накопления, одновибратор 1-16, элемент «ИЛИ» 1-17, первый RS-триггер 1-18 и второй RS-триггер 1-19; линию связи из пятижильного кабеля в позиции 2, а на приемной стороне - формирователь 3 сигнала тревоги и компьютер в позиции 4, при этом выход «видео» (обозначен «LV1») ДТС1-2, являющегося датчиком цветного сигнала изображения, подключен соответственно к входу селектора 1-6 синхроимпульсов, к информационному входу пикового детектора 1-7 и к первому информационному входу блока 1-5 коммутации, а выход «видео» (обозначен «LV2») ДТС 1-3, являющегося датчиком черно-белого сигнала изображения, подключен соответственно ко второму информационному входу блока 1-5 коммутации, к входу детектора 1-4 движения и к информационному входу пикового детектора 1-13, управляющий вход которого объединен с входом одновибратора 1-16 и входами «S» RS-триггеров 1-18 и 1-19 и подключен к выходу инвертора 1-11, который является выходом «сигнал регистрации движения» телевизионной камеры (обозначен «RM»), при этом выход детектора 1-4 движения подключен соответственно к входу инвертора 1-11 и к первому входу элемента «И» 1-12, второй вход которого подключен к выходу компаратора 1-10, причем выход пикового детектора 1-13 подключен к информационному входу АЦП 1-14, выход которого подключен к установочному входу формирователя 1-15, разрешающий вход которого подключен к выходу одновибратора 1-16, управляющий вход формирователя 1-15 подключен к инверсному выходу RS-триггера 1-18, тактовый вход формирователя 1-15 объединен с тактовым входом АЦП 1-14 и подключен к выходу «сигнал строчных синхроимпульсов» (обозначен «HD out») ( Здесь и далее знак «» означает, что данные логические сигналы являются активными на низком уровне) ДТС 1-3, а выход формирователя 1-15 подключен к входу «R» RS-триггера 1-18 и соответственно к входу «сигнал накопления кадра» (обозначен «FI») ДТС 1-3, вход «сигнал запроса изображения» (обозначен «IRQ») которого подключен к входу «R» RS-триггера 1-19, инверсный выход которого подключен к первому входу элемента «ИЛИ» 1-17, второй вход которого подключен к выходу одновибратора 1-16, а выход элемента «ИЛИ» 1-17 - к входу «выбор режима работы» (обозначен «MS») ДТС 1-3, выход которого «сигнал готовности изображения» (обозначен «IRDY») подключен к управляющему входу детектора 1-4 движения, при этом выходы ДТС 1-3, в том числе: выход «сигнал готовности изображения», выход «сигнал квитирования изображения» (обозначен «IACK»), которые являются и соответствующими выходами телевизионной камеры, подключены через жилы кабеля линии связи 2 к входам этих сигналов на компьютере 4, выход сигнала «IRQ» которого подключен через жилу кабеля линии связи 2 к соответствующему входу телевизионной камеры и к входу сигнала этого наименования для ДТС 1-3; выход видеосигнала «LV» с телевизионной камеры транслируется по жиле кабеля линии связи 2 на вход «видео» компьютера, а сигнал «RM» с выхода инвертора 1-11 - на вход формирователя 3 сигнала тревоги.
Оптический блок 1-1 (см. фиг.2) содержит светоделитель 1-1-1, корректирующий светофильтр 1-1-2, первый объектив 1-1-3 и второй объектив 1-1-4, фокусные расстояния которых различны, при этом светоделитель 1-1-1 выполнен в виде призмы с двумя светоделительными гранями, расположенными под углом 30°, при этом первая светоделительная грань призмы является входом светоделителя, вторая светоделительная грань - первым выходом светоделителя, третья грань призмы, расположенная под углом 60° по отношению к первой ее грани, - вторым выходом светоделителя, а корректирующий светофильтр 1-1-2 выполнен в виде призмы с одной спектроделительной гранью, которая является входом корректирующего светофильтра и расположена под углом 30° по отношению к ее второй грани, которая является выходом корректирующего светофильтра, при этом первый выход светоделителя 1-1-1 оптически связан с входом корректирующего светофильтра 1-1-2, причем вторая светоделительная грань призмы светоделителя 1-1-1 установлена вплотную к спектроделительной грани призмы корректирующего светофильтра 1-1-2, выход которого оптически связан с первым объективом 1-1-3, а второй выход светоделителя 1-1-1 оптически связан со вторым объективом 1-1-4, при этом вход светоделителя 1-1-1 является входом оптического блока, выход первого объектива 1-1-3 - первым выходом оптического блока, выход второго объектива 1-1-4 - вторым выходом оптического блока, а отношение фокусного расстояния второго объектива 1-1-4 к фокусному расстоянию первого объектива 1-1-3 определяет кратность масштабирования оптического блока.
м
Если смещение по вертикали или по горизонтали геометрического центра увеличенного изображения относительно геометрического центра нормального изображения является допустимой ошибкой, то оптический блок 1-1 (см. фиг.3) содержит первый объектив 1-1-3 и второй объектив 1-1-4, фокусные расстояния которых различны, а также корректирующий светофильтр 1-1-2, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки, при этом первый объектив 1-1-3 оптически связан с корректирующим светофильтром 1-1-2, выход которого является первым выходом оптического блока, а выход второго объектива 1-1-4 - вторым выходом оптического блока, входной зрачок первого объектива 1-1-3 и входной зрачок второго объектива 1-1-4 образуют вход оптического блока, а отношение фокусного расстояния второго объектива 1-1-4 к фокусному расстоянию первого объектива 1-1-3 определяет кратность масштабирования К оптического блока.
м
Если в качестве рабочей области детектора 1-4 движения необходимо выбрать все изображение, контролируемое телевизионной камерой 1, то фокусное расстояние первого объектива 1-1-3 должно быть равно фокусному расстоянию второго объектива 1-1-4, а кратность масштабирования оптического блока К равна единице.
*
Детектор 1-4 движения обеспечивает при появлении в поле зрения второго ДТС 1-3 движущихся объектов формирование сигнала RM с низким активным уровнем.
*
Как и в прототипе, уровень логического «0» на выходе детектора 1-4 поддерживается и после прекращения изменений входного видеосигнала. Восстановление исходной «1» на выходе детектора 1-4 выполняется путем подачи на его управляющий вход команды «сброс тревоги» с выхода «IRDY» второго датчика ДТС 1-3.
Детектор 1-4 движения может быть выполнен как в виде отдельного блока телевизионной камеры 1, так и в составе второго ДТС 1-3 (см., например, изобретение [5]).
Блок 1-5 коммутации, как и в прототипе, предназначен для формирования на выходе одного из двух входных видеосигналов. Присутствие логической «1» на управляющем входе блока 1-5 обеспечивает трансляцию на выход сигнала с первого информационного входа, а появление на этом входе логического «0» - трансляцию на выход сигнала со второго информационного входа.
Селектор 1-6 синхроимпульсов, пиковый детектор 1-7, ФИ 1-8, блок 1-9 выборки-хранения и компаратор 1-10 по исполнению ничем не отличаются от одноименных блоков прототипа. Отметим, что сигнал на выходе компаратора 10 имеет активный уровень низкого уровня.
Пиковый детектор 1-13 и АЦП 1-14 могут быть выполнены на основе операционных усилителей и линейных интегральных микросхем (см., например, [6]).
Формирователь 1-15 длительности накопления может быть выполнен на основе многокаскадного объединения двоичных счетчиков, например, отечественных микросхем К561ИЕ11 (см. [7, с.238]). Установочный вход формирователя 1-15 эквивалентен входам предварительной записи-установки SO-S3 счетчика, разрешающий вход - входу разрешения этой операции SE, управляющий вход - входу переноса , тактовый вход - входу такта С, а выход - выходу переноса . Предполагается, что для выбранной микросхемы реверсивного счетчика на ее входе  счетчика установлена логическая «1», т.е. счет осуществляется в направлении «Код больше». Отметим, что управляющий вход и выход формирователя 1-15 имеют активное напряжение низкого уровня.
Одновибратор 1-16 может быть выполнен с использованием ждущего мультивибратора микросхемы К564АГ1 (см. [7, с.282]).
Каждый из блоков 1-18 и 1-19 в отдельности является логическим триггерным устройством RS-типа с высоким активным уровнем напряжения на входах управления.
Инвертор 1-11, элемент «И» 1-12 и элемент «ИЛИ» 1-17 являются логическими устройствами однозначного понятия.
В качестве блока 4 может быть использован компьютер, в котором установлена плата тюнера AVerTV 307 [4], процессор Pentium III (или лучше) и операционная система Windows XP/98SE/ME.
Охранная телевизионная система «день-ночь» (см. фиг.1) работает следующим образом.
Выделим в работе телевизионной системы три режима:
- «день» (режим 1);
- «ночь» (режим 2);
- «тревога» (режим 3, который может сопутствовать как режиму 1, так и режиму 2).
Независимо от режима работы телевизионной системы оптическое изображение объекта контроля по оптическому пути: первая светоделительная грань призмы светоделителя 1-1-1, вторая светоделительная грань призмы светоделителя 1-1-1, спектроделительная грань призмы корректирующего светофильтра 1-1-2, вторая грань призмы корректирующего светофильтра 1-1-2, первый объектив 1-1-3 проецируется в видимом спектральном диапазоне на фотомишень ДТС 1-2.
м
Одновременно увеличенный в К раз центральный фрагмент этого изображения по другому оптическому пути: первая светоделительная грань призмы светоделителя 1-1-1, вторая светоделительная грань призмы светоделителя 1-1-1, третья грань призмы светоделителя 1-1-1, второй объектив 1-1-4 во всем спектральном диапазоне (видимом и инфракрасном) проецируется на фотомишень ДТС 1-3. Отметим, что инфракрасная область спектра последнего изображения дополнительно усиливается за счет светового потока, отраженного спектроделительной гранью призмы корректирующего светофильтра 1-1-2 в направлении третьей грани светоделителя 1-1-1.
При включении питания оба датчика телевизионного сигнала ДТС 1-2 и ДТС 1-3 по умолчанию начинают работать в режиме «TV».
Предполагается также, что в компьютере 4 в свободный PCI-слот на материнской плате установлена плата тюнера, например, AVerTV 307 [4].
При этом в компьютере 4 при включении телевизионной системы запускается программа AVerTV, а в ее приложении «Режим видео» в качестве источника видео выбирается композитный вход.
м
В результате фотоэлектрических преобразований на выходе «LV1» ДТС 1-2 формируется цветной сигнал изображения, а на выходе «LV2» ДТС 1-3 - черно-белый сигнал его увеличенного (в соответствии с кратностью масштабирования К) центрального фрагмента, которые действуют как параллельные композитные видеосигналы. По монохромному видеосигналу с выхода «LV2» детектор 1-4 движения осуществляет слежение за обстановкой, выполняя межкадровое сравнение соседних кадров.
В дальнейшем изложении воспользуемся эпюрами, приведенными на фиг.4-6.
к
Селектор 1-6 выделяет из композитного цветного видеосигнала по выходу «LV1» (см. фиг.4а) строчные и кадровые синхроимпульсы (см. фиг.4б), а ФИ 1-8 вырабатывает в пределах каждого кадрового гасящего импульса следующие с периодом Т импульсы записи и сброса (см. соответственно фиг.4в и фиг.4г).
к
к
n
Пиковый детектор 1-7 с периодом Т измеряет уровень видеосигнала с ДТС 1-2 (см. фиг.4д), блок 1-9 выборки-хранения запоминает его на время Т (см. фиг.4е), а компаратор 1-10 оценивает выходное напряжение блока 1-9, сравнивая его с пороговым напряжением U (см. фиг.4ж).
*
*
*
*
В режиме «TV» на входе «выбор режима работы» («MS») другого датчика - ДТС 1-3 устанавливается высокий уровень (логическая «1»). Отметим, что высокий логический уровень поддерживается на входе «сигнал накопления кадра» («FI»), на входе «сигнал запроса изображения» («IRQ») и на выходе «сигнал готовности изображения» («IRDY»). Одновременно низкий логический уровень присутствует на выходе ДТС 1-3 - «сигнал квитирования изображения» («IACK») и на выходе инвертора 1-11 - «сигнал регистрации движения» («RM»).
*
Первый RS-триггер 1-18 и второй RS-триггер 1-19 находятся в состоянии «0». Поэтому на инверсном выходе RS-триггера 1-18 поддерживается логическая «1», а формирователь 1-15 заблокирован по управляющему входу высоким логическим уровнем и не считает строчные синхроимпульсы HD out. На выходе «видео» («LV2») датчика ДТС 1-3 формируется композитный черно-белый видеосигнал по телевизионному стандарту.
По монохромному видеосигналу с выхода «LV2» детектор 1-4 движения осуществляет слежение за обстановкой, выполняя межкадровое сравнение соседних кадров.
Предположим, что телевизионная система работает в дневное время суток, т.е. в режиме «день» (в режиме «1»), а подвижные объекты в зоне контроля отсутствуют. Тогда компаратор 1-10 не изменяет своего состояния по выходу, поддерживая состояние логической «1» (см. диаграмму на фиг.4ж), и сохраняется высокий уровень напряжения на выходе детектора 1-4 движения. Поэтому на выходе элемента «И» 1-12 тоже присутствует логическая «1», а на выход блока 1-5 коммутации, а следовательно, и на выход «LV» телевизионной камеры передается цветной композитный видеосигнал с ДТС 1-2.
Цветной композитный видеосигнал с выхода «LV» транслируется по линии связи 2 на приемную сторону телевизионной системы, а далее поступает в компьютер 4 на низкочастотный вход тюнера. Оператор телевизионной системы по изображению на экране компьютера 4 ведет мониторинг обстановки на охраняемой территории.
0
*
Пусть в момент t очередной результат межкадрового сравнения в детекторе 1-4 движения фиксирует появление нарушителя. Тогда на его выходе («RM») появляется низкий уровень напряжения, а на выходе инвертора 1-11 - положительный перепад напряжения (см. фиг.5а), который по линии связи 2 транслируется на вход формирователя 3. В результате на приемной стороне телевизионной системы обеспечивается звуковая и световая сигнализация тревоги.
Телевизионная система переходит в режим «1+3».
Одновременно в самой телевизионной камере 1 положительный перепад напряжения на выходе инвертора 1-11 переводит RS-триггеры 1-18 и 1-19 в состояние «1», выполняет сброс пикового детектора 1-13 и производит запуск одновибратора 1-16.
0
1
Одновибратор 1-16 формирует на выходе импульсный сигнал (см. фиг.5б), длительность которого t…t является интервалом разрешения операции предварительной записи-установки числа в счетчики формирователя 1-15.
0
1
В течение интервала t…t пиковый детектор 1-13 измеряет текущее значение видеосигнала. Постоянное напряжение с выхода пикового детектора 1-13 преобразуется далее в АЦП 1-14 из аналоговой формы в цифровую и подается на установочные входы счетчиков формирователя 1-15.
1
К моменту t (см. фиг.5б) запись-установка этого числа в счетчики формирователя 1-15 должна закончиться.
0
Необходимо отметить также, что, начиная с момента t, блок 1-5 коммутации уже передает на выход видеосигнал «LV2» от датчика ДТС 1-3.
1
*
Начиная же с момента t, на выходе элемента «ИЛИ» 1-17, а следовательно, и на входе «MS» датчика ДС 1-3 устанавливается уровень логического «0».
1
0
Поэтому телевизионная камера 1 с момента t переходит в из режима «TV» в режим «MONOSHOT». Дополнительно отметим, что с момента t на управляющем входе формирователя 1-15 присутствует низкий логический уровень, т.е. блокировка по этому входу снята.
1
Счетчики формирователя 1-15 подсчитывают приращение данных, а на его выходе, начиная с момента t, устанавливается низкий логический уровень (см. фиг.5г или фиг.5е). Поэтому датчик ДТС 1-3 переходит в состояние накопления информационных зарядов в зависимости от освещенности зоны контроля во всем спектральном диапазоне.
Монохромный сигнал изображения матрицы ПЗС имеет линейную шкалу уровня в зависимости от освещенности (γ=1), и предполагается, что по этому выходу «видео» исключено воздействие автоматической регулировки усиления (АРУ).
Отметим, что эти признаки являются совершенно необходимым условием для предлагаемого решения телевизионной системы.
Длительность накопления в датчике ДТС 1-3 устанавливается оптимальной по критерию максимума отношения сигнал/шум для видеосигнала выполняемого снимка изображения, что достигается предварительной калибровкой телевизионной камеры (см. ниже).
Если нарушение в охраняемой зоне происходит ночью, то телевизионная система в режиме «2+3» работает аналогично, отличаясь только тем, что длительность накопления в датчике ДТС 1-3 в ночное время суток будет заведомо больше, чем в дневное время.
2
После окончания накопления зарядов в датчике ДС 1-3 (см. момент t на фиг.6а) производится сброс счетчиков формирователя 1-15 и установка RS-триггера 1-18 в состояние «0», а следовательно, возобновление блокировки формирователя 1-15 по управляющему входу.
*
В счетчиках формирователя 1-15 устанавливается нулевое число, а датчик ДТС 1-3 переходит в состояние «ненакопления», т.к. на его входе «FI», начиная с этого момента, формируется высокий логический уровень.
Далее на фотозатвор матрицы ПЗС ДТС 1-3 кратковременно подается высокий уровень напряжения, разрешающий перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах. Напомним, что вертикальные ПЗС-регистры фотомишени матрицы ПЗС с организацией «строчный перенос» нечувствительны к свету благодаря изолирующему маскированию, поэтому перенесенные фотозаряды накопленного кадра могут храниться там достаточно продолжительное время.
1
*
Если время переноса зарядов составляет величину τ, то после его завершения на выходе «IRDY» датчика ДТС 1-3 будет сформирован одиночный импульс (см. фиг.6б) - сигнал готовности изображения.
2
*
Этот сигнал по линии связи 2 транслируется на приемную сторону телевизионной системы и поступает в компьютер 4. В компьютере с задержкой τ, установленной в блоке сопряжения интерфейса, вырабатывается выходной сигнал запроса изображения (см. фиг.6г), который по линии связи 2 поступает на вход «IRQ» датчика ДТС 1-3 телевизионной камеры 1.
3
3
4
к
Далее, когда низкий уровень в сигнале запроса изображения совпадает с окончанием ближайшего строчного синхроимпульса (см. момент t на фиг.6в), начинается считывание зарядового рельефа информационного кадра, которое продолжается в течение интервала t…t. В результате на выходе «видео» («LV2») датчика ДТС 1-3, а следовательно, и на выходе «видео» («LV») телевизионной камеры 1 формируется видеосигнал одиночного кадра (см. фиг.6е). Отметим, что длительность этого сигнала с учетом кадрового гасящего импульса составляет Т и соответствует периоду полукадров по телевизионному стандарту.
3
4
Параллельно с видеосигналом одиночного кадра на выходе «IACK» датчика ДТС 1-3 вырабатывается одиночный положительный импульс - сигнал квитирования (подтверждения) изображения (см. фиг.6д), длительность которого составляет интервал (t…t).
Далее сигналы «LV» и «IACK» транслируются по линии связи 2 на приемную сторону телевизионной системы, а там поступают в компьютер 4.
3
4
Приходящий сигнал «IACK» обеспечивает автоматический переход в работающей компьютерной программе AVerTV в закладку «Снимок». Поэтому в интервале (t…t) выполняется запись видеосигнала одиночного кадра («LV»), а затем его сохранение в папке компьютерной памяти.
5
*
*
В момент t (см. фиг.6г) низкий уровень в сигнале «IRQ» заканчивается. Возникающий положительный перепад напряжения устанавливает RS-триггер 1-19 в состояние «0». В результате высокий логический уровень напряжения поддерживается на входе «MS» датчика ДТС 1-3, а телевизионная камера 1 из режима «MOHOSHOT» возвращается в режим «TV».
6
*
Отметим, что в момент t возникающий положительный перепад напряжения в сигнале «IRDY» (см. фиг.6б) осуществляет сброс тревоги в детекторе 1-4 движение, восстанавливая уровень логической «1» на его выходе.
В результате телевизионная система переходит из режима работы «2+3» в режим «2».
Если затем в результате суточного перехода «ночь-день» освещенность на объекте увеличится, то заявляемая система автоматически вновь перейдет из режима «2» в режим «1».
Вернемся к вопросу реализации оптимального накопления информационных зарядов в датчике ДТС 1-3 в режиме «MONOSHOT».
Для этого выполняется калибровка телевизионной камеры.
макс
Сначала телевизионная камера 1 должна работать в режиме «TV». Перед оптическим блоком 1-1 устанавливается тест-таблица, а ее освещенность в белом Е обеспечивает максимальный размах видеосигнала, формируемого датчиком ДТС 1-3, т.е. соответствие его критерию максимума отношения сигнал/шум.
к
Далее телевизионная камера 1 переводится в режим «MONOSHOT». При этом величина напряжения, вводимого через установочные входы в счетчики формирователя 1-15, регулируется так, чтобы при достижении максимального числа счета и возникновения выходного импульса переноса со старшего разряда длительность накопления матрицы ПЗС составляла бы один полукадр по телевизионному стандарту, т.е. Т (20 мс).
Необходимо отметить, что для выполнения этих измерений потребуется запоминающий осциллограф, а сами измерения будут достаточно трудоемкими.
1
макс
2
1
2
к
Тогда, если освещенность объекта съемки E будет меньше, чем Е, то при достижении максимального числа счета выходной импульс переноса появится позже, в момент t (см. фиг.5в), а длительность накопления ПЗС составит (t…t)>Т.
2
1
3
1
3
Если освещенность объекта съемки снизить еще, т.е. Е<Е, то пропорционально позднее, в момент t (см. фиг.5д), появится импульс переноса, а длительность накопления (t…t) соответственно увеличится.
мин
Необходимо отметить, что автоматический выбор максимального времени накопления , которое соответствует предельно низкой освещенности Е объекта съемки, как и длительность хранения в матрице ПЗС накопленных зарядов, должны учитывать технологические ограничения фотоприемника по плотности тока термогенерации (темнового тока) и шуму считывания преобразователя «заряд - напряжение».
Поэтому технически обоснованный максимальный отсчет суммарного времени «накопления - хранения» при нормальной температуре для современных матриц ПЗС составляет (1…10) с.
С учетом этих соображений выбирается и максимальная емкость счетчиков формирователя 1-15 для датчика ДТС 1-3.
Работа охранной телевизионной системы «день-ночь», в которой применено другое техническое решение оптического блока 1-1 (см. фиг.3), не отличается от рассмотренной в описании выше. Однако здесь имеет место погрешность в виде ошибки смещения геометрического центра увеличенного (монохромного) изображения относительно геометрического центра нормального (цветного) изображения. Но, следует отметить, что абсолютная величина этой ошибки снижается с увеличением дальности телевизионного контроля и фокусных расстояний объективов, а поэтому может быть вполне допустимой.
По сравнению с аналогом [1] в заявляемой охранной телевизионной системе в момент нарушения выполняется телевизионное фотографирование контролируемого пространства с экспозицией, обеспечивающей для снимка изображения повышенное отношение сигнал/шум.
В настоящее время все блоки данного решения освоены или могут быть освоены отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.
Источники информации
1. Патент РФ №2234818, МПК H04N 7/18, G08B 13/196. Охранная телевизионная система «день-ночь» / В.М.Смелков, Г.А.Камышев, М.Я.Орловский // БИ №23. - 2004.
2. Заявка Франции №2589301 от 28.10.1985. Устройство электронной обтюрации. Заявитель - фирма i2S (Франция). Реферат заявки опубликован в бюллетене «Передача изображения, телевидение», выпуск 136. МКИ H04N, №12, Москва, 1987.
3. Руководство пользователя по камере iMC 500. Изготовитель - фирма i2S (Франция), 1987.
4. Руководство по быстрой установке продукта Aver TV 307 от компании AverMedia TECHNOLOGIES, Inc. (Тайвань).
5. Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2010120340(028896) от 06.04.2011, МПК H04N 5/00. Телевизионное устройство для обнаружения подвижных объектов / В.М.Смелков.
6. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС / Перевод с англ. - М.: Мир, 1985.
7. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Челябинск: Металлургия, 1988.