ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ НА ПЗС-МАТРИЦЕ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕТОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ..

ocenka vremeni vosstanovleniya televizionnoi kameri na pz

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ НА ПЗС-МАТРИЦЕ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕТОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ..

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ НА ПЗС-МАТРИЦЕ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕТОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ.

СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович, кандидат технических наук, доцент

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ НА ПЗС-МАТРИЦЕ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕТОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ

В работе [1] приведены результаты исследования влияния интенсивной засветки телевизионной камеры на фотоприемной матрице ПЗС. Показано, что световая перегрузка с освещенностью 1,4×108 лк от имитатора солнечного излучения не приводит к появлению в ПЗС-матрице необратимых дефектов (прожогов), а устойчивость фотоприемника к перегрузке не зависит от продолжительности экспонирования. Отмечается, что чувствительность ПЗС восстанавливается после окончания перегрузки любой продолжительности практически безынерционно. Очевидно, что последнее заключение с метрологической точки зрения не является безупречным.

Автор настоящей работы предлагает методику экспериментального измерения времени восстановления камеры после перегрузки, особенностью которой является организация высокоинтенсивного экспонирования ПЗС-матрицы в импульсном режиме.

В опубликованных ранее работах [2, 3] верхняя отметка диапазона рабочих освещенностей при солнечном свете для охранной телевизионной камеры оценивалась в 100000 люкс. Эта световая перегрузка может присутствовать достаточно продолжительное время: от нескольких секунд до нескольких часов, поэтому камера должна обеспечивать приемлемый для оператора уровень искажений телевизионного изображения, т.е. допустимый сигнал “смаза”.

Для технического решения камеры на базе одного ПЗС-фотоприемника в условиях такого избыточного освещения можно гарантировать для наиболее совершенной по технологии матрицы [2] сигнал “смаза” в 10% при времени экспозиции 1 мкс.

С другой стороны, воспользовавшись техническим решением камеры на двух ПЗС-матрицах [3], можно уменьшить сигнал “смаза” до 1% при времени накопления 200 мкс, что позволяет дополнительно отказаться от расширения диапазона цифровой регулировки электронного затвора фотоприемника в сторону “малых” времен.

Учитывая, что в ряде применений телевизионной техники специального назначения, где световая перегрузка по времени может быть короткой, а быстродействие предъявления получателю-автомату неискаженной видеоинформации является решающим фактором, целесообразно иметь метрологическую оценку времени выхода телевизионной камеры после воздействия световой перегрузки.

Структурная схема телевизионного канала для организации эксперимента представлена на рис. 1, а на рис. 2 – временная диаграмма, поясняющая его работу. Схема содержит телевизионную камеру, выполненную на базе южнокорейского камерного модуля широкого применения на матрице ПЗС с форматом мишени 1/3 дюйма. Матрица ПЗС имеет типичную для импортных фотоприемников организацию “СКП” (“строчно-кадровый перенос”), а по чувствительности может быть отнесена к приборам обычной чувствительности (стандартным CCD).


Рис. 1. Структурная схема организации эксперимента

ocenka vremeni vosstanovleniya televizionnoi kameri na pz 2
Рис. 2. Временная диаграмма, поясняющая структурную схему эксперимента

В качестве источника светового перегрузки применен импульсный источник света, выполненный на базе двух последовательно включенных отечественных светодиодов Ф-326, которые излучают энергию в ближней инфракрасной области спектра, являющейся рабочим участком спектрального диапазона матрицы ПЗС.

Длительность светового импульса (рис. 2е) составляет 20 мс при периоде следования 80 мс. Предполагается, что время “возгорания” (tВ) светодиодов, как и время их послесвечения (tП) на порядок меньше длительности светового импульса, а поэтому не вносят погрешности в проводимое измерение времени восстановления камеры. Для управления излучателем применена схема, состоящая из селектора синхроимпульсов, выделяющего из полного видеосигнала кадровые синхроимпульсы (рис. 2а), первый делитель частоты на два, формирующий меандр с периодом 40 мс (рис. 2б), второй делитель частоты на два, вырабатывающий меандр с периодом 80 мс (рис. 2в), логический элемент “ИЛИ-НЕ”, обеспечивающий на выходе положительный импульс длительностью в 20 мс при периоде следования 80 мс (рис. 2г), а также преобразователь уровней, предназначенный для получения управляющего выходного импульса с амплитудой около 8 В при токе в нагрузку не менее 1 А (рис. 2д).

Перед началом измерений работающая телевизионная камера устанавливается напротив выключенного излучателя на минимальное расстояние с целью подготовки для организации сильного светового воздействия на фотоприемник. Благодаря установленному в камере широкоугольному объективу, в ее поле зрения находятся оба светодиода на фоне окрашенной в черный цвет передней панели излучателя.

Далее телевизионная камера и излучатель изолируются от окружающей освещенности, а питание излучателя включается. При этом происходит сильная световая перегрузка ПЗС-матрицы, т.к. электронный затвор, обеспечивающий типовое значение минимального времени накопления в 10 мкс (1/100000 с), явно не справляется с зарядовым растеканием. Осциллограмма полного видеосигнала на выходе камеры, передаваемая первым лучом осциллографа С1-96, при выключенном излучателе приведена на фото 1, а при включенном – на фото 2. Для временного представления происходящих процессов на этих рисунках внизу изображена осциллограмма логического импульса управления излучателем, передаваемая вторым лучом осциллографа С1-96.

ocenka vremeni vosstanovleniya televizionnoi kameri na pz
Фото 1. Осциллограмма видеосигнала (вверху)
на выходе камеры при выключенном излучателе

ocenka vremeni vosstanovleniya televizionnoi kameri na pz 2
Фото 2. Осциллограмма видеосигнала (вверху)
на выходе камеры при включенном излучателе

Из фото 2 следует, что “паразитный” сигнал от световой перегрузки имеет место в течение двух полукадров, т.е. его длительность составляет 40 мс.

Возникновение этого сигнала можно объяснить следующим.

В течение первого полукадра, когда происходит сильная засветка фотомишени ПЗС, зарядовые носители заполняют полностью потенциальные ямы большинства ее элементов (пикселов). При этом соседние потенциальные ямы могут “схлопываться”, создавая эффект растекания зарядов. В силу этого, а также благодаря своей большей подвижности инфракрасные фотоны преодолевают потенциальный барьер и проникают в ячейки экранированных от света вертикальных регистров сдвига. Эти зарядовые пакеты далее считываются обычным образом (строка за строкой и поэлементно) через горизонтальный регистр фотоприемника, образуя на выходе “паразитный” сигнал первого полукадра.

Во время последующего (второго) полукадра засветка от излучателя отсутствует, но в матрице ПЗС процессы переноса зарядов и их считывания в выходном устройстве не прекращаются. Поэтому зарядовые пакеты, удерживаемые до этого момента в потенциальных ямах фотомишени, как обычно, переносятся в вертикальные регистры сдвига, а затем считываются через горизонтальный регистр. В результате фотоприемник полностью освобождается от накопленных ранее зарядов.

Как видно из осциллограммы на фото 2, в последующих двух полукадрах, т.е. в течение оставшихся 40 мс до появления нового импульса излучения, видеосигнал на выходе камеры отсутствует. Эксперимент показывает, что если увеличить длительность экспонирования при сохранении его интенсивности, то время восстановления не изменяется и составляет также один полукадр (20 мс). Это означает, что “пауза” восстановления сигнала изображения камеры после окончания световой перегрузки занимает не более одного полукадра по стандарту.

Литература

1. Гридин А.С., Салин В.И., Сущев Г.А., Подгорский Е.Г., Ратников А.Н., Трофимов М.Н. Оценка устойчивости фотоприемника на ПЗС к световым перегрузкам. “Техника средств связи”, серия “Техника телевидения” вып. 2, 1983, с 28 – 32.
2. Куликов А.Н. Телевизионное наблюдение при ярком солнечном свете.//“Специальная техника”, №1, 2001, с.11 – 20.
3. Смелков В.М. Метод минимизации искажений телевизионной камеры при работе в условиях световой перегрузки.//“Специальная техника”, №5, 2001, с. 20 – 22.

Статьи по теме:

Видеонаблюдение

Наша организация осуществляет проектирование и монтаж " под ключ" систем видеонаблюдения, техническое обслуживание и ремонт в Калуге и Калужской области. Наш адрес офиса ...
Советы домовладельцам по обеспечению безопасности

Советы домовладельцам по обеспечению безопасности

Наступил осенний сезон, и пришло время вернуться к домашней безопасности. Теперь, когда летние каникулы подошли к концу и небо темнеет ...

Три критических вопроса при выборе видеоаналитики для видеонаблюдения

На самом деле никогда не стоял вопрос «оправдает ли» технология видеоаналитики свое обещание стать «следующей большой вещью» в области физической ...

FCC запрещает авторизацию оборудования для китайских телекоммуникаций и оборудования для видеонаблюдения, которое считается угрозой национальной безопасности

Федеральная комиссия по связи приняла новые правила, запрещающие разрешать ввоз или продажу оборудования связи, которое считается представляющим неприемлемый риск для ...

Перенос локального видеонаблюдения в облако

Возможно, сейчас самое подходящее время для перехода от локальной системы видеонаблюдения к облачному развертыванию. Сегодня все больше организаций полагаются на ...
Hanwha Vision

Hanwha Techwin переименовывается в Hanwha Vision

Hanwha Techwin изменила свое название на Hanwha Vision, поскольку компания расширяет свои предложения в качестве глобального поставщика решений для машинного ...
энергия бита информации

Перспективы использования цифровых систем передачи изображения по радиоканалу

Сердюков Петр Николаевич, доктор технических наук Синильников Александр Михайлович, кандидат технических наук Шевцов Игорь Федорович, кандидат технических наук Перспективы использования ...
Как оптимизировать датчики нейроморфного зрения на основе событий для использования в мобильных устройствах

Датчики нейроморфного зрения в смартфонах

Что такое датчик нейроморфного зрения? Prophesee, поставщик технологии нейроморфных датчиков зрения, основанных на событиях, объявил о партнерстве с Qualcomm Technologies ...
Ambarella включила в свою новую систему-на-чипе объединение датчиков, поддержку трансформаторной сети и другие функции.

Ambarella добавляет новую SoC с поддержкой искусственного интеллекта для камер безопасности

ИИ сейчас находится в центре всего. Обработка Edge AI выходит на первый план, поскольку все больше устройств начинают включать высокопроизводительные ...
Каждая башня оснащена новейшими интеллектуальными технологиями искусственного интеллекта (ИИ)

Самодостаточная «умная» интеллектуальная наблюдательная вышка

Cozaint BOBBY ™ Surveillance and Monitoring Tower — это автономная наблюдательная вышка безопасности, предназначенная для обеспечения всеобъемлющего контроля над потребностями организации в ...
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять