Автоматическое управление диафрагмой сигналами постоянного тока

Объективы, которые применяются в системах машинного зрения и видеонаблюдении, создают картинку на светочувствительных элементах матрицы видеокамеры. Объективы представляют из себя набор линз, фокусирующих световой поток на матрицу, а контролирует его количество диафрагма.

Регулировка интенсивности потока света на матрицу происходит за счет того, насколько сильно закрыты и открыты лепестки диафрагмы (f-Stop). Чем больше отверстие, тем больше света достигает матрицы. Хорошие светосильные объективы обладают значением f/0,9–f/0,95.

Разновидности диафрагм

В зависимости от способа управления диафрагмой объективы делят на три категории.

1. Фиксированная диафрагма. Применяют в камерах, оснащённых электронным затвором.

2. С ручным управлением. Используют там, где есть постоянный уровень освещённости, например, внутри помещений с искусственным светом. Такие объективы также используют в уличных условиях, но только, если камеры имеют электронный затвор, работающий в автоматическом режиме.

3. С автоматическим управлением. Контролируют поток света благодаря обратной связи сигналов от видеокамеры. Они подходят для работы в условиях переменной освещённости и отличаются от других объективов наличием кабеля с разъёмом, подключённым к видеокамере.

Объективы третьего типа в свою очередь тоже делятся на 3 типа по видам управления.

Управление видеосигналом (VD)

Анализом видеосигнала и управление исполнительным элементом диафрагмы занимается специальное устройство, расположенное в самом объективе. Этот метод считают устаревшим и практически не используют в настоящее время.

Объективы Video Drive имеют два регулятора на корпусе: Level и ALC. «Level» (Уровень) нужен, чтобы настраивать режим работы электроники объектива, исходя из реальной освещённости. Поворот регулятора «Level» приводит к принудительному изменению значения диафрагмы. При изменении положения «Level» на мониторе картинка становится либо ярче, либо бледнее.

У регулятора «ALC» две области регулировки: средняя А и пиковая Р. ALC используют для блокировки эффекта обратной засветки в высококонтрастных сценах.

Управление постоянным током (DC)

Direct Current (DC) или Direct Drive (DD) подразумевает, что определение размера отверстия диафрагмы происходит в телевизионной камере, а в объективе расположен только мотор, приводящий в движение лепестки и управляемый сигналом с видеокамеры. Регулировочных элементов такой объектив не имеет. Настройку этих объективов выполняют с видеокамеры, на которой должны иметься известными нам регуляторы «Level» и «ALC». Сейчас этот метод широко применяют в охранном видеонаблюдении.

Объективы P-Iris

В них используют не традиционный гальванометр (автодиафрагму), а шаговый электропривод, управляющий диафрагмой в цифровом режиме. Благодаря этому достигается точная и целенаправленная оптимизация раскрытия диафрагмы при любом освещении, что приводит к получению более контрастных, чётких изображений с улучшенным разрешением и глубиной резкости.

Технические особенности объективов с управлением DC

Камера с прямой регулировкой диафрагмы должна поддерживать эту функцию. Вместо электропитания, видеосигнала и общего провода, управляющее напряжение и общий провод передаются с камеры на объектив. Такие объективы часто называют гальванометрическими.

В линзах используют гальванометрический привод. Им управляют напрямую (через переменное напряжение постоянного тока) или с помощью усилителя (управление AI) внутри линзы. Гальванометр контролируют через плату усилителя (управление AI) или напрямую (управление постоянным током).

Для работы с управлением постоянным током DC камера должна иметь встроенную плату управления. Данные видеокамеры оснащены двумя потенциометрами: «Уровень» (Level) и «Автокомпенсация засветки» (Automatic Light Compensation, ALC).

Для чего нужен потенциометр «Уровень»

Потенциометр «Уровень» служит для установки значения уровня видеосигнала, выходящего из камеры. Этот уровень автоматически регулируется системой диафрагмирования при изменении освещённости объекта. Регулятор также известен как «уровень чувствительности», потому что на мониторе он отображается как изменения яркости сцены.

Уровень сигнала можно регулировать от 0,5 до 1,2 Vpp с помощью потенциометра «Уровень».

Для этого используют осциллограф и хорошо освещенную испытательную таблицу (минимум 3000 люкс). Если эти средства проверки недоступны, необходимо попробовать приблизительную настройку в соответствии с субъективным впечатлением от изображения: поверните регулятор влево, если изображение слишком яркое, и вправо, если контрастность слишком низкая.

Если изображение по-прежнему неудовлетворительное, несмотря на правильную настройку уровня, причиной могут быть большие различия в уровнях яркости сцены. Это можно исправить с помощью потенциометра Pk/Av. При выходе с завода линзы настроены на средний контрольный уровень. Возможна плавная регулировка до 100% пикового значения управления путем поворота регулятора влево, чтобы обеспечить лучшее распознавание слишком ярких областей изображения.

Зачем нужна автокомпенсация подсветки (ALC)

Служит для фотометрической настройки диафрагмы. Она также известна, как компенсация встречной засветки. Она отвечает за определение способа оценки уровня видеосигнала для работы диафрагмы в автоматическом режиме. Регулятор ALC даёт возможность задания стандартного уровня срабатывания диафрагмы, исходя из контрастности изображения. Обычно, если сигнал содержит детали в тёмных и светлых участках кадра (размах амплитуды аналогового видеосигнала от 0 до 0,7 В), уровень устанавливается по среднему значению.

Положение резистора ALC можно настроить в соответствии с характером сцены, чтобы игнорировать пересвет ярких деталей изображения и улучшить различимость менее контрастных объектов и тех, которые находятся в тени.

Настройка порога срабатывания эквивалентна схеме компенсации встречной засветки, которая используется в бытовых видеокамерах. Эта компенсация помогает бороться с излишней засветкой матрицы, позволяя электронике камеры игнорировать яркие участки изображения и правильно определять оптимальное раскрытие диафрагмы.

Такая настройка полезна при съёмке с возможностью попадания яркого фона в кадр, например, стеклянных дверей или окон. При правильной настройке компенсации засветки ALC диафрагма будет раскрыта на 1–2 деления больше, делая лицо человека ярче и контрастнее. Наоборот, для лучшей видимости деталей на ярких участках изображения диафрагма должна быть максимально закрыта.

Крайние положения регулятора компенсации засветки — Peak (по пикам) и Average (по среднему), а заводская настройка обычно находится между ними. Важно помнить, что эффект от настройки ALC можно заметить только в высококонтрастных сценах.

В современных видеокамерах для управления диафрагмой используют медленно изменяющееся управляющее напряжение, известное как сигнал управления постоянным током (DC или DD). Это позволяет применять более простые и экономичные объективы.