Дискретно-аналоговые методы повышения информационной способности телевизионных камер и обнаружителей движения на ПЗС для промышленного видеонаблюдения и телевизионной охраны

• Автор: Смелков, Вячеслав Михайлович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 294 с. : ил.

Светлой памяти моих родителей, участников Великой отечественной войны, прошедших её огненными дорогами от «звонка» до «звонка», с сыновней любовью посвящаю
Уже второе десятилетие Россия живет в условиях новой экономической реалии, одним из показателей которой является либерализация внутреннего рынка, в т.ч. и купли-продажи систем невещательного (прикладного) телевизионного наблюдения. На российском рынке появилась продукция, как передовых западных фирм, так и отечественных фирм-однодневок, которые во имя собственного обогащения стремятся сбыть здесь ненужные и некачественные изделия.
Другим обстоятельством, бесспорно влияющим на состояние телевизионной техники, является стремительное наступление средств компьютерной обработки сигналов, которым отводится решающая роль в информационной революции на рубеже второго и третьего тысячелетий. В настоящее время на мировом рынке наблюдается настоящий бум по внедрению цифровых технологий в телевизионные системы. По мнению экспертов [1], такой перелом в рыночной ситуации связан, в первую очередь, со следующими факторами:
□ падением стоимости хранения 1 Мбайта на жестких дисках и других носителях и доступностью мощных вычислительных средств;
□ развитием и удешевлением аппаратных и программных средств, ориентированных на работу с видеосигналами.
Эти факторы обусловили появление на рынке значительного числа новых телевизионных систем, которые, в зависимости от объема используемых в них технических средств (приборов), стали называть «компьютерными видеосистемами» или «цифровыми системами».
Применяемые в этих системах телевизионные камеры приобрели статус «цифровых камер». Но если в настоящее время отсутствует строгое определение понятия «цифровая камера», то их «верхняя планка» известна. Это сетевые камеры, которые имеют сетевой интерфейс и поддерживают коммуникационные протоколы, позволяющие передавать видеоинформацию в цифровой форме по внутренним (локальным) сетям и Internet.
В сетевых камерах реализована концепция «камера-устройство записи» в одном приборе с выполнением видеонакопителя на жестком диске (HDD). Возможности сетевой камеры DSR-C100P фирмы Sanyo (Япония) сообщаются в работе [2]. Это полностью цифровое устройство, с ПЗС-матрицей дюйма, состоящей из 1,5 миллионов пикселей. Емкость HDD - 10,2 Гбайт. При поступлении от извещателя охранной сигнализации сигнала тревоги на вход камеры, на HDD сохраняется информация, собранная в течение 85 минут, предшествующих этому событию (так называемая запись Pre-alarm recording).
По сути, такая камера представляет собой законченный комплекс видеонаблюдения, неразрывно связанный с компьютером. Если к концепции «глаз - это вынесенная наружу часть мозга» давно привыкли, то становится очевидным, что подобная телекамера - это вынесенная наружу часть компьютера [3].
Известно, что телевидение, дополняющее зрение человека, как и его мышление, основано на образах. Новая теория связи [4] утверждает, что только отношение образов даёт познание об истинных отношениях объектов (вещей), поэтому информация является нескалярной величиной, т.к. должна оцениваться не только количественно. Как показано в главе 1 настоящей работы, информационное равновесие, определяемое информационным уравнением, соответствует количеству и качеству информации, необходимой для создания образа объекта.
Информационное уравнение имеет ряд решений, соответствующих) оптимальным системам [4], но не указывает оптимального пути для их достижения. Оптимальными системами могут быть и аналоговые, (непрерывные) системы, и дискретно-аналоговые системы, и цифровые' системы. Поэтому остаётся полная свобода для изобретательства системы и, I следовательно, и для разработчика источника информации телевизионной системы, каковым является датчик телевизионного сигнала, а его типовыми представителями - телекамера и обнаружитель движения на базе матрицы^ приборов с зарядовой связью (матрицы ПЗС).
В настоящей работе синонимом термина «рост нескалярной информации, создаваемой телекамерами и обнаружителями движения, принят термин - «повышение информационной способности» этих приборов. Этому можно дать следующее обоснование. В информационном уравнении информация выражена в энергетических единицах. При этом справедливо считается, что «информация по смыслу ближе к действию в концепции познания, чем физическая энергия» [17]. С другой стороны, словарь русского языка Ожегова даёт толкование термина «способность» и как «умение, а также возможность производить какие-нибудь действия».

Для расчёта выхода годной продукции в работе [18] рекомендуется применять следующую эмпирическую формулу:
у - 100 х (1 + 0,25 х А х Д)"4,
где у - выход, %;
А - поверхность матрицы, см2;
Д - число дефектов на см2.
Результаты расчётов, проведённых по соотношению (1.5.1), приведены в таблице 1.5.1.
Таблица 1.5.1 - Данные выхода годной продукции
Вид матрицы А, см х см д У,%
Матрица с ХУ - адресацией 0,66 х 0,88 5
Матрица ПЗС СКП 0,66 х 0,88 10 2,7
Матрица ПЗС КП 1,32 х 0,88 10 0,45
Фотоматрицы ПЗС достигли к настоящему моменту гораздо большего развития и используются в разработках телевизионных камер на их основе многими ведущими фирмами за рубежом: Texas Instr., RCA, Fairchild (все США), Marconi, EEV (обе Великобритания), Thomson CSF, i2S (обе Франция), Sony, Toshiba, Matsushita, NEC, Hitachi, Sharp (все Япония).
По сравнению с фотоматрицами ПЗС фотоматрицы с ХУ - адресацией имеют сейчас меньшую информационную ёмкость (меньшее число элементов), хотя обладают такими несомненными достоинствами, как координатная выборка и более эффективное подавление расплывания изображения при локальных пересветках.по методу антиблюминга. Усиленно
(1.5.1)