Телевидение-ликбез

телевидение---автор Книжников ВВ

КАМЕРА

Благодаря открытию немецкого ученого Эйнштейна электрической природы фотоэффекта-----свет это электромагнитная волна! Принцип телевидения на электрической основе придумал русский инженер Зворыгин в 20-е годы прошлого века !более подробно смотри статью "оптика"

Все современные светоприёмные  видеоматрицы это законченный цифровой компонент формирующий поток информации для последующей обработки ----

через ЦАП в стандартный аналоговый видео-сигнал или прямое сжатие потока в стандартах кодирования для цифрового видео!!!

Видео-камера преобразует световой луч сфокусированный объективом на полупроводниковую матрицу в электрический сигнал с низкой частотой телевизионного аналогово сигнала 6Мгц или 25-30 кадров в секунду при построчной считки около 400-650 телевизионных линий в стандарте ПАЛ!

Точность распознавания объекта у аналогово телевидения при угле обзора оптического объектива в 90-100 град всего 1 метр длины на 100 метров расстояния до цели или коэффициент читаемости Kч=100/1

---

например

1) стоящий человек читается как вертикальная палочка при 100-150 метрах от камеры,

2) окна и двери как квадратики при 150-200 метров,

3) птицы и животные как шарики до 50 метров,

4) лицо и номерной знак распознаётся всего при 4-6 метрах,

5) автомобили как прямоугольники, деревья и кусты читаются до 400-600 метров,

6) поезда, корабли и мосты как вытянутая лента до 2-3 км,

7) самолёты, вертолёты, катера и яхты как треугольники 0.5-1 км,

8) коттеджи и дачи как кубики до 2 км,

9) небоскрёбы, трубы, башни и вышки как вертикальная палочка при 5-10 км!

При цифровой картинке идёт считывание изображения, как мгновенного фото с частотой 30-60 кадров в секунду при разрешающей способности матрицы от HD 1080х720 пикселей при формате 3/2 и FHD 1920х1080 -----эти показатели характерны для курсовых камер с минимальной задержкой 25-50 мс в режиме видео-онлайн на принципе ССД матрицы, когда вращающийся винт в кадре замирает ----но цветовая гамма имеет специфичные оттенки на любителя! Размер видеоматрицы курсовой микрокамеры обычно 1/3 дюйма по диагонали или около 8мм--- иногда 1/2.5 д,что лучше!

Для высоко-качественной съёмки используется формат 4К матрицы в экшен-камерах, где разрешающая способность в 4 раза выше FHD картинки, но требуется процессор огромной мощности и большая задержка-----эквивалентно фото 4000х3000=12Мб с частотой не менее 30 кадров в секунду или производительность чипа от 1000МГц/с! Обычно используют принцип СМОС матрицы, когда винт распадается на полосы----но цветовая гамма более естественная и приятная для глаз! Задержка по времени может доходить до 300 мс! Размер видеоматрицы экшен камеры обычно 1/2 дюйма по диагонали или около 13мм--- иногда 1/1.7 д,что лучше!

Теперь появилось новое поколение светочувствительных СМОС матриц под названием "звёздный свет", то есть излучения звёздного неба ночью хватает на полноценную экспозицию кадра это благодаря перехода на более тонкий слой матрицы в технологиях их производства толщиной в десятые нанометры вместо сотых нм---диагональ матрицы уже 1 дюйм!!!

Коэффициент читаемости у цифры возрастает у FHD Kч=200/1----для 4K уже Kч=500/1 по сравнению с аналогом при том же угле обзора, то есть дальность распознавания предметов увеличивается в 2-5 раза!

при 8К Кч=700/1 четкость изображения сравнима человеческому глазу

Экспозиция по яркости определяется скоростью электронного затвора аналогично механическому фотозатвору на лепестках обычно от 1/30 в сумерках и до 1/100 000 секунды при ярком солнце!

Сейчас вовсю применяют режим динамического компрессора для видеокартинки с камеры WDR ----где яркие объекты затеняются, а темные высветляются при резких тенях от солнца, тогда читаемость по яркости многократно возрастает! Принцип работы компрессора следующий----на каждый выходной кадр с частотой 30 штук/сек делается два кадра с разной экспозицией короткая на яркое освещение и длинная на тени,затем картинки интегрируются(смешиваются)и выдаётся конечный кадр с подтянутыми яркостями в светлых и темных участках !!!

Специализированные матрицы чувствительные на приём света в инфракрасном диапазоне используются для ночного видения!

При дневном освещении  от насыщенного ультрафиолета используют красный светофильтр----возрастает читаемость по цветам!

Угол обзора объектива FOV указывается по диагонали----но обычно на практике оператору важен угол обзора по горизонтали!

При угле менее 90-100 гр почти нет оптического искажения по периферии картинки типа рыбий глаз----естественное восприятие!

Расположение камеры на дроне----курсовая камера смотрит в направлении полёта и зафиксирована в носу при толкающей схеме ВМГ и на крыле при 
тянущей в носу фюзеляжа!!! Обзорная камера крепится на управляемом  подвесе типа цимбал обычно в носу или под днищем ла!!!

Оптимальный угол расположения камеры 30 гр вниз от горизонта  для комфортного восприятия 3Д аксонометрии общего плана  при наблюдении сверху на 
высотах 50-300м! При вертикальном положении распознавание образов затруднено!

При поиске "потеряшки" с высоты 30-50 м (чуть выше верхушек деревьев и строений) необходимо увеличить оптическое изображение 2-3 кратным зумом или замена объектива с панорамного в 90-110 гр на более узкий угол обзора 30-50 гр --- это эквивалентно 2-3 кратному приближению цели!!!

ЖК монитор

В современных видео-мониторах на принципе жидкокристаллического затенения пиксела на матрице от свето-диодной задней подсветки в белом цвете имеется контрастность изображения от 400 до 1000 при воспроизведении до 16 миллионов цветов! Разнообразие цветов и оттенков получается смешением трёх основных монохромных цветов---- голубой, зелёный, красный + черный для интенсивности яркости!

ЛЕД матрица это четырёх слойная структура на прозрачной подложке с отработанной технологией за 20лет и поэтому относительно дешёвая!

ОЛЕД---новый тип однослойных матриц на тонкой подложке,где все три основных цветовых пикселей в одной чёрной углеродной нано-сетке,благодаря чему яркость и контрастность на порядок выше и доходит до 10 000 при 1 миллиарде оттенков---- по глубине чёрного картинка близка к реальной !

Чем выше разрешающая способность матрицы видео-монитора и габариты, тем более подробную картинку по мелким деталям возможно прочитать при наличии высококачественного сигнала с борта дрона! Например для аналогово видео разрешение на экран не более 800х600 пикселей! Электропотребление обычно не более 1-10вт в зависимости от габаритов!

Используя эффект картинка в картинке можно сразу наблюдать курсовое изображение с наложенной телеметрией в углу и основное высококачественное в центре или дистанционно переключать камеры на борту!

Для комфортного наблюдения необходимо применять только матовый экран, чтобы посторонние блики не раздражали восприятие картинки! Самый удобный фармакор видеомонитора на улице это шлем-----нет засветки от неба и большой экран в отличии от очков!!!

более подробно смотри статью "аналог против цифры-онлайн видео"

Курсовая картинка

При полётах в сильный ветер при турболизированой атмосфере от деревьев и высоких строений видео изображение с курсовой камеры становиться критичным по восприятию на глаз от постоянной болтанке по всем трём осям----дергание и мильтиширование сильно утомляет мозги !!! если в штиль атмосфера спокойная то ЛА летит в ламинарном потоке и картинка с жестко закреплённой курсовой камеры приемлемая и плавная даже при маленьких нагрузке на крыло и моментах инерции дрона, а вот при экстремальной погоде МИ становятся решающим фактором----МИцм=mr^2!!!

Например в ветер 10м/с и при одинаковой нагрузке на крыло около 40 г/дм2 режиме 2Д стабилизации АП наиболее устойчивую картинку показывало на двухмоторном высокоплане с тянущими э-ВМГ на крыльях!!!

тип ЛА ------расположение ВМГ------масса,кг------размах,м------длина,м------МИ,кгм2 по тангажу--------по крену ------по рысканию-----дергание по оси

ЛК--------толкающее заднее--------------0.4-----------0.7-------------0.4----------0.003----------------------0.002-----------0.005----------Y, Х, Z

БПЛА-----толкающее на пилоне------------0.8-----------1.4---------------1------------0.03------------------------0.02------------0.05---------- Х

УТКА---тянущая двухмоторная на крыле-------1.3-------------1.2-------------0.6----------0.015-----------------------0.045------------0.06-----------Y

ГРУЗОВИК--тянущая двухмоторная на крыле----1.5-----------1.5--------------1-------------0.04----------------------0.05--------------0.09----------нет!

Вывод-----чтобы летать в "болтанку" по видео-онлайн с курсовой камеры желательно двухмоторник на крыле-моноплан с классическим хвостовым оперением или размазывать груз по крыльям и фюзеляжу!!! 

более подробно смотри статью " основы разработки дронов"