TEHNIČKA PODRŠKA

NAJČEŠĆA PITANJA - KAMERA

Koji je najčešći razlog da kamera "izgori" - pokvari se za vreme rada ?

Postoji nekoliko češćih razloga :

- Instalater koristi neadekvatno - ne stabilisano napajanje ( ako se radi o 12 V DC kamerama ). Kamera je proizvedena da radi na 12 V DC ..Stabilisano ( ako je tako deklarisana ). Odstupanje radnog napona na kameri je maksimalno + - 10% za pouzdan rad , što iznosi DC10.8V do DC 13.2V. Ako je napon veći od DC13.2V, budite sigurni da će kamera biti uništena, možda ne momentalno, ali sigurno za ..nekoliko dana zbog pregrejavanja. Konkretno, problem je u tome što su kamere ( najčešće radi standarda ) projektovane da rade na 12 V DC. Stabilizator napona koji je ugrađen u njih ( bez obzira na stabilizaciju ispravljanja ) projektovan je da stabiliše 12 V DC na radni napon kamere koji je često 5 V DC . Ako je napon veći od 12 V, stabilizator u kameri se pregrejava i može biti uništen, a ujedno i neki drugi delovi kamere. Ako je napon niži od 12V, moguće je da će kamera raditi i dalje besprekorno ( čak i uz manje grejanje ), ali će biti osetljivija na pad napona u mreži. Neke kamere koje su deklarisane na 12 V rade dobro i na 9V, ako je mreža stabilna.

Osim što je potrebna kvalitetna stabilizacija napona, pritom mislimo na adaptere koji mogu efikasno stabilisati napone od 190 do 240 V ili više, važna je i filtracija napona. Obično kod jeftinih ispravljanja filtracija je vrlo slaba. Zbog topline koja se razvija u ispravljanju trpe kondenzatori. Ako su oni predviđeni za maksimalnu temperaturu od + 85 oC, njihov vek trajanja u malo težim uslovima neše biti dugačak. Zato je potrebno da se u ispravljanje ugrađuju kondenzatori dovoljnog kapaciteta radi filtriranja napona ( obično 2200 do 3300 mF pre stabilizatora i oko 470 m F posle stabilizatora ), i da budu deklarisani za temperaturu od 105 oC.

Ako želite da kamera proživi svoj normalni radni vek ( zavisno od uslovima u kojima radi ) obvezno morate koristiti stabilisane ispravljaće. Dosadašnja praksa pokazala je da su ispravljači sa transformatorom u praksi bolje rešenje od elektroniskih ispravljača ( switchera ), iako novi modeli namenskih switchinga su isto tako kvalitetno rešenje. Jedan od najtežih momenata za rad bilo kojeg uređaja je njegovo uključenje u strujni krug. To je trenutak kada napon u izuzetno kratkom vremenu skače sa 0 V na radni napon. Ako ispravljaš kamere nije stabilisan, prilikom ukopčavanja u mrežu njegov napon može biti umesto 12 V i daleko više od 20 ili 30 V, što je izuzetno opasno za kameru. Isto tako napon nestabilsanog ispravljača oscilira isto kao što oscilira mreža , pa njegove vrednosti mogu biti često preko 14-15 V ili ispod 10V. Kod switchiga napon kod ukopčavanja može biti i 100V. Jasno, taj prvi skok napona meri se u milisekundama ( ne možete ga izmeriti voltmetrom, nego osciloskopom ) ali i to može biti dovoljno za uništenje stabilizatora kamere a i drugih komponenti.

- Koristeći stabilisane ispravljače lošeg kvaliteta nakon nekoliko meseci možete imati probleme kao npr. neprirodne boje Color kamere ( prenizak napon - trafo ? ) , Brum u slici ( loš elektrolitski kondenzator ) , adapter se greje više od dozvoljene radne temperature ( najčešće vrlo loš transformator , deklarisan sa 500 mA a verovatno ima oko 200 mA ili manje ). Pregrejavanje suši elektrolitske kondenzatore koji, ako ne probiju ili eksplodiraju, mogu da se osuše, pa im iz tog razloga padne kapacitet, što dovodi do lošeg filtriranja napona odnosno BRUM ~a u slici i tonu.

Loše proračunati transformatori na sekundaru imaju napon od čak 25 V AC u praznom hodu, iz razloga što su preslabi, pa pri radnom opterećenju padnu na nekih 15 V AC koji se posle stabiliše. Dobro proračunat transformator u praznom hodu ne bi trebao imati više od 18 V AC, a pri punom opterećenju 15-16 V AC koji se posle stabiliše na 12 V DC.

- Video izlaz ( VIDEO OUT ) kamere sme biti spojen samo na neki od VIDEO IN ulaza. Ako napajanje dođe na VIDEO OUT kamere, ona će biti uništena.

- Kamere su predviđene za unutrašnju montažu ( ako drugačije nije navedeno ). Montažom van prostorija bez odgovarajućih zaštitnih spoljašnjih kućišta bitno smanjujete vek trajanja kamere. Nezaštićena kamera prvo strada od kiše, previsoke kondenzacije vlage u vazduhu ( magle i sl. ) i previsoke temperature od direktnog sunčevog svetla na kućište kamere leti.

- Kamera ne sme biti okrenuta prema izvoru svetla. Prvi razlog je taj što slika neće biti dobra zbog direktnog svetla u optiku, a drugi razlog je što ćete jako smanjiti vek trajanja senzora slike ( Image senzor ), jer s vremenom zbog prejakog svetla dolazi do oslabljivanja pixela ( tačaka ) senzora. Kamera mora biti okrenuta tako da u objektiv ne udara direktno svetlo. U slučaju promene svetla ( npr. ujutro se pojavljuje sunce na pola sata prema optici, a kasnije nema direktnog svetla , a ne može se odabrati bolja pozicija kamere ) potrebno je upotrebiti AUTO IRIS objektive. Auto Iris objektive trebalo bi koristiti na svim kamerama koje ih podržavaju jer osim kvalitetnijeg rada, bitno produžavaju radni vek kamere. BLC ( Back Light compensation ) je dodatna pomoć koju bi u praksi trebalo izbeći postavljanjem kamere u drugu poziciju, ako je ikako moguće.

TEHNIČKA PODRŠKA

NAJČEŠĆA PITANJA - KABLOVI

Koji se kabl preporučuje za kabliranje ?

Preporučuje se upotreba koaksijalnog kabla RG 59 B/U MIL-C-17F ili nekog koji ima slične ili bolje karakteristike. Kabel obvezno mora biti 75 ohm. Ukoliko radite sa neadekvatnim kablom, dolazi do pada kvaliteta slike ( gušenja signala ) zbog impedancije. To se vidi u bledoj slici, gubitku boje ili njenog kvaliteta, lošem kontarstu itd. Ako je kamera spojena na Quad ili Multiplexer može doći do iskrivljenja ravnih bridova na slici ( napr: rub ormara ) itd. Postoji i mogućnost kretanja senki u slici zbog neadekvatne impedancije, jer se deo slike reflektuje nazad prema kameri , pa ponovo prema monitoru.

Svaki kabl ima određeno gušenje signala. Što je kabl kvalitetniji, to je gušenje manje, a i otporniji je na elektromagnetske smetnje. Kod većih udaljenosti kamere od npr. Quad procesora, najbolje je kabl u kolutu spojiti na kamere i Quad procesor i tako proveriti ispravnost rada prie instalacije kablova.

Ako su udaljenosti veće, moraćete da upotrebite kabl RG-11 koji prenosi video signal na relacije i do dva puta duže nego RG 59. Druga mogućnost je Video pojačalo, što često i ne donosi optimalne rezultate. Obvezno upotrebljavajte BNC konektore.

Pojava smetnji usprkos kvalitetnom kabliranju

Uzemljenje

Mogućnost smetnji mogla bi biti ako postoje više uzemljenja. Zbog razlike otpora između uzemljenja koja su spojena na uređaje dolazi do razlike u potencijalu koje može uzrokovati smetnje. Rješenje je da se svi uređaji spoje na samo jedno uzemljenje. Posebno obratite pažnju da se za uzemljenje ne koristi gromobran, što je posebno opasno. Gromobran i uzemljenje morali bi u zemlji biti dovoljno udaljeni jedno od drugog.

Fazni pomak

Smetnje mogu nastati kada su uređaji koji rade na 220 V AC međusobno spojeni ali na različitim fazama. Ako oni imaju ugrađene transformatore do smetnji ne bi trebalo doći. Međutim kompjuteri , monitori , TV , ponekad i kamere koriste switchinge umjesto transformatora. Jedino transformatori ili spajanje na istu fazu ( najbolje sa jednog , centralnog mjesta ) osigurava ispravan rad bez smetnji u faznom pomaku. Za monitore i slično možete koristiti transformator AC 220V na AC 220 V umjesto da postavljate novi kabl.

Riješenje problema za uzemljenje i fazni pomak je centralno napajanje svih uređaja video nadzora te svih ostalih uređaja koji su spojeni na video nadzor. Možda to nije uvijek praktično ali na taj način sigurno će te izbeći probleme ovog tipa.

Smetnje mreže

U praksi najveći problem stvara frekvencija mreže od 50 Hz. Zato je prilikom postavljanja kabla poželjno voditi računa da se coax i mrežni kablovi što manje susreću , a ako je moguće da su razdvojeni minimalno 30 cm. Vizualno na monitoru ovakve smetnje očitavaju se kao lagano kretanje horizontalnih traka prema gore ili dolje. Ostale smetnje koje nisu povezane sa mrežom obično se javljaju kao šum ili iskrenje u slici.

Ipak treba napomenuti da se ne može unaprijed sa 100% sigurnosti može pretpostaviti rešenje problema. Najbolje je eksperimentom isprobati efikasnost rješenja a tek kada se utvrdi uspešnost finalizirati instalaciju.

TEHNIČKA PODRŠKA

NAJČEŠĆA PITANJA - MULTIPLEXER

Pojava interferencije na ekranu kod reprodukcije sa VCR a preko multiplexera

Neki multiplexeri zahtevaju da se snimak reprodukuje u 3 satnom modu. Ako to nije slučaj, dolazi do smetnji

Kod reprodukcije preko multiplexera fale neke slike , a neke su pomiješane u redosljedu.

To se događa ako nije podešena ista brzina na VCR i multiplexeru.

TEHNIČKA PODRŠKA

NAJČEŠĆA PITANJA - OBJEKTIV

PROBLEMI SA OŠTRINOM

Ako izostavimo probleme koji eventualno dolaze od neispravnih objektiva ili kamera , sledeća mogućnost bila bi neispravno podešena dubinska oštrina.

HROMATSKA ABERACIJA

Je greška u slici koja nastaje zbog lošeg kvaliteta objektiva ( ako je senzor kamere i monitor kvalitetan i ispravan ), ali je nemoguće u potpunosti je izbeći, nego samo smanjiti kvalitetnijim objektivima. Ogleda se kao aura oko kontrastnih objekata koja je obično crvenkastožućkasta ili plavozelena. Ova pojava najintenzivnija je kod najšireg vidnog polja i kod manjih F-STOP vrednosti ( kada prolazi više svetlosti kroz objektiv ). Uzrok mu je pojava zavisnosti indexa loma svetlosti i njene talasne dužine. Crveno svetlo pri prolasku kroz sočivo slabije se lomi , a plavo i ljubičasto jače. Rezultat tog efekta je da crveni objekti budu fokusirani ispred CCD senzora, a plavi iza CCD senzora.

Hromatska aberacija postoji i kod senzora kamera koje koriste mikrosočiva za usmeravanje svetlosti na fotodiode, a nastaje zbog nepreciznosti sočiva. Taj oblik aberacije poznat je kao " ljubičasti obrub ", a javlja se kao prelivanje ljubičasto-bele boje kod kontrastnih prelaza iz crnog u belo, i obratno.

TEHNIČKA PODRŠKA

KAMERE ZA VIDEO NADZOR

Naziv kamera dolazi od latinske reči "camara obscura" što znači tamna soba. U takvim sobama vršili su se eksperimenti sa prvim pokušajima fotografije, a i prve kamere bile su u stvari tamne kutije u kojima se izrađivala fotografija.

1826 godine Joseph Nicephore Niepce uspeo je da napravi prvi negativ filma.

1931 Vladimir Zworykin, poreklom Rus, napravio je prvu elektronsku kameru. Sastojala se od elektronske cevi pa njih zovemo cevne kamere.

Daljim razvitkom definisana su dva osnovna tipa cevnih kamera:

Vidicon i Newicon .

Vidicon kamere bile su jeftinije i manje osetljive. Za tadašnju B/W sliku bilo im je potrebno između 5 i 10 luxa refleksije sa objekta kod F1.4

Newicon kamere trebale su samo 1 lux , bile su puno skuplje i zahtevale su rad sa auto iris objektivom.

1970ih kada je PC već rođen eksperimentima sa memorijskim jedinicama, došlo je do razvoja CCD ( Charge Coupled Device ), koji je bio nova prekretnica u razvoju kamera, i potpuno zamenio cevne kamere.

CCD SENZORI ZA VIDEO NADZOR ( SECURITY )

Potrebno je naglasiti da se CCD senzori izrađuju za različite aplikacije kao : kamkorderi , digitalni foto aparati, industrijske kamere, filmske kamere, kamere za medicinu i istraživanje svemira , video nadzor ( security ) itd. Svaki od ovih tipova senzora specijalizovan je za određenu namenu i najčešće nije predviđen za nešto drugo iz razloga cene , funkcionalnosti, mogućnosti procesuiranja slike itd. Česta su pitanja zašto Security color kamere nemaju rezoluciju koju postižu obični kamkorderi. Najčešći razlog je kvalitet senzora koji je za video nadzor predviđena za 24 satni rad, kvalitet slike i brzina odziva phottodioda na promenu scene i svetline itd. Kamere za security proizvode se u dve rezolucije : srednja ( 512 X 580 = oko 290.000 tačaka ) i visoka ( 750 X 580 = oko 430.000 tačaka ). Security kamere sa većim brojem tačaka koje su temelj za veću rezoluciju i na broju TV linija još uvek nisu u upotrebi u nadzornim sistemima ( osim specijalnih sistemima ) i kao takve nisu u ponudi najvećih svetskih proizvođača ( SONY , PANASONIC, SHARP itd )

Već i prvi modeli CCDa bili su dobr,i a do danas su razvijeni modeli veličine do 62 mm X 62 mm sa rezolucijom od 5120 X 5120 tačaka, naravno koriste se za specijalne zahteve.

Spektralna osetljivost CCD elementa u osnovi je rezultat foto-električnog fenomena. Veće talasne dužine ( područje infra crvenog ) ulaze dublje u silikonsku strukturu CCDa, pa ometaju rad CCDa. S druge strane povećavaju mu osetljivost na svetlo. CCD element radi u području od 400 nm do 1100 nm a, najosetljiviji je u području od 800 nm ( infra crveno područje ). B/W kamere nisu toliko osetljive na smetnje izazvane infra crvenim svetlom, pa obično i nemaju filtere, iako bi se dodavanjem filtera za talasne dužine preko 700 nm poboljšala rezolucija, bolji odnos signal-šum i prirodnija konverzija color okoline na nianse sive boje.

S druge strane, color kamere moraju koristiti infra crvene filtere jer im infra crveno svetlo ometa rad CCDa, i da u najvećoj mogućoj meri oponašaju ljudsko oko, te da na taj način dobijemo što realniju sliku u odnosu na ljudsko oko. Taj filter je ujedno i jedan od razloga zašto su color kamere manje osetljive na svetlo od B/W kamera. Najnoviji trend su DAY & NIGHT kamere , koje pod dnevnim svetlom rade kao color , a pod infra crvenim osvetljenjem kao B/W kamere. Ljudsko oko ne vidi pod infra crvenim svetlom , ali kod vrlo slabog svetla u vidljivom spektru ne razaznaje boje, nego sve vidi u nijansama sivog. Senzor CCD kamera sastoji se od više stotina hiljada tankih foto senzitivnih dioda. Za izradu senzora uglavnom se koriste dva materijala : Silicijum i Germanijum. Silicijum je najosetljiviji u području između 500 i 1000 nm a Germanijum između 500 i 1500 nm , ali sa karakteristikom koja je bolja tek iznad 800 nm. Ovo govori da se Germanium koristi uglavnom za specijalne infra crvene kamere , dok silicijum više za uobičajene kamere i infra crvene kamere manjih zahteva.

U osnovi sve kamere su monokromatske. Da bi se dobila boja kod kolor kamera , ispred svakog senzora ( phottodiode ) ugrađeni su filteri i to za crvenu ( 25% veličine phottodiode ) , zelenu ( 50% veličine phottodiode ) i plavu boju ( 25% veličine phottodiode ). Mješanjem boja dobivamo kolor sliku. Upravo radi tih filtera i infra crvenog filtera, kolor kamere su manje osjetljive na intenzitet svjetla.

Odnos signal-šum pokazuje koliko je kvalitetan signal kamere pri slabom osvjetljenju. Izražen je u decibelima ( db ). Šum nije moguće izbjeći , ali ga je moguće smanjiti. Nivo šuma u signalu najviše ovisi o kvaliteti CCD elementa, pratećoj elektronici i spoljašnjih elektromagnetskih uticaja. Važna je i radna temperatura kamere, odnosno mogućnost hlađenja ili grijanja. Šum u slici posebno se ističe kod upotrebe AGC funkcije pri slabom osvjetljenju, jer se tada pojačava slab signal i puno šuma.

Praktično uzevši odnos signal-šum od 48 db za kamere koje se upotrebljavaju u video nadzoru smatra se dobrim. Za Televizijske kamere odnos signal-šum je 56-60 db, što je jako dobar rezultat za analogni signal. Za informaciju npr. kamera koja ima odnos signal-šum 48 db ima 30 % manje šuma nego ona od 45 db.

Televizijske kamere su najzahtjevnije kamere koje se uopće proizvode . Da bi se dobila što bolja kvaliteta slike kamere, ponekad se koriste tri CCD elementa. Za zelenu, plavu i crvenu boju. Da bi se svjetlo poslije prolaska kroz objektiv pravilno raspodijelilo na svaki CCD element posebno , dodatno se ugrađuje optička prizma.

PROCESORI

Osim senzora kamere sledeći važan element je procesor. Senzor stvara "sirovu sliku". Kada bi nju propustili na monitor bez procesuiranja bili bi jako razočarani. Oštrina ivica, kontrast , balans boja i drugi parametri na sirovoj slici gotovo su nepoznanica. Procesor sa svojim algoritmom doteruje takvu sliku tako da ispravlja očekivane greške senzora, kompenzira i obrađuje signal senzora, doteruje šum , pojačanje signala itd. U praksi, kod kvalitetnih prozvođača kamera obično su senzor kamere i procesora od istog proizvođača. Ipak moguće je naći i izuzetke. Napr. SONY Super HAD CCD pokazao je izvanredne rezultate sa najnovijim Panasonic DSP procesorom ( Digital Signal Processing ) i približio se najnaprednijem SONY New Structure CCD senzoru.

C-MOS SENZORI

Ovaj tip senzora je malo zastupljen u video nadzornim kamerama i to najčešće u jeftinim kućnim varijantama kamera. Razlog je taj što senzori koji se koriste za video nadzor nemaju kvalitetnu sliku, a minimalna osetljivost im nije zadovoljavajuća, dok s druge strane, cena im je vrlo niska. Ipak C-MOS senzori se razvijaju za druge aplikacije ( specijalne kamere , digitalni fotoaparati itd ) gdje postižu izvanredne rezultate. Zovu ih i pametnim senzorima jer se gotovo sva elektronika nalazi u sklopu samog senzora. Odlikuju se boljim odnosom signal-šum, manjom potrošnjom električne energije, većom brzinom itd. Verovatno će u skorijoj budućnosti proizvođači pokrenuti proizvodnju kvalitetnih security senzora u C-MOS tehnici.

LJUDSKO OKO u osnovi, sastoji se od očne jabučice i pomoćnih organa ( mišići , suzne žlezde, veđe ). Zanimljivo je kako oko stvara sliku. Umesto tačaka ( pixel ) na senzoru slike od kamere , oko ima štapiće i čunjiće. Štapići su vitki membranski diskovi smešteni većinom na periferiji mrežnjace, a aktivniji su kod slabog svetla. ( sumrak ). Ne razlučuju dobro detalje, a ne raspoznaju ni boje koje registruju kao svetliju ili tamniju nijansu sivoga. Međutim posebno su osetljivi na kretanje , pa se detekcija kretanja vrši isključivo uz njihovu pomoć. Njih ima u svakom oku oko 120.000.000 ( sto dvadeset miliona ). Čunjići su zdepastiji i smešteni su u središnjem delu mrežnjace. Osetljivi su samo na jače svetlo, razlučuju više detalja ( rezolucija ) i boje. Njihov broj je oko 6.000.000 ( šest miliona ). Pri dnevnom svetlu čunjići i štapići rade zajednički. Kada gledamo direktno u predmet najvažnije su nam informacije čunjića , međutim kod prelaska ulice, kada nam je važan periferni vid i kretanje, najviše koristimo informacije štapića. Kaže se: “video sam ga krajičkom oka” , što je u stvari i tačno. Pri dovoljno jakom svetlu boje su potpuno zasicene. Čunijći rade punim kapacitetom. Padom svetla prvo nestaju zelena , pa crvena pa žuta boja, a najkasnije plava ( periferija mrežnice oka osetljivija je na plavo svetlo ). No daljim smanjivanjem svetla nestaje i plave boje, pa u oku rad preuzimaju štapići. Slika postaje bez boje , neoštra , a i razlučivost detalja je slaba.

Naše oko ponaša se kao mali zoom objektiv. Ono je u stanju uz pomoć očnih mišića lagano približiti ili udaljiti objekt promatranja i istovremeno ga brzo izoštriti. Međutim tu se radi o vrlo malom zoom-iranju ( oko 10% ) , dok se izoštravanje vrši od 20 cm do beskonačno. Svjetlosna moć oka ( propusnost ) je F2.5 , a mišićni automatski iris može zatvoriti oko do minimalnog otvora od F11. U svijetu ogromnih svjetlosnih promjena to je izuzetno slabo. Da bi se to kompenziralo u oku postoji i kemijski proces koji oslabljuje uticaj svjetla na fotoosjetljive tvari. Naravno i kao krajnja mjera tu je i očni kapak koji smanjuje svjetlo, a ako je potrebno i ruka.

Adaptacija na svjetlo i boje vrlo je brza , no adaptacija na mrak je spora i traje čak 30 minuta. U svakom slučaju oko je u stanju savladati ogromne razlike u intenzitetu svjetla. Gornja granica je kada se osjeti bol u oku.

Vidni kut naših očiju je oko 50 stupnjeva gdje vidimo oštro. Zbog izuzetne pokretljivosti našeg oka te usklađenosti sa radom mozga mi u stvari vidimo puno više. Još više od toga vidimo perifernim vidom koji je čak 180 stupnjeva.

TEHNIČKA PODRŠKA

SVETLO

Svjetlo je elektromagnetska radijacija na koju je osjetljivo i ljudsko oko. Taj elektromagnetski spektar je širok a oko može registrirati samo jedan njegov mali dio. Radi se o području od 400 do 700 nm. Teoretski oko raspoznaje valne dužine od 380 nm do 780 nm , ali ispod 400 i iznad 700 nm vidljivost oka izuzetno je slaba pa se u praksi ne uzima u obzir. Oko je najosjetljivije na 555 nm što je valna dužina zelene boje. Na početku spektra ( 400nm) je ljubičasta boja nakon nje dolazi plava , zelena , žuta , narančasta i na kraju crvena ( 700 nm )

Elektromagnetski valovi od kojih se sastoji i svjetlo kreću se brzinom od 300.000.000 m/sek i nije im potreban medij za putovanje. ( Zvuk ne može putovati bez medija. U svemiru - vakumu, nema zvukova ). Valovi putuju u pravilnim linijama ali postoje i odstupanja.

Sve boje svjetla možemo dobiti kombinacijom crvene , zelene i plave boje. Međutim kada bijelo svjetlo propustimo kroz prizmu ono se umjesto na tri boje razdvaja na 7 boja : crvenu , narančastu, žutu , zelenu, plavu, indigo i ljubičastu

U praksi se susrećemo sa dva glavna izvora svjetla:

1. Primarni izvori : sunce , razna rasvjetna tijela , svjetleće reklame , TV i monitori , iskrenja , električni luk itd

2. Sekundarni izvori : svi objekti koji ne generiraju svjetlo , nego ga samo reflektiraju . Napr. slijedeči objekti ukoliko nemaju vlastitu rasvjetu : zgrade , stijene , razni predmeti, biljke , životinje itd

Minimalno osvjetljenje ( jedinica mjere je Lux ) jedan je od najvažnijih faktora pri odabiru kamere koja mora raditi i pod slabijim osvjetljenjem.

Evo nekoliko orijentaciskih podataka o jačini svjetla :

a. Prirodno svjetloSunčan Dan 100.000 Lux

Kišovit - Tmuran dan 1000 do 10.000 LuxSuton 100 do 1000 Lux

Sumrak 1-10 LuxPun Mjesec 0,3 Lux

Noć manje od 0,1 Lux

b. Umjetno svjetloPrimjeri jačine umjetnog svjetla preporučene od proizvođača rasvjetnih tijela :

Uredi 350 do 700 LuxTrgovine 100 do 300 Lux

Robne Kuće 30 do 100 LuxCentar grada noću oko 10 Lux

U velikom broju slučajeva u zatvorenim prostorima ili noću nemamo dovoljno prirodnog svjetla pa koristimo umjetno. Crno-Bijele kamere reagiraju na širok spektar valnih dužina pa efikasno rade i pod infra crvenim reflektorima. Za razliku od njih Color kamere reagiraju na valne dužine slično našem oku. Ljudsko oko razaznaje valne dužine svjetlosti u rasponu od 400 do 700 nm ( nanometara ). Ispod 400 nm nalazi se ultra ljubičasto područje, a iznad 700 nm infra crveno područje.

Crvenu točku na infra crvenom reflektoru koji radi na 715 nm, vidjeti ćete iz razloga što ljudsko oko vidi i područje preko 700 nm ali vrlo slabo. Oko je najosjetljivije na valne dužine između 500 i 600 nm.

Važno je napomenuti da dobre slike nema bez dobrog osvjetljenja. Oznaka minimalno potrebno osvjetljenje u tehničkim podacima mora biti prikazana zajedno sa tipom objektiva npr. : 0,1 Lux / F2.0 znači da je za tu kameru potrebno minimalno 0,1 Lux svjetla ako se koristi objektiv F2.0 . Ako koristite objektiv F1.4 za tu istu kameru , onda je minimalno osvjetljenje 0,05 Luxa , iz razloga što objektiv F1.4 propušta duplo više svjetlosti nego objektiv F2.0

TEHNIČKA PODRŠKA

INFRA CRVENO SVETLO

U situacijama kada vršimo "monitoring " ili snimanje po mraku bez dodatnih reflektora , koristimo infra crvenu rasvetu. Infra crveni spektar počinje iznad 700 nm. Postoje dve vrste infra crvenih reflektora po načinu rada: Jednima talasna dužina počinje od 715 nm i oni su vidljivi ljudskom oku kao crvene tačke ( žar ). Koriste se da se upozore ljudi na noćno snimanje i da se odvrate od eventualnih nepoželjnih namera. Drugi počinju sa talasnom dužinom od 830 nm i oni su u potpunosti nevidljivi ljudskom oku, pa se koriste za nevidljivo snimanje ili posmatranje.

Color kamere u infra crvenom spektru mogu proizvesti sliku samo nalik crno-beloj. Razlog je taj što u infra crvenom spektru ne postoje boje vidljive za ljudsko oko. Kamera konvertira nijanse infra crvene boje u nijanse sive boje, pa tako na zaslonu monitora dobijamo sliku koja je crno bela, ali je kvalitetom značajno niža od slika koje dobijamo crno-belim kamerama. Većina kamera u boji koje podržavaju rad pod infra crvenim svetlom , nemaju tokom dnevnog svetla realne i kvalitetne boje. Taj problem se javlja zbog toga jer je tim kamerama filter za infra-crveno svetlo izbačen ili pomaknut na filtriranje talasne dužine veće od 900 nm. Ako kamere ne moraju raditi pod infra crvenim svetlom, preporuka je da koristite uobičajene kamere koje imaju kvalitetnu sliku u boji.

Infra crveno svetlo ne može se meriti u luxima . Razlog je taj što u vidljivom spektru mera za snagu je lumen , a za intenzitet je lux. Relacija između lumena i watta zavisi od talasne dužine , a s obzirom da je infra crveno svetlo izvan područja merenja , jačina infra crvenog svetla je približna 0. Ipak IC svetlo može se izmeriti radiometrom što se inače koristi samo u laboratorijima.

Postoje dva osnovna tipa reflektora . Jedni koriste specijalne infra crvene halogene sijalice. Obično se izrađuju u 300 W i 500 W verzijama. Zbog velikog zagrevanja, ovi reflektori imaju relativno kratak vek trajanja ( između 1000 i 2000 radnih sati ) ali zato imaju velike domete. isto tako, oni su izuzetno opasni ako se iz velike blizine gleda direktno u njih po mraku. Zenica oka se ne zatvara jer oko ne registruje infra crveno svetlo. Zbog izuzetno velike snage usmerene na potpuno otvorenu zenicu, može doći do zaslepljenja, čak i oštećenja vida. Takvi reflektori najčešće koriste Tungsten halogene sijalice ili Quartz halogene sijalice.

Drugi koriste tehnologiju infra crvenih LED dioada. Oni dolaze u snagama obično od 7 W , 15 W ili 50 W . Vrlo malo se greju, a njihov vek trajanja je neuporedivo duži od halogenih i iznosi preko 5.000, a neki proizvođači navode i 20.000 radnih sati. Kut rasprostiranja svetla kod LED dioda obično je oko 30 - 40 stepeni , a obično se nalaze na stampanoj pločici. Ipak, zbog male snage koriste se uglavnom za manje domete.

Najveći intenzitet infra crveni reflektori postižu u području od 900 do 1000 nm , a color infra crvene kamere su najosetljivije na 800 nm. Uspešnost kamere i reflektora sastoji se u tome koliko je proizvođač uspeo podignuti maksimalnu talasnu dužinu i osetljivost kamere prema 900 nm, i koliko je uspeo izraditi reflektor kojem je najveći intenzitet prema 800 nm. Domet infra crvenog reflektora zavisi i od kamere koju koristimo. Ako je kamera visoke osetljivosti , domet se može značajno povecati.

TEHNIČKA PODRŠKA

OBJEKTIVI

Za potrebe video nadzora objektive najčešće razlikujemo po vidnom uglu. Vidni ugao je odnos između žarišne dužine i formata CCD senzora koji se koristi. Prema vidnom uglu razlikujemo širokougaone objektive ( manje od 4 mm ) , normalne ( od 4 do 8 mm ) i teleobjektive ( više od 8 mm ).

U praksi najviše koristimo sferične objektive. Razlog je taj što su oni znatno jeftinji. Asferični objektivi zahtevaju preciznije i komplikovanije brušenje, pa su zbog toga i skuplj,i ali i bolji. Pri obradi sočiva kvalitetnije imodeli objektiva koriste coating tehnologije.

Coating je tehnologija nanošenja specijalnih emulzija na izbrušeno staklo objektiva. Ta emulzija može biti višeslojna ( multicoated ). Osnovni zadatak coatinga je smanjenje raznih refleksija , omogućavanje maksimalne propustljivosti svetla u smeru CCD senzora, filtriranje talasne dužine svetla koje smetaju radu senzora itd. Svi AVC i VOOK objektivi su multicoated objektivi ( šestostruki nanos različitih emulzija ) To je ujedno i razlog zašto moramo biti vrlo pažljivi kod čišćenja takvih objektiva. Ne smeju se upotrebljavati nikakva agresivna sredstva, pa čak ni u razblaženom obliku. Dozvoljena je upotreba dobro razređenog sredstva za pranje posuđa ( Čarli i slični deterđenti koji ne poliraju površinu. ), a najbolja je upotreba specijalnih maramica za brisanje optike. Isto tako, trljanje mora biti svedeno na najmanju moguću meru. U prostorima gde isparavaju agresivna sredstva , gde dolazi do isparavanja ( kuhinja, perionica i slično ) , gdje postoji mogućnost zaprljanja prašinom ili drugom prljavštinom , neophodno je kameru sa objektivom instalirati u zaštitno kućište za kameru.

F-STOP

( ili F-stop ) je oznaka koja govori koliko svetla objektiv propušta na senzor kamere. Najčešće objektivi na tržištu nose oznaku F1.4 . Što je broj F veći, manji je otvor objektiva, pa prolazi i manje svetla na CCD senzor ( spori objektivi ).Što je broj F manji veći je otvor objektiva , pa prolazi više svetla na CCD senzor ( brzi objektivi ). Kamera sa takvim objektivom ima bolju mogućnost rada kod slabog osvetljenja. Konkretno, ako neka kamera nosi oznaku 0,5 lux / F2.0, tada ima na F1.4 / 0,25 lux. To je iz razloga što objektiv F1.4 propušta tačno duplo više svetlosti nego F2.0

T-STOP

( Transmittance factor ) govori nam osim o broj F i o gubitku svetla kod prolaza kroz sočivo. Tu se radi o prolasku svetla sa gubitkom najčešće od 1 do 5 %.

Primer : Objektiv 16 mm / F1.4 sa Transmittance factor-om 96% nosi T-broj T1.43 , što je samo 0,03 razlika u odnosu na F broj.

U svakodnevnoj praksi, te vrednosti su zanemarive i zato se uglavnom koriste F-stop vrednosti.

FIXNI IRIS OBJEKTIVI

upotrebljavaju se kada nema i ne očekuju se veće promene u osvetljenju, a posebno ne direktno svetlo prema njima. Tada je potrebno uključiti AES ( Auto Electronic Shuter ) na kameri koji elektronski upravlja osvetljenjem i zatamnjenjem slike.

MANUALNI IRIS OBJEKTIVI upotrebljavaju se kada nema i ne očekuju se veće promene u osvetljenju, a posebno ne direktno svetlo prema njima. Dakle slično kao i FIXNI IRIS s tom razlikom što manualnim irisom mi možemo fino podesiti osvetljenost slike. Možete kombinovati ovaj tip irisa sa Auto Electronic Shutterom

AUTO IRIS OBJEKTIVI

koriste se, kada se očekuju promene svetla. Oni tada automatski otvaraju ( ako je slabo svetlo ) ili zatvaraju ( ako je intenzitet svetla veliki ) otvor blende. Ujedno i najbolje štite i produžuju vek trajanja senzora slike. Tom prilikom preklopnik za vrstu irisa mora biti prebačen na AUTO IRIS. Postoje dve vrste auto irisa. D.D. ( Direkt Drive ) Auto iris upravljan je elektronikom direktno iz kamere , i V.D. ( Video Drive ) Auto Iris koji u sebi sadrži upravljačku elektroniku. Prilikom odabira D.D ili V.D. proverite da li Vaša kamera ima mogućnost priključka za D.D. ili V.D. ili obe vrste Auto Irisa.

FIXNA ŽARIŠNA DALJINA

kao što i sama rieč kaže, to su objektivi koji koriste samo jednu žarišnu daljinu za koju su optimizirani. Imaju najmanja odstupanja jer nemaju pokretnih delova osim podešavanja oštrine.

VARIJABILNA ŽARIŠNA DALJINA

( varifocal ) to su objektivi ( često zvani i zoom objektivi što nije tačno ) koji koriste varijabilnu žarišnu daljinu od npr. 3,5mm do 8mm. Konstrukcija takvih objektiva prilično je komplikovana , a dodatnu komplikaciju unose pomeranje grupa sočiva prilikom zoomiranja. Današnji zoom objektivi postali su vrlo popularni , a i cena im je prihvatljiva. Ipak, za perfekcioniste još uvijek bolji su objektivi sa fiksnom žarišnom udaljenosti, iako za komercijalnu upotrebu varifocalni objektivi su u prednosti.

ZOOM OBJEKTIVI

Prvi ZOOM objektiv konstruisan je u Nemačkoj neposredno pre drugog svetskog rata. Razvila ga je fabrika Busch pod nazivom Busch-Vario-Glaukar. Nemci su ga popularno zvali gumeno sočivo. Danas popularni naziv ZOOM uveli su amerikanci. ZOOM objektiv je optičko-mehanički sistem koji se sastoji od tri osnovna dela.

1. Primarni objektiv je objektiv fiksnog žarišta , čija žarišna daljina je oko sredine dijapazona ZOOMa

2. Opto-mehanički deo je najkomplikovaniji deo ZOOMa jer se sastoji od pokretnih socčva. Kvalitet ZOOMa najviše zavisi od kvaliteta ovog dela.

3. Spoljašnji deo , najveći u promeru, je sočivo kojim postavljamo oštrinu ZOOM a

Osnovna razlika između varifokalnih objektiva i ZOOMa je ta što varifokalni objektivi koriste promenjivu žarišnu daljinu , a ZOOM objektivi fiksnu žarišnu daljinu. Oni menjaju vidni ugao. U praksi to znači da sa ZOOM objektivom u najširem i najužem vidnom uglu slika će biti oštra, što nije slučaj kod varifokalnih objektiva kada moramo sliku dodatno oštriti.

DUBINSKA OŠTRINA

Zavisi od količine svetla koja dolazi na CCD senzor , što znači da zavisi od F vrednosti objektiva, žarišnoj daljini i veličini senzora. Što je broj F manji, to više svetla prolazi kroz njega, kamera bolje reaguje na minimalnu osvetljenost, ali dubinska oštrina je manja. Zona dubinske oštrine zavisi i od udaljenosti subjekta od objektiva. Što je objekat bliži , dubinska oštrina je manja i obrnuto. Najviše problema događa se prilikom podešavanja oštrine na kamerama za vreme jakog svetla. Ako koristimo Auto Iris objektive, Automatski Iris zatvoriti će blendu ( smanjiće prolaz svetla na CCD ), a s tim ćemo dobiti visoku dubinsku oštrinu. Tako se može desiti da uveče, kada nema dovoljno svetla i blenda Auto Irisa objektiva maksimalno je otvorena, slika bude mutna. Potrebno je ponovo izoštriti sliku prema niskoj dubinskoj oštrini. Postoje filteri koji se stavljaju na objektiv prilikom dnevnog podešavanja oštrine. Oni tada simuliraju predvečerje , pa se dubinska oštrina može kvalitetno podesiti.

RASPORED PINOVA ZA AUTO IRIS OBJEKTIVE

Boje su uglavnom standardne , ali moguća su odstupanja , pa koristite uputstva za spajanje koje ste dobili uz objektiv.

VIDEO IRIS DD IRISPin 1 : Power source Damp -Pin 2 : Video signal Damp +

Pin 3 : Nije upotrebljeno Driver +Pin 4 : Ground, Shield Driver –

TEHNIČKA PODRŠKA

MULTIPLEXERI

Multiplexing je tehnička mogućnost da se veći broj kanala može snimati na jedan kanal. U CCTV tehnici korektan naziv trebao bi biti Time Division Multiplexing. Frequency Division Multiplexing je tehnička mogućnost upotrebe jedne individualne frekvencije unutar frekventnog područja. Kod sastava optičkih kablova to je Wavelength Division Multiplexing WDM, i Dense Wavelength Division Multiplexing DWDM, gde veći broj talasnih dužina svetla prolazi kroz isti optički kabl, omogućavajući veći protok informacija.

Multiplexere možemo podeliti u dve osnovne grupe :

Simplex i Duplex

Simplex multiplexeri omogućavaju snimanje ili promatranje ( Live monitoring ), ali ne istovremeno. Kod "promatranja" moguće je videti istovremeno samo jednu kameru na ekranu, a kod reprodukcije sa medija više kamera, odnosno onoliko koliko to taj multiplexer podržava.

Duplex Multiplexeri omogućavaju istovremeno nezavisno snimanje i promatranje, dakle rade kao dva simplex multiplexera u jednom. Kod "promatranja" omogućavaju da vidite sve kamere istovremeno na ekranu ili neke od različitih kombinacija, a kod reprodukcije sa medija da vidite sve kamere i kombinacije koje dotični multiplexer podržava.

Postoje crno-bele i kolor varijante , a broj ulaza ( kanala ) kreće im se od 4 do 16, a ima uređaja koji rade i sa 32 kanala.

Princip rada je taj da se slika svake kamere posebno snima na medij, a istovremeno se snimaju sve kamere po određenom redosledu. Multiplexeri obično imaju ugrađene motion detector-e. Oni služe da ubrzaju rad multiplexera na kamerama pred kojima ima kretanja na uštrb onih pred kojima nema kretanja.

Kvalitet slike zavisi od rezolucije ( u broju tačaka ) u kojoj je spremljena svaka slika. Kod snimanja izuzetno je važna rezolucija u kojoj multiplexer priprema slike za snimanje. To je obično u punoj rezoluciji na koju je multiplexer deklarisan , međutim proizvođaći izrađuju i uređaje koji pripremaju slike u pola slabijoj rezoluciji , te tako dobijaju na dvostruko većoj brzini multiplexera , ali i sliku slabijeg kvaliteta pri reprodukciji. Kod reprodukcije dolazi do neminovnih gubitaka u kvalitetu slike, najviše zbog uređaja za snimanje. Zato se za multiplexere preporučuju S-VHS VCR ili D-VHS VCR ili Hard Disk Recorderi ili neki drugi uređaj koji omogućava snimanje kvalitetnog zapisa.

Velika je razlika između Video Switchera i simplex multiplexera, koja se najviše uočava kod reprodukcije slike sa medija. Kod Video switchera prilikom reprodukcije slike možete gledati kamere samo onim redosledom kako su snimane, a kod multiplexera možete odabrati i gledati reprodukciju jedne odabrane, ili više kamera istovremeno.

Za režime rada sa više kamera daje se Re-Fresh rate : slika/sekund , koji pokazuje koliko slika u sekundi će biti prikazano ili snimljeno. Važno je razlikovati ˝display˝ i ˝record˝ refresh rate. Display rate označava maksimalan broj slika u sekundi koje multiplexer može pokazati na ekranu. Record rate označava maksimalni broj slika u sekundi koji multiplexer može pripremiti za snimanje.

Napr.: Ako multiplexer ima 16 kanala , a od njih koristi se samo 8 ( priključene kamere ) , a Display rate iznosi 50 , dok Record rate iznosi 12. Brzina multiplexera po svakoj kameri izgledaće ovako: Display 50 : 8 = 6,25 slika / sek po kameri ; Record 12 : 8 = 1,5 slika / sek po kameri

Rezolucija se daje u broju tačaka. Obično proizvođač navede samo rezoluciju za Full Screen, no Vi sami tada lako možete izračunati ostale rezolucije. 16 kanalni Multiplexer prikazuje najčešće tri veličine slike ( kvadrata ) pa sve to različito kombinovano.

MULTI SCREEN DISPLAY MODE ( zavisno od proizvođača , primeri odgovaraju AVC 707 )

(Za vreme posmatranja ( monitoring ) i reprodukcije možete odabrati jednu od sledećih kombinacija kanala na monitoru)

Npr. ako je rezolucija u Full Screen 704 ( H ) X 576 ( V ) , za jedan kvadrat od Quad režima rada rezolucija iznosi :

704 ( H ) : 2 = 352 i 576 ( V ) : 2 = 288 a za jedan kanal od 16 kanala delite sa 4.

VRSTA PRIKAZA REZOLUCIJA ( PAL )

FULL SCREEN 704 ( Horizontalno ) X 576 ( Vertikalno )

4 KANALA ( Quad ) 352 ( Horizontalno ) X 288 ( Vertikalno )

16 KANALA 176 ( Horizontalno ) X 144 ( Vertikalno )

Primeri rezolucija za neke modele 16 kanalnih color duplex multiplexera iz njihovih tehničkih karakteristika :

PROIZVOĐAČ I MODEL REZOLUCIJA BR. TOČAKA

PANANSONIC WJ-FS616 720 X 582 419.000

SONY YS-DX516P 720 X 564 406.000

SANYO MPX-CD162P 720 X 564 406.000

AV TECH AVC707 704 X 576 406.000

DEDICATED MICROS SYS DX16C 720 X 512 367.000

C&K DPLEX16 512 X 512 263.000

TEHNIČKA PODRŠKA

QUAD

Quad processori ( spliter , compressor ) omogućavaju gledanje 4 slike na monitoru istovremeno. Obrada signala u uređaju vrši se tako da se analogni signal digitalizuje, zatim komprimira u odgovarajuće kvadrate. Svi signali su sinhronizovani i nije potrebna spoljašnja sinhronizacija. Ulazi i izlazi kvada su analogni. Kvalitet uređaja određuju sledeći faktori : broj tačaka , broj boja ( ili nijansi sivog ) i brzina procesora.

Broj tačaka od 720 X 576 smatra se dobrim rezultatom.

Broj boja od 16 miliona smatra se visokom kvalitetom ,

256 nijansi sive boje za crno beli kvad dobra je vrednost.

Real Time quad znači da procesor obrađuje slike brzinom od 50 u sekundi što je odlična vrednost.

Kolor kvadovi puno su skuplji od crno belih. Razlog je taj što njihovi procesori moraju biti puno moćniji jer obrađuju tri osnovne boje za svaki kanal.

Dual kvad procesori imaju 8 ulaza i omogućavaju istovremeno gledanje na monitoru do 4 kamere. Ugrađenim svičerom moguće je automatsko menjanje svake kamere pojedinačno ili Quad A ( od 1 do 4 ) i Quad B ( od 5 do 8 ) stranice.

Digital ZOOM Playback omogućava da se iz snimljene Quad slike izvuče svaka kamera posebno. S obzirom da se radi o digitalnom povećanju ( pumpanju ) slike dolazi do gubitka na kvalitetu. Jedan od razloga je što je rezolucija slike samo 1/4 rezolucije snimljene slike, a drugi razlog je što je zbog gubitaka na VCR u dodatno smanjen kvalitet.

Alarmni ulazi ( uz pomoć npr. PIR detektora ) omogućavaju da se snimaju full screen kamere ( što je originalna rezolucija kamere bez gubitaka ) na VCR onako kako ih okidaju PIR detektori.

TEHNIČKA PODRŠKA

MONITORI

Monitor pretvara video signal generisan iz kamere u sliku.Njegova veličina određuje se dijagonalom ekrana . Najčešći tipovi su 9, 12, 14,15, 17 i 21 inch . U poslednje vreme na tržištu se nalaze 29" monitori sa rezolucijom od 1250 TV linija. Izbor veličine najviše zavisi od odstojanja između operatera i monitora, i od broja kamera koje se istovremeno prikazuju na ekranu. Preporuka CCIRa ( Međunarodni komitet za radio telekomunikacije ) prikazana je u tablici, a odnosi se na monitore od 50 Hz osveženja ekrana.

Dijagonala ekrana Udaljenost

9 " Između 1,0 m i 2,0 m

12" Između 1,2 m i 3,0 m

17" Između 1,5 m i 3,5 m

21" Između 1,5 m i 4,5 m

29" Između 1,8 m i 5,0 m

Razlog za ove udaljenosti je taj što duži rad na monitoru ako je preblizu izaziva umor i glavobolje. Problem je u tome što slika nije dovoljno stabilna - osvežava se brzinom od 50 puta u sekundi. Da bi se zdravstveni problemi i umor operatera smanjili na najmanju moguću meru, donete su preporuke za optimalne udaljenosti od monitora. U novije vreme osvežavanje slike na monitorima moguće je sa 75 i 100 Hz što omogućava duži rad na monitoru sa manje zamora, a udaljenost od monitora nije potrebno da bude toliko velika kao što je naznačeno u gornjoj tablici.

Najveća razlika između televizora i monitora je što uobičajeni televizori imaju nisku rezoluciju oko 240 Tv Linija u proseku , a kvalitetniji televizori oko 300 TV linija. Kvalitet monitora vidi se najviše u kvalitetu katodne cevi koja ima manje tačke od TV katodnih cevi. Elektronika zadužena za vođenje elektronskog snopa mora odgovarati svojom preciznošću katodnoj cevi. Oba faktora podjednako su važna za rezoluciju monitora. Oni obično počinju rezolucijom od 400 ili više TV linija pa sve do 1250 linija, kako crno-beli tako i u boji. Kvalitetnije im je rešen ispravljački deo, pa ne zavise toliko o promenama mrežnog napona. Smešteni su u metalna kućišta koja smanjuju uticaj smetnji na monitor, omogućavaju smeštaj monitora jedan na drugi ( video zid ) itd ( sve zavisno od modela i proizvođača).

Monitori su znatno skuplji od televizora. Jedan od najvažnijih razloga je i što se televizori rade u ogromnim serijama što pojeftinjuje izradu. Najznačajnije razlike su u tome što monitori koriste kvalitetnije katodne cevi, kvalitetnije im je razvijena elektronika koja omogućava da finiji elektronski snop preciznije osvetljava fluorescentni sloj katodne cevi, čime se ujedno povećava rezolucija.

Monitori za CCTV moraju imati kompozitni video ulaz, obično preko BNC konektora.

TEHNIČKA PODRŠKA

TIME LAPS VCR

Prvi počeci snimanja datiraju još iz 1935 godine kada je tvrtka AEG proizvela uređaj za snimanje zvuka pod nazivom "Magnetophone" . Proces snimanja sastoji se u tome da traka prolazi u neposrednoj blizini zavojnice sa promjenjivim magnetskim poljem koju inducira izvor signala. Traka je premazana slojem željeznog oksida te se magnetizira. Prilikom reprodukcije zavojnica očitava sa trake promjenjivost magnetskog zapisa, pretvara ga u električne impulse koji pomoću zvučnika proizvode zvuk.

Na sličnom principu počeo je razvoj uređaja za snimanje video zapisa. međutim da bi se uspjela snimiti velika količina podataka koju nosi u sebi video signal, bilo je potrebno ubrzati kretanje trake. Za snimanje frekventnog raspona od samo 3 Mhz traka se morala kretati brzinom od 3metra/sek. što je u praksi iznosilo 10,8 km trake za samo jedan sat snimanja.

Slijedeči važan korak napravili su inženjeri tvrtke AMPEX koji su 1950ih godina proizveli snimač koji je uspijevao snimati frekventni raspon od 15 Mhz pomoću 4 rotirajuće glave ( transverse-scan ). Izrada takvih uređaja bila je izuzetno skupa , pa su je koristili samo televizijski studiji.

Krajem 1950ih promoviran je novi koncept snimanja slike nazvan Helical Scanning , koji je potaknuo daljnji razvoj tehnologije snimanja.

1970ih SONY predstavlja U-MATIC standard koji je odlično prihvaćen u TV industriji zbog kvalitete i upotrebe kazete sa trakom , što je bilo daleko praktičnije od traka na kolutima.

Ubrzo dolazi do naglog razvoja snimanja video zapisa od poznatih tvrtki kao što su Phillips , Matsushita, JVC, Sony, itd. Na tržište izlaze tri potpuno nekompatibilna sistema : Sony - Beta sistem , Matsushita-JVC VHS sistem , Phillips - Video 2000. Nakon borbe u zauzimanju tržišta najbolje je bio prihvaćen VHS koji je ostao i danas.

1987 predstavljen je Super VHS video recorder , a nakon njega počela je digitalna era.

Međutim važan dio za zaštitarsku industriju bio je razvoj Time Lapse Video recordera. Taj namjenski video recorder omogućava da na jednu traku od 180 minuta snimimo do 960 sati ( fragmenata ) video zapisa. To se postiže pomoću step motora koji pokreće traku u točno određenim vremenskim razmacima dok se rotirajuće glave stalno kreću.

U doljnjoj tabeli prikazan je odnos dužine snimanja na jednu traku od 180 minuta i vrijeme intervala snimanja.

Maksimalna mogućnost snimanja na 180 min traku

Maksimalna mogućnost snimanja na 240 min traku Intervali snimanja po slici

3 sata 4 sata 0,02 sek / slika12 sati 16 sati 0,08 sek / slika24 sata 32 sata 0,16 sek / slika48 sati 64 sata 0,32 sek / slika72 sata 96 sati 0,48 sek / slika96 sata 128 sati 0,64 sek / slika120 sati 160 sati 0,80sek / slika168 sati 224 sati 1,12 sek / slika240 sati 320 sati 1,60 sek / slika480 sati 640 sati 3,20 sek / slika720 sati 960 sati 4,80 sek / slika960 sati 1280 sati 6,40 sek / slika

Ako koristite traku od 240 minuta umjesto 180 minuta dužina snimanja na time lapse video recorderu povećava se za 1/3 na svim vremenima ( od 24 do 960 sati ) tada posebno obratite pažnju na kvalitetu trake i kupujete samo od provjerenih proizvođača najbolju kvalitetu.

Video trake MORAJU biti visoke kvalitete jer u protivnom ćete bitno smanjiti vijek trajanja recordera, a i Vaše snimke biti će lošije kvalitete nego što bi trebale biti ( pogotovo sa trakama od 240 minuta )

Najveća razlika između kučnih i profesionalnih Time lapse video recordera je upravo u mogućnosti dugotrajnog snimanja na jednu traku. Kučni video recorderi omogućavaju snimanje u Long Play modu dvostruko duže od normalne vremenske dužine trake ( do 8 sati ). Najnoviji kučni video recorderi omogućavaju snimanje u Super long Play modu koji je trostruko duži i iznosi oko 12 sati. Profesionalni VCR odlikuju se i kvalitetnom izvedbom , te trajnošću koja bitno premašuje trajnost kućnih recordera. Mogućnost povezivanja sa alarmnim uređajima , te druge dodatne opcije pri traženju određenih snimaka itd daju veliku prednost Time Lapse recorderima kod i malo ozbiljnije upotrebe.

Pri podešavanju Time Lapse recordera , vodite računa koliko vrijeme snimanja Vas zadovoljava . Najbolje ga je podesiti na najmanje - dovoljno vrijeme jer ćete prilikom pregledavanja imati kvalitetniju i realniju sliku.

VHS i Super VHS recorderi su čisti analogni uređaji. Korak naprijed bilo je snimanje digitalnog signala na traku. Sistem je rađen na temelju VHS i nazvan je D-VHS. Odlike su mu manji gubitci kod reprodukcije te bitno poboljšana rezolucija na preko 500 HTVL. Kao što je za očekivati odlikuje ga i prilično visoka cijena , a i visoka cijena posebnih traka. Momentalno se već i Hard Disk recorderi mogu nabaviti povoljnije nego D-VHS recorderi pa je upitna D-VHS ekonomičnost.

Posljednjih godina najveći uspon doživjelo je snimanje na Hard Disk. Zahvaljujući izradi pouzdanih a relativno jeftinih HD velikog kapaciteta, te novih načina kompresije digitalnog signala ovaj način snimanja-arhiviranja podataka zauzima sve značajnije mjesto na tržištu zaštitarske opreme . Padom cijena na svjetskom tržištu kvalitetni uređaji ovog tipa zamjenjuju Time Lapse VHS recordere , a samo je pitanje vremena kada će ih potpuno istisnuti sa tržišta. U svakom slučaju Time lapse VHS recorderi više nije za preporuku za nove sustave video nadzora jer to je tehnologija prošlosti. Uz Hard Disk najnovija tehnologija snimanja bazira se na optičkom zapisu. Radi se o CD i DVD uređajima koji su sporiji od HD ali njihovim razvojem povećava im se kapacitet ( DVD ) i raste brzina , a cijena značajno pada.

TEHNIČKA PODRŠKA

COAX KABLOVI

Koaksijalni kablovi ( Co-axial cable skraćeno coax ) najčešći su medij za transmisiju video signala. Oni su poznati kao nebalansirani prenos, što dolazi od same konstrukcije kabla. Coax funkcionise na sledeći način: Na metalnu mrežicu ( oklop ) kabla sakupljaju se sve elektro-magnetske smetnje. Ako je uzemljenje ispravno inducirane smetnje prazne se preko uzemljenja kamere s jedne strane i monitora ili nekog drugog uređaja s druge strane. Električki gledajući, coax zatvara strujni krug između izvora signala ( kamere ) i prijemnika signala ( monitor i slično ) u kom slučaju je metalna mrežica masa, a srednja žica prenos signala. To je razlog zašto se ovaj način prenosa zove nebalansiran prenos. Koliko metalna mrežica štiti od smetnji zavisi od njenog kvaliteta , ali ne postoji ni jedna koja je u stanju 100% otkloniti sve vrste smetnja. Probijanje smetnji do sredine kabla zavisi od njene frekvencije. Teoretski samo smetnje od preko 50kHz mogu se uspešno eliminisati.

U praksi najveći problem stvara frekvencija mreže od 50 Hz. Zato je prilikom postavljanja kabla poželjno voditi računa da se coax i mrežni kablovi što manje susreću , a ako je moguće da su razdvojeni minimalno 30 cm. Vizualno na monitoru ovakve smetnje očitavaju se kao lagano kretanje horizontalnih traka prema gore ili dole. Ostale smetnje koje nisu povezane sa mrežom obično se javljaju kao šum ili iskrenje u slici.

Kada se impedancija coax kabla izjednači sa impedancijom kamere i prijemnika video signala ( monitora ) omogućen je maksimalni prenos energije od izvora do prijemnika. Kada impedancija nije izjednačena ( kod visoko frekventnih signala kao što je video signal ) veći ili manji deo signala kamere vraća se nazad umesto da bude prenesen do monitora. To rezultira lošim kvalitetom slike. Ujedno, to je razlog što se posednji uređaj u krugu mora zatvoriti sa 75 mho terminatorom.

Impedanciju ne možete izmeriti običnim instrumentom jer ona je definisana odnosom struje i napona na svakoj tacki kabla. To nije običan otpor. Kratki kablovi najčešće neće stvarati probleme u instalaciji. Međutim, kod većih dužina situacija se menja. RG59 B/U MILL C17 trebao bi preneti video signal na udaljenost od 200 do 300 m , a RG11 od 400 do 600 m , međutim to zavisi od proizvođača kabla. Kvalitet kabla zavisi od preciznosti pozicioniranja srednje žice, dielektrika i metalnog oklopa. Zbog deformacije dielektrika kabl RG59 B/U ne bi se smeo savijati u radijusu manjem od 6 cm.

Bakar je jedan od najboljih vodiča ako se uzme u obzir cijena i kvaliteta. Ne upotrebljavajte kablove koji imaju pobakrene aluminijumske ili čelične srednje žice. To su kablovi za RF signale i nisu prikladni za video signal.

Coax kabl Impedanca Spoljašnji prečnik Gušenje na 10MHz / 100 m

RG-179B/U 75 W 2,50 mm 17,40 db

RG-59B/U 75 W 6,15 mm 3,30 db

RG-6B/U 75 W 6,00 mm 2,20 db

RG-11B/U 75 W 10,00 mm 1,30 db

TEHNIČKA PODRŠKA

COAX KABLOVI

IP vrednost važna je za uređaje koji se koriste u okolini u kojoj postoji opasnost od oštećenja od krupnijih ( do 50mm ) krutih stvari ili prašine i mokrih uslova . Uređaji koji nemaju IP oznaku ili je ona 00 ne smeju raditi u gore navedenim uslovima .

PRVI BROJ OPIS DRUGI BROJ OPIS

0 Bez zaštite 0 Bez zaštite

1 Zaštita od krutih tvari prečnika većih od 50 mm 1 Zaštita od okomitog kapanja vode

2 Zaštita od krutih tvari prečnika većih od 12 mm 2 Zaštita od kapanja vode do 15o

3 Zaštita od krutih tvari prečnika većih od 2,5 mm 3 Zaštita od vodene rose do 60o

4 Zaštita od krutih tvari prečnika većih od 1 mm 4 Zaštita od vode pod bilo kojim kutom

5 Zaštita od prašine 5 Zaštita od vodenog mlaza pod bilo kojim kutom

6 Potpuna zaštita od prašine 6 Zaštita od jakog vodenog mlaza i nevremena

7 Zaštita kod uranjanja i držanja pod vodom - ograničeno

8 Zaštita kod trajnog uranjanja i držanja pod vodom

Charge-coupled device

From Wikipedia, the free encyclopedia

A specially developed CCD used for ultraviolet imaging in a wire bonded package.

A charge-coupled device (CCD) is a device for the movement of electrical charge, usually from within the device to an area where the charge can be manipulated, for example conversion into a digital value. This is achieved by "shifting" the signals between stages within the device one at a time. CCDs move charge between capacitive bins in the device, with the shift allowing for the transfer of charge between bins.

Often the device is integrated with an image sensor, such as a photoelectric device to produce the charge that is being read, thus making the CCD a major technology for digital imaging. Although CCDs are not the only technology to allow for light detection, CCDs are widely used in professional, medical, and scientific applications where high-quality image data are required.Contents [hide]

History

The charge-coupled device was invented in 1969 at AT&T Bell Labs by Willard Boyle and George E. Smith. The lab was working on semiconductor bubble memory when Boyle and Smith conceived of the design of what they termed, in their notebook, "Charge 'Bubble' Devices".[1] A description of how the device could be used as a shift register and as a linear and area imaging devices was described in this first entry. The essence of the design was the ability to transfer charge along the surface of a semiconductor from one storage capacitor to the next.

The initial paper describing the concept[2] listed possible uses as a memory, a delay line, and an imaging device. The first experimental device[3] demonstrating the principle was a row of closely spaced metal squares on an oxidized silicon surface electrically accessed by wire bonds.

The first working CCD made with integrated circuit technology was a simple 8-bit shift register.[4] This device had input and output circuits and was used to demonstrate use as a shift register and as a crude eight pixel linear imaging device. Development of the device progressed at a rapid rate. By 1971, Bell researchers Michael F. Tompsett et al. were able to capture images with simple linear devices.[5]

Several companies, including Fairchild Semiconductor, RCA and Texas Instruments, picked up on the invention and began development programs. Fairchild's effort, led by ex-Bell researcher Gil Amelio, was the first with commercial devices, and by 1974 had a linear 500-element device and a 2-D 100 x 100 pixel device. Under the leadership of Kazuo Iwama, Sony also started a big development effort on CCDs involving a significant investment. Eventually, Sony managed to mass produce CCDs for their camcorders. Before this happened, Iwama died in August 1982. Subsequently, a CCD chip was placed on his tombstone to acknowledge his contribution.[6]

In January 2006, Boyle and Smith were awarded the National Academy of Engineering Charles Stark Draper Prize,[7] and in 2009 they were awarded the Nobel Prize for Physics,[8] for their work on the CCD.

Basics of operation

The charge packets (electrons, blue) are collected in potential wells (yellow) created by applying positive voltage at the gate electrodes (G). Applying positive voltage to the gate electrode in the correct sequence transfers the charge packets.

In a CCD for capturing images, there is a photoactive region (an epitaxial layer of silicon), and a transmission region made out of a shift register (the CCD, properly speaking).

An image is projected through a lens onto the capacitor array (the photoactive region), causing each capacitor to accumulate an electric charge proportional to the light intensity at that location. A one-dimensional array, used in line-scan cameras, captures a single slice of the image, while a two-dimensional array, used in video and still cameras, captures a two-dimensional picture corresponding to the scene projected onto the focal plane of the sensor. Once the array has been exposed to the image, a control circuit causes each capacitor to transfer its contents to its neighbor (operating as a shift register). The last capacitor in the array dumps its charge into a charge amplifier, which converts the charge into a voltage. By repeating this process, the controlling circuit converts the entire contents of the array in the semiconductor to a sequence of voltages. In a digital device, these voltages are then sampled, digitized, and usually stored in memory; in an analog device (such as an analog video camera), they are processed into a continuous analog signal (e.g. by feeding the output of the charge amplifier into a low-pass filter) which is then processed and fed out to other circuits for transmission, recording, or other processing.

Detailed physics of operation

The photoactive region of the CCD is, generally, an epitaxial layer of silicon. It has a doping of p+ (Boron) and is grown upon a substrate material, often p++. In buried channel devices, the type of design utilized in most modern CCDs, certain areas of the surface of the silicon are ion implanted with phosphorus, giving them an n-doped designation. This region defines the channel in which the photogenerated charge packets will travel. The gate oxide, i.e. the capacitor dielectric, is grown on top of the epitaxial layer and substrate. Later on in the process polysilicon gates are deposited by chemical vapor deposition, patterned with photolithography, and etched in such a way that the separately phased gates lie perpendicular to the channels. The channels are further defined by utilization of the LOCOS process to produce the channel stop region. Channel stops are thermally grown oxides that serve to isolate the charge packets in one column from those in another. These channel stops are produced before the polysilicon gates are, as the LOCOS process utilizes a high temperature step that would destroy the gate material. The channels stops are parallel to, and exclusive of, the channel, or "charge carrying", regions. Channel stops often have a p+ doped region underlying them, providing a further barrier to the electrons in the charge packets (this discussion of the physics of CCD devices assumes an electron transfer device, though hole transfer, is possible).

One should note that the clocking of the gates, alternately high and low, will forward and reverse bias to the diode that is provided by the buried channel (n-doped) and the epitaxial layer (p-doped). This will cause the CCD to deplete, near the p-n junction and will collect and move the charge packets beneath the gates—and within the channels—of the device.

CCD manufacturing and operation can be optimized for different uses. The above process describes a frame transfer CCD. While CCDs may be manufactured on a heavily doped p++ wafer it is also possible to manufacture a device inside p-wells that have been placed on an n-wafer. This second method, reportedly, reduces smear, dark current, and infrared and red response. This method of manufacture is used in the construction of interline transfer devices.

Another version of CCD is called a peristaltic CCD. In a peristaltic charge-coupled device, the charge packet transfer operation is analogous to the peristaltic contraction and dilation of the digestive system. The peristaltic CCD has an additional implant that keeps the charge away from the silicon/silicon dioxide interface and generates a large lateral electric field from one gate to the next. This provides an additional driving force to aid in transfer of the charge packets.

Architecture The CCD image sensors can be implemented in several different architectures. The most common are full-frame, frame-transfer, and interline. The distinguishing characteristic of each of these architectures is their approach to the problem of shuttering.In a full-frame device, all of the image area is active, and there is no electronic shutter. A mechanical shutter must be added to this type of sensor or the image smears as the device is clocked or read out.

With a frame-transfer CCD, half of the silicon area is covered by an opaque mask (typically aluminum). The image can be quickly transferred from the image area to the opaque area or storage region with acceptable smear of a few percent. That image can then be read out slowly from the storage region while a new image is integrating or exposing in the active area. Frame-transfer devices typically do not require a mechanical shutter and were a common architecture for early solid-state broadcast cameras. The downside to the frame-transfer architecture is that it requires twice the silicon real estate of an equivalent full-frame device; hence, it costs roughly twice as much.

The interline architecture extends this concept one step further and masks every other column of the image sensor for storage. In this device, only one pixel shift has to occur to transfer from image area to storage area; thus, shutter times can be less than a microsecond and smear is essentially eliminated. The advantage is not free, however, as the imaging area is now covered by opaque strips dropping the fill factor to approximately 50 percent and the effective quantum efficiency by an equivalent amount. Modern designs have addressed this deleterious characteristic by adding microlenses on the surface of the device to direct light away from the opaque regions and on the active area. Microlenses can bring the fill factor back up to 90 percent or more depending on pixel size and the overall system's optical design.

The choice of architecture comes down to one of utility. If the application cannot tolerate an expensive, failure-prone, power-intensive mechanical shutter, an interline device is the right choice. Consumer snap-shot cameras have used interline devices. On the other hand, for those applications that require the best possible light collection and issues of money, power and time are less important, the full-frame device is the right choice. Astronomers tend to prefer full-frame devices. The frame-transfer falls in between and was a common choice before the fill-factor issue of interline devices was addressed. Today, frame-transfer is usually chosen when an interline architecture is not available, such as in a back-illuminated device.

CCDs containing grids of pixels are used in digital cameras, optical scanners, and video cameras as light-sensing devices. They commonly respond to 70 percent of the incident light (meaning a quantum efficiency of about 70 percent) making them far more efficient than photographic film, which captures only about 2 percent of the incident light.

Most common types of CCDs are sensitive to near-infrared light, which allows infrared photography, night-vision devices, and zero lux (or near zero lux) video-recording/photography. For normal silicon-based detectors, the sensitivity is limited to 1.1 μm. One other consequence of their sensitivity to infrared is that infrared from remote controls often appears on CCD-based digital cameras or camcorders if they do not have infrared blockers.

Cooling reduces the array's dark current, improving the sensitivity of the CCD to low light intensities, even for ultraviolet and visible wavelengths. Professional observatories often cool their detectors with liquid nitrogen to reduce the dark current, and therefore the thermal noise, to negligible levels.

Use in astronomy

Due to the high quantum efficiencies of CCDs, linearity of their outputs (one count for one photon of light), ease of use compared to photographic plates, and a variety of other reasons, CCDs were very rapidly adopted by astronomers for nearly all UV-to-infrared applications. Thermal noise and cosmic rays may alter the pixels in the CCD array. To counter such effects, astronomers take several exposures with the CCD shutter closed and opened. The average of images taken with the shutter closed is necessary to lower the random noise. Once developed, the dark frame average image is then subtracted from the open-shutter image to remove the dark current and other systematic defects (dead pixels, hot pixels, etc.) in the CCD. The Hubble Space Telescope, in particular, has a highly developed series of steps (“data reduction pipeline”) to convert the raw CCD data to useful images. See the references for a more in-depth description of the steps in astronomical CCD image-data correction and processing.[9]

CCD cameras used in astrophotography often require sturdy mounts to cope with vibrations from wind and other sources, along with the tremendous weight of most imaging platforms. To take long exposures of galaxies and nebulae, many astronomers use a technique known as auto-guiding. Most autoguiders use a second CCD chip to monitor deviations during imaging. This chip can rapidly detect errors in tracking and command the mount motors to correct for them.

An interesting unusual astronomical application of CCDs, called drift-scanning, uses a CCD to make a fixed telescope behave like a tracking telescope and follow the motion of the sky. The charges in the CCD are transferred and read in a direction parallel to the motion of the sky, and at the same speed. In this way, the telescope can image a larger region of the sky than its normal field of view. The Sloan Digital Sky Survey is the most famous example of this, using the technique to produce the largest uniform survey of the sky yet accomplished.

In addition to astronomy, CCDs are also used in laboratory analytical instrumentation such as monochromators, spectrometers, and N-slit laser interferometers.[10]

Digital color cameras generally use a Bayer mask over the CCD. Each square of four pixels has one filtered red, one blue, and two green (the human eye is more sensitive to green than either red or blue). The result of this is that luminance information is collected at every pixel, but the color resolution is lower than the luminance resolution.

Better color separation can be reached by three-CCD devices (3CCD) and a dichroic beam splitter prism, that splits the image into red, green and blue components. Each of the three CCDs is arranged to respond to a particular color. Most professional video camcorders, and some semi-professional camcorders, use this technique. Another advantage of 3CCD over a Bayer mask device is higher quantum efficiency (and therefore higher light sensitivity for a given aperture size). This is because in a 3CCD device most of the light entering the aperture is captured by a sensor, while a Bayer mask absorbs a high proportion (about 2/3) of the light falling on each CCD pixel.

For still scenes, for instance in microscopy, the resolution of a Bayer mask device can be enhanced by Microscanning technology. During the process of color co-site sampling, several frames of the scene are produced. Between acquisitions, the sensor is moved in pixel dimensions, so that each point in the visual field is acquired consecutively by elements of the mask that are sensitive to the red, green and blue components of its color. Eventually every pixel in the image has been scanned at least once in each color and the resolution of the three channels become equivalent (the resolutions of red and blue channels are quadrupled while the green channel is doubled).

Sensor sizes

Sensors (CCD / CMOS) are often referred to with an inch fraction designation such as 1/1.8" or 2/3" called the optical format. This measurement actually originates back in the 1950s and the time of Vidicon tubes. Compact digital cameras and Digicams typically have much smaller sensors than a digital SLR and are thus less sensitive to light and inherently more prone to noise. Some examples of the CCDs found in modern cameras can be found in this table in a Digital Photography Review articleType Aspect Ratio Width

mm Height

mm Diagonal

mm Area

mm2 Relative Area

1/6" 4:3 2.300 1.730 2.878 3.979 1.000

1/4" 4:3 3.200 2.400 4.000 7.680 1.930

1/3.6" 4:3 4.000 3.000 5.000 12.000 3.016

1/3.2" 4:3 4.536 3.416 5.678 15.495 3.894

1/3" 4:3 4.800 3.600 6.000 17.280 4.343

1/2.7" 4:3 5.270 3.960 6.592 20.869 5.245

1/2" 4:3 6.400 4.800 8.000 30.720 7.721

1/1.8" 4:3 7.176 5.319 8.932 38.169 9.593

2/3" 4:3 8.800 6.600 11.000 58.080 14.597

1" 4:3 12.800 9.600 16.000 122.880 30.882

4/3" 4:3 18.000 13.500 22.500 243.000 61.070

Other image sizes as a comparison

APS-C 3:2 25.100 16.700 30.148 419.170 105.346

35mm 3:2 36.000 24.000 43.267 864.000 217.140

645 4:3 56.000 41.500 69.701 2324.000 584.066

References

^ James R. Janesick (2001). Scientific charge-coupled devices. SPIE Press. p. 4. ISBN 9780819436986.

^ W. S. Boyle and G. E. Smith (April 1970). "Charge Coupled Semiconductor Devices". Bell Sys. Tech. J. 49 (4): 587–593.

^ G. F. Amelio, M. F. Tompsett, and G. E. Smith (April 1970). "Experimental Verification of the Charge Coupled Device Concept". Bell Sys. Tech. J. 49 (4): 593–600.

^ M. F. Tompsett, G. F. Amelio, and G. E. Smith (1 August 1970). "Charge Coupled 8-bit Shift Register". Applied Physics Lettersfrom 17: 111–115. doi:10.1063/1.1653327.

^ Tompsett, M.F. Amelio, G.F. Bertram, W.J., Jr. Buckley, R.R. McNamara, W.J. Mikkelsen, J.C., Jr. Sealer, D.A. (November 1971). "Charge-coupled imaging devices: Experimental results". IEEE Transactions on Electron Devices 18 (11): 992–996. doi:10.1109/T-ED.1971.17321. ISSN 0018-9383.

^ Johnstone, B. (1999). We Were Burning: Japanese Entrepreneurs and the Forging of the Electronic Age. New York: Basic Books. ISBN 0465091172

^ "Charles Stark Draper Award"

^ "Nobel Prize website"

^ Hainaut, Oliver R. (December 2006). "Basic CCD image processing". Retrieved October 7, 2009.

Hainaut, Oliver R. (June 1, 2005). "Signal, Noise and Detection". Retrieved October 7, 2009.

Hainaut, Oliver R. (May 20, 2009). "Retouching of astronomical data for the production of outreach images". Retrieved October 7, 2009.

(Hainaut is an astronomer at the European Southern Observatory)

^ F. J. Duarte, Tunable Laser Optics (Elsevier Academic, New York, 2003) Chapter 10.

APSTRAKT

Čarls Kuen Kao, Viljard S. Bojl i Džordž E. Smit dobili su Nobelovu nagradu za fiziku za 2009. godinu za revolucionarna otkrića prenosa svetlosti kroz optička vlakna i interakciju sa poluprovodnicima. Prema saopštenju Nobelovog komiteta za fiziku Švedske kraljevske akademije nauka, priznanje je dodeljeno za dve revolucionarne optičke tehnologije koje su odigrale, svaka za sebe, ključnu ulogu u informatičkoj revoluciji. Doprinos koji je Kao dao tehnologiji proizvodnje ultračistih optičkih vlakana omogućio je realizaciju globalne optičke telekomunikacione mreže. Otkriće do koga su došli Bojl i Smit, CCD senzor, osnovna je komponenta praktično svakog digitalnog fotoaparata i kamere. Njegova masovna primena unela je vizuelnu komponentu multimedijalnog sveta u svaki dom i pomerila granice performansi naučne instrumentacije. Članak razmatra tehnološke osnove na kojima su budući nobelovci konstruisali prvi CCD i prikazuje jednu praktičnu primenu CCD tehnologije u industriji, u čast velikom priznanju koje su doneli u okrilje optoelektronike.

1. UVOD

Detektori sa prelivanjem naelektrisanja (Charge-Coupled Devices - CCD) su danas dominantno rešenje za elektronsku akviziciju slike, pokrivajući praktično sve aplikacije, od komercijalnih preko naučno-istraživačkih do vojnih i aplikacija posebne namene. Prošle su četiri decenije od daleke 1969. godine kada su dva američka fizičara, Viljard S. Bojl i Džordž E. Smit, radeći u Belovim laboratorijama (Bell Laboratories), osmislili i napravili prvi prototip CCD-a. Treba napomenuti da motiv za istraživanje nije bio povezan sa današnjom primenom CCD-a. Rukovodstvo firme tražilo je da Bojl, tadašnji direktor Laboratorije za razvoj poluprovodničkih naprava, razvije poluprovodnički ekvivalent magnetskim memorijama koje su tada bile anticipirane kao tehnologija budućnosti [1]. Suočeni sa potencijalnim uskraćivanjem razvojnog fonda, Bojl i Smit su prihvatili izazov i krenuli u istraživanje tehnološkim pravcem koji je tih godina bio velika nada poluprovodničke industrije – pravcem integrisanih kola na bazi MOS tranzistora. Poluprovodnički ekvivalent nosiocu informacije u magnetskim memorijama je naelektrisanje, koje se može zadržati u MOS strukturi u režimu osiromašenja. MOS tranzistor je i danas jedna od najmanjih struktura u integrisanoj tehnici, što znači da bi ovakva memorija imala potencijalno veliki kapacitet uz malo zauzeće površine integrisanog kola. Kada je problem kapaciteta razrešen, preostalo je još da se razreši drugi od dva velika problema u svakom memorijskom uređaju – adresiranje. Iščitavanje količine naelektrisanja u MOS kondenzatoru merenjem napona na elektrodi zahtevalo bi puno veza unutar kola što bi ograničilo potencijalno veliki kapacitet. Naučni radovi i patenti iz konstruisanja analognih šift registara koji prenose naelektrisanje između MOS tranzistora dali su im ideju kako da razreše ovaj problem [2]. Umesto kontinualnog prelivanja elektrona preko MOS struktura, tvorci CCD-a su se opredelili da naelektrisanja prebacuju diskretno, po fazama, čime se postižu zanemarljivi gubici u prenosu. Prvi prototip konstruisan na bazi ovog koncepta demonstrirao je ispravnost ideje i njenu primenljivost u proizvodnji memorijskih uređaja.

Paralelno sa ovim istraživanjima tekao je i razvoj poluprovodničkog senzora slike za potrebe video telefona, kao novog korisničkog servisa firme AT&T, velikog provajdera telefonskih usluga i vlasnika laboratorije gde su radili Bojl i Smit. Prvi koncept video telefona zasnivao se na tada dostupnoj vidikon kameri koja je bila lako lomljiva i imala je kratak vek eksploatacije. U drugoj fazi, fotoaktivna površina antimon sulfida u vidikon cevi zamenjena je nizom fotodioda kod kojih se u zoni osiromašenja pn spoja javlja unutrašnji fotoefekat. Shvativši da CCD struktura može obaviti i ovaj zadatak, dva naučnika su objedinila prednosti CCD tehnologije kao memorijskog elementa i njene sposobnosti da posedovanjem zone osiromašenja detektuje fotone isto kao i fotodioda. Konstruisan je prvi prototip kamere kod koje je aktivna detektorska površina realizovana kao CCD struktura (Slika 1.).

Dalji razvoj CCD uređaja preselio se prvo u kompaniju Ferčajld (Fairchild) gde su 1974. godine konstruisani linearni CCD senzori sa 500 elemenata i 2D senzor rezolucije 100 x 100 tačaka. Dodatna velika finansijska ulaganja, ogroman istraživački trud koji je uložen u razvoj tehnologije kao i popravljanje performansi i integraciju CCD senzora sa elektronskim sistemima za akviziciju i snimanje slike, na svojim plećima je iznela kompanija Sony. Investicija je urodila plodom, jer je 1980. godine Sony na tržište plasirao prvu komercijalnu kolor CCD video kameru posle koje su usledili i CCD fotoaparati. Implementacija fleš tehnologije i optičkih medija kao masovne

memorije, zaokružila je ciklus razvoja omogućivši eksploziju ponude digitalnih kamera i fotoaparata na savremenom tržištu.

2.PRINCIP RADA

Osnovni gradivni element CCD matrice je MOS kondenzator, poluprovodnička struktura (Slika 2.) konstruisana epitaksijalnim narastanjem ili jonskom implantacijom tankog (0,1 μm do 0,3 μm) kanala n tipa na podlogu p tipa debljine oko 700 μm [3]. Izolovanje ovog poluprovodničkog spoja od kontrolne elektrode (gejt) obavlja sloj silicijum dioksida koji sa gornje strane ograničava protok elektrona. Kontrolne elektrode prave se depozicijom polikristalnog silicijuma koji je transparentan u većem delu vidljivog spektra, pošto kroz njega moraju proći incidentni fotoni do zone osiromašenja. Pozitivna polarizacija gejta odbija šupljine ka supstratu, formirajući zonu osiromašenja između n kanala i p supstrata (nije prikazano na Slici 2.).

Unutrašnji fotoefekat se odvija u zoni osiromašenja gde incidentni fotoni generišu parove elektron-šupljina koji se razdvajaju pod dejstvom prisutnog električnog polja. Između prostora ispod elektroda koje nisu polarizovane i polarizovanog gejta javlja se potencijalna barijera koja sprečava elektrone da napuste potencijalnu jamu. Na taj način, elektroni nastali fotoefektom ostaju zarobljeni unutar potencijalne jame, slično naelektrisanju unutar polarizovanog kondenzatora.

Broj elektrona u jami direktno je proporcionalan iradijansi optičkog zračenja kojem je površina polarizovanog gejta bila izložena. CCD struktura je kontinualna, samo geometrija gejta određuje zone u kojima dolazi do unutrašnjeg fotoefekta, što znači da je dimenzija piksela određena gejtom. Kako se poluprovodničke komponente proizvode standardno u planarnom procesu na velikoj površini, lako je moguće konstruisati 2D CCD senzor slike ređanjem gejtova u matrice. Na taj način se vrši prostorna diskretizacija optičkog zračenja na piksele čija je dimenzija, kod savremenih senzora, ušla u zonu ispod 10 μm.

Pogodnosti koje CCD struktura pruža kao elektronski detektor optičkog zračenja beskorisne su ako se ukupna količina naelektrisanja u jami ne može „prebrojati“ kako bi se ustanovio nivo radijanse na svakom pikselu. Ispostavlja se da CCD struktura poseduje ugrađeni mehanizam koji omogućava iščitavanje sadržaja jame serijskim postupkom [4]. Elektroni (simbol e-) koji su nastali unutrašnjim fotoefektom u trenutku t1 zadržani su u jami ispod gejta P1, kako je prikazano na Slici 3.

Elektroni se mogu prebaciti iz potencijalne jame ispod polarizovanog gejta u prostor ispod susednog gejta formiranjem njegove potencijalne jame. Izjednačavanjem potencijala polarizacije dva gejta (trenutak t2), a potom pozitivnom polarizacijom gejta P2 (trenutak t3), elektroni se mogu prebaciti iz jame ispod P1 u jamu ispod P2. Proces formiranja jame ispod susedne elektrode, i prebacivanja elektrona iz jame u jamu u potpunosti se kontroliše elektronskim putem, naponima na elektrodama.

Elektronska kontrola procesa adresiranja digitalnim logičkim kolima omogućava kontrolu vremena toka prenosa čime se otvara nova mogućnost – elektronska ekspozicija. Svakom fotoosetljivom elementu pridružen je još jedan čiji gejt nije optički transparentan. Vreme ekspozicije se kontroliše prelivanjem optički generisanih elektrona ispod transparentnog gejta u jamu ispod njegovog neprovidnog parnjaka. Dok se sadržaj ispod neprovidnog gejta iščitava serijskim postupkom, providan gejt može ponovo biti eksponiran i vršiti akviziciju slike. Na ovaj način se veoma precizno može kontrolisati vreme ekspozicije bez gubitka vremena za prenos, čime se održava maksimalna brzina akvizicije slike. Elektronska ekspozicija superiorna je u odnosu na mehaničke metode i tipično omogućava mikrosekundne vrednosti vremena ekspozicije slike, dok posebno konstruisane kamere dosežu i nanosekundne vrednosti.

Sa druge strane skale ekspozicije, u zoni trajanja od nekoliko sati, hlađenje CCD kamere omogućava snimanje objekata vrlo niskog nivoa svetljenja. Ovakvi objekti sporo generišu fotoelektrone u jami. Spuštanjem radne temperature smanjuje se inherentni termički šum detektora a time i broj termički generisanih elektrona, a eksponiranje u velikom vremenskom intervalu omogućava veliki broj fotogenerisanih elektrona. Na taj način se dobijaju izuzetne slike astronomskih objekata, kao na primer na Slici 4, iz koje se jasno vide prednosti CCD senzora

u odnosu na fotografski film. Dodatno, pre svakog snimanja može se eksponirati tzv. „prazan“ ili „mračni“ snimak, kada je CCD prekriven blendom. Tako dobijena slika sadrži informaciju o termički generisanim elektronima u jami koji se razlikuju od piksela do piksela. Ovaj nivo elektrona zapravo predstavlja crnu boju, i digitalno se oduzima od predmetne slike, pa se na taj način poništava efekat neuniformnosti piksela. CCD senzor se može eksponirati i uniformnim belim svetlom i tako dobijena slika može se koristiti za eliminaciju različite detektivnosti svakog pojedinog piksela kroz digitalnu obradu slike. Ovakve digitalne tehnike obrade slike koje su moguće akvizicijom slike preko CCD senzora, otvaraju potpuno novu dimenziju u primeni slike i fotografije kao instrumentacione metode.

Za naučna istraživanja je važna činjenica da detektor ispoljava i dobra spektralna svojstva. CCD senzor ima sličnu spektralnu karakteristiku kao i poluprovodničke diode, dobru detektivnost u vidljivom delu spektra, ali i u infracrvenoj i ultraljubičastoj zoni (Slika 5, preuzeto iz [5]).

Popravljanje spektralne karakteristike kod CCD senzora postiže se primenom posebnih tehnika osvetljavanja aktivnih elemenata. Kod CCD senzora sa pozadinskim osvetljenjem (back-illuminated), moguće je proširiti IC i UV zone nanošenjem antirefleksivnog sloja [5]. Primenom individualnih optičkih filtera za svaki piksel pojedinačno, može se izjednačiti odzivnost u zoni talasnih dužina, čime se dobija odličan radiometrijski detektor, ili pak postići dobra aproksimacija ljudskog oka. Sa ovakvim spektralnim karakteristikama, CCD senzor daleko nadmašuje fotografski film i omogućava čitav niz novih istraživanja, pre svega u oblasti medicine i biologije, ali i nove vojne primene.

ZAKLJUČAK

CCD senzor koji su otkrili Bojl i Smit nastao je kao izvanredan spoj rešenja dva nezavisna problema u poluprovodničkoj tehnologiji. Njegova masovna komercijalna primena čiji smo svedoci, iako nesumnjivo značajna, nije ništa atraktivnija od prednosti koje CCD nudi industriji i naučnoj instrumentaciji. Daljim razvojem tehnologije izrade ovih naprava, performanse CCD senzora dostigle su vrhunski nivo. Dobijanje rezultata u realnom vremenu koje pruža digitalna obrada slike u sprezi sa CCD senzorom, omogućilo je nove industrijske aplikacije u oblasti automatskih sistema za vizuelnu inspekciju, ali i mnoge nove naučne primene.

Literatura

[1] G. E. Smith: “The Invention and early history of the CCD”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Volume 607, 2009.

[2] Royal Swedish Academy of Sciences, Two revolutionary optical technologies, Scientifi c Background on the Nobel Prize in Physics 2009, October 2009, available at: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/phyadv09.pdf

[3] B. Burke, P. Jorden, P.Vu: “CCD Technology”, Experimental Astronomy, Volume 19, 2005.

[4] D. Malacara, B. J. Thompson: Handbook of Optical Engineering, Marcel Dekker Inc., New York, 2001.

[5] http://www.microscopyu.com/articles/digitalimaging/ccdintro.html

[6] M. Barjaktarović, S. Petričević, J. Radunović: “High performance coated board inspection system based on commercial components”, Journal of Instrumentation, Volume 2, July 2007, T07001.