Хабрахабр

[Из песочницы] Разбор PTZ-камеры: что внутри и как это работает

Сегодня препарируем PTZ-камеру и детально рассматриваем ее железные составляющие, чтобы понять принцип работы.

Прежде чем резать, давайте немного разберемся

Добиться такого эффекта можно, если камера будет захватывать не только общий план комнаты, но и конкретного участника. Как сделать общение по видеосвязи достаточно комфортным, чтобы участники воспринимали его как живое? Переходы между сценами должны быть быстрыми и плавными, чтобы общение не вызывало дискомфорта и не отвлекало участников от обсуждения рабочих вопросов.

Есть пара вариантов: Как этого добиться?

  • программно вырезать (а по не-нашему кропать) из общего плана, который захватывается камерой, нужную часть изображения;
  • или установить PTZ-камеру. Они бывают с механическими или магнитными приводами.

Зато камер с механикой вокруг — пруд пруди. Камеру с магнитными приводами я найти не смог. Итак, приступим! Я также разобрал современную и широко распространенную в РФ модель PTZ FullHD камеры, чтобы понять, как изменилась логика и принцип работы за 10 лет прогресса и развития.

Именно эта камера перекочевала в линейку Cisco Telepresence без каких-либо значимых изменений и продавалась до начала 2010-х. Итак, начнем мы с весьма распространенной PTZ-камеры от норвежской компании Tandberg.

В свое время Tandberg делал премиальные PTZ-камеры, и об этом нам говорит строгий, лаконичный дизайн с преобладанием металлических частей корпуса.

Внешне Tandberg выглядит весьма понятно — в серебристом тубусе размещается оптика и матрица, а соединяют камеру с основанием подвижные механизмы.

Краткие ТТХ данной камеры

-900)
Угол наклона по вертикали: 300 (+100.. Разрешение: 1280 х 720 (HD)
Зум: 7-кратный, оптический
Матрица: 1/3" CMOS
Минимальная фокусная дистанция: 0,3 м
Угол обзора: 420
Угол поворота по горизонтали: 1800 (+900.. -200)

Именно на этом основании располагается поворотная платформа. Массивное металлическое основание добавляет камере устойчивости и надежно защищает от внешних воздействий главную плату с электроникой.

Работа этого механизма напоминает балансирование циркового акробата на металлических цилиндрах. Ложе камеры перекатывается на специальных роликах, расположенных внутри подвижной платформы.

Чтобы показать работу этого механизма, пришлось расчехлить старый добрый Autodesk Fusion. В движение этот узел приводится обыкновенным электромотором с зубчатым колесом, по которому перекатывается ложе камеры.

Для этого с внутренних сторон зубчатых реек установлены две специальные накладки, которые формируют прерывания отраженного света, по которым определяется угол наклона камеры. Контролировать коллекторный мотор в каждый момент времени призваны оптические датчики, определяющие угол наклона по отраженному свету от меток.

Массивный груз в задней части камеры и обеспечивает тот самый баланс. Чтобы маломощный коллекторный мотор справлялся с тяжелой оптикой камеры, объектив сбалансирован так, чтобы центр тяжести совпадал с осью мотора.

Однако он конструктивно отличается от коллекторного тем, что вал проворачивается небольшими шагами (1 шаг = 3,750), то есть для одного полного оборота потребуется 3600 / 3,750 = 96 шагов. Под куполом располагается еще один приводной мотор, поворачивающий камеру влево и вправо. Также дополнительным бонусом является удержание вала в заданном положении.

Для стабилизации изображения PTZ-камеры имеются механизмы удержания заданной позиции, а это значит, что если направлять камеру в другую сторону при помощи рук и настойчивости, то пластиковые детали внутри камеры очень быстро выйдут из строя (если не сразу).

Если не вдаваться в тонкости теоретической механики, то можно сказать, что пластиковые шестерни могут передавать вращение от мотора к узлам камеры, а не наоборот.
Это правило справедливо и для выключенной камеры.

Конструктивно она похожа на зеркальный фотоаппарат, только без пентапризмы и зеркала. И о самом главном — о камере. Фокусное расстояние регулируется коллекторным мотором и механическими передачами: это, конечно, не ультразвуковые моторы современных “зеркалок”, но малый вес и габариты для стационарной камеры — вовсе не ключевые показатели.

В те времена это было передовое решение в формате SoC (System on the Chip), в котором был реализован многоуровневый кэш L1/L2, 64-битный интерфейс к внешней оперативной памяти, Ethernet 10/100 Мбит/с, 3 видео порта с поддержкой нескольких разрешений, а также управлением других периферийных устройств. Рулит всеми задачами цифровой сигнальный процессор от Texas Instruments с передовой вычислительной мощностью на начало 2000-х, способный выполнять почти 6 миллиардов инструкций в секунду.

По сути это обыкновенный ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). Следующая передовая микросхема своего времени — Altera Cyclone 2. Производители устройств могут программировать такие схемы для любых задач от управления сервоприводами до передачи данных памяти.

3 реализован чипом AD9889B, поддерживающим разрешение FullHD (1080p) с защитой передачи медиаконтента по технологии HDCP v. Интерфейс HDMI версии 1. 2.
Остальные компоненты — это модули памяти и пассивные радиокомпоненты, предназначенные для работы основных элементов. 1.

Краткие ТТХ данной камеры

-1700)
Угол наклона по вертикали: 1200 (+900.. Разрешение: 1920 х 1080 (FullHD)
Зум: 12-кратный, оптический
Матрица: 1/2,8″ CMOS HD сенсор
Минимальная фокусная дистанция: 0,3 м
Угол обзора: 72,50
Угол поворота по горизонтали: 3400 (+1700.. -300)

Спереди у камеры находятся ИК-приемники для пульта дистанционного управления, а сзади — интерфейсные разъемы. Корпус камеры целиком выполнен из пластика и обладает широким и устойчивым основанием. Вес у камеры небольшой: предполагаю, что можно подвесить в армстронг на потолок или закрепить на гипсокартонной перегородке.

Оси перемещения организованы гораздо проще и понятней, чем у Tandberg, в качестве движущей силы трудятся шаговые моторы, передающие крутящий момент приводным шкивам.

Подвижная платформа имеет 2 полые стойки, между которыми закреплена камера, в полости одной из стоек скрывается приводной механизм, за счет которого изменяется угол наклона.

Этот концевик нужен для определения позиции камеры после включения. Немного ниже приводного шкива располагается оптический датчик.

Все дальнейшее позиционирование производится путем подсчета шагов. При запуске объектив наклоняется вниз, и когда специальный шип прерывает поток света в оптическом датчике, система понимает, что достигнута крайняя нижняя точка.

Мотор, поворачивающий камеру влево и вправо, скрывается за сопрягаемым фланцем с 6 винтами, оснащенный таким же концевиком для определения горизонтальной позиции камеры.

Поскольку сопрягаемый фланец неподвижен, в центре находится 2 кабеля: для управления моторами и шлейф с цифровой матрицы.

Как мы видим, система механических передач целиком состоит из мощных шаговых моторов, что делает позиционирование камеры более точным и быстрым, а ременные передачи снижают уровень собственного шума устройства.

Из новинок появились USB3. Электроника камер во многом похожа, поэтому лучше поговорим о явных различиях. 0 и RS-232, при помощи которых можно получить видео в сжатом виде, а также собрать целый каскад подобных камер и через UART (RS232) полностью автоматизировать их наведение на участников конференции.

Кроме одного — цены, которая стала ниже в 5 раз. Как видите, современная PTZ-камера более надежна по конструктиву, имеет лучший сенсор и универсальна по способам подключения, но в остальном недалеко ушла от своей предшественницы. Поэтому сегодня мы видим всё больше и больше оборудованных ПК переговорных комнат, где данный PTZ-зверь уже перестал быть экзотикой.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть