Реферат: Стереотелевизионные системы

Введение.

Стереотелевидение –телевидение, позволяющее передавать и воспроизводить электрическими средствамитрехмерность окружающего нас пространства и, в частности, в красках(стереоцветное телевидение).

Стереотелевидение базируется на стереоскопии – наукео зрительном восприятии  трехмерности реального мира – и на колометрии — наукео цвете. При помощи стереоцветного телевидения реализуется новое качествотелевидения – воспроизведение рельефности и цвета предметов, что ведет нетолько к повышению эмоционального воздействия на зрителя, но и к болееэффективному использованию каналов связи.

Стереотелевидение можетпринести большую пользу науке и народному хозяйству там, где требуетсянаибольшая наглядность и выразительность воспроизводимых объектов и событий иособенно там, где оператор не может присутствовать на месте событий.

В настоящем дипломномпроекте разрабатывается  цветная стереотелевизионная телекамера,предназначенная для работы в комплексе с бинокулярным микроскопом и различнымиустройствами видеоконтроля и записи видеоизображений.

1.   Особенности построениястереотелевизионных систем.

 

Первые шаги вобласти создания и просмотра стереоскопических изображений восходят к 20-мгодам, к таким первопроходцам в этой области, как Лоджи Берд (Logie Baird),Хамонд (Hammond) и Зворкин (Zwyorkin).

Начало разработокстереотелевидения в СССР относится: черно-белого – к 1949 году (первоеизображение получено в 1950-м году, а в 1952-м году выпущена перваяпромышленная установка) и цветного – к 1958-му году (первое изображение –1959-й год). Стереоцветная установка ЛЭИС в 1962-м году демонстрировалась наВДНХ в Москве и в 1964-м году – на советской выставке в Генуе, Италия.

1.1.    Зрительныйорган как система связи.

 

Конечным индикатором прителевизионной передаче является наш глаз, поэтому на каждом этапе развитиятелевизионной техники учитывалось то или иное свойство зрительного органа. Ичем совершеннее становилась телевизионная система, тем глубже и полнееопирались при ее построении на возможности зрения. Наиболее полно этоотразилось на стереоцветной системе, которая ближе всего подводит к условиямнепосредственного наблюдения и опознания натуры.

Зрительная система, какизвестно, обладает пространственной и временной разрешающей способностью., атакже контрастной чувствительностью. Другими словами, пространство и движениемы воспринимаем дискретно. Телевизионные вещательные системы строятся на основеиспользования только временной дискретности зрения и пока не обеспечиваютпередачу привычной для глаза пространственной дискретности.

Техника развитиятелевидения не имела целью слепое копирование зрительной системы. Носопоставление на данном этапе процессов, происходящих в телевизионной изрительной системах, может быть полезным.

Если условно расчленитьзрительную систему на функциональные узлы, то можно сопоставить ее с системойстереоцветного телевидения (рис. 1.1).

Схематическое сопоставление систем бионической(зрительной) и кибернетической (телевизионной).

/>

           

Рисунок 1.1.

Рассмотрим коротко основныефункции, присущие отдельным ступеням кибернетической и бионической систем.

1. Преобразованиеоптического изображения в электрические сигналы. В телевидении, это совершается впередающей камере 1 путем того или иного вида развертки изображения и, по существу,является первичным кодированием изображения соответствующими электрическимисигналами.

В зрительном анализаторесовершается развертка изображения, как и в передающей телевизионной камере,только в более совершенной форме. При рассматривании крупных объектов оба глазасинхронно совершают скачкообразные движения, переводя наше внимание от однойточки к другой. Кроме того, благодаря мелким движениям глаз по горизонтали ивертикали, выявляется основная информация об объекте. Такая дискретная разверткаобеспечивает большую четкость деталей, нежели непрерывная, применяемая втелевидении.

2. Кодирование – трансформация первичной информациив сигналы, удобные для передачи. В черно-белом телевидении этот процессотсутствует. В цветном и стереоцветном телевидении кодирование совершаетсяособо рассчитанными электрическими матрицами. Кодированию подвергаетсяинформация каждого элемента изображения, причем кодовый сигнал должен нестиинформацию не только о яркости данного элемента, но и о его цвете.

В зрительной системесветовой поток от цветного объекта, падая на сетчатку, вызывает реакцию всоответствующих элементах колбочкового аппарата, что приводит к возникновению вганглиозных клетках электрических импульсов определенной частоты. Такимобразом, оптическое изображение, образуемое на сетчатке, кодируется частотойэлектрических импульсов, посылаемых разными порциями в высшие отделыанализатора 4 и 5.

3. Передачаэлектрических сигналов. Зрительную систему можно рассматривать как идеальную систему связи, тоесть передающую сообщения без ошибок со скоростью, определяемой пропускнойспособностью канала. Последнее, по Шеннону, определяется как

C = DF log2 Pc+Pп / Pп = DFlog2 ( 1 + Pc / Pп ), дв.ед. / сек.,                     (1)                    

где DF – полоса частот пропускания; Рси Рп – соответственно, средние мощности полезного сигнала и помехи ввиде «белого шума».

Воспользуемся уравнением(1) для определения пропускной способности стандартного телевизионного каналапри полосе частот DF=6 МГц и отношении сигнала к помехе y=25, требуемом для хорошего качества воспроизводимогоизображения. Под величиной y здесь понимается отношение полного размаха видеосигнала (от уровнячерного до уровня белого) к среднеквадратичному значению помех. В итоге:

Сmax= 56 ´ 106 дв. ед. / сек.

В цветном телевидении суплотнением спектра частот яркостного сигнала и при квадратурной модуляциицветовой поднесу щей цветоразностными сигналами для систем NTSC и PAL:

С = 19 ´ 106 дв. ед. / сек.

Для цветной системы SECAM(модуляция цветовой поднесу щей цветоразностными сигналами через строку):

С = 16 ´ 106 дв. ед. / сек.

Для стереоцветной системыс квадратурной модуляцией, когда один кадр цветной стереопары передается вчерно-белом виде с полосой 6 МГц, а другой в красках с полосой 1,5 МГц:

С = 19 ´ 106 дв. ед. / сек.

Пропускнаяспособность зрительного анализатора на уровне сетчатки тоже составляет десяткимиллионов двоичных единиц в секунду. Но по мере перехода к высшим отделамзрительного органа производится отбор полезной информации из всего потокасообщений, что приводит к весьма экономной форме их кодирования.

Обращает на себя вниманиетот факт, что пропускная способность зрительной системы ниже телевизионной, аканал передачи импульсов в миллионы раз сложнее. Видимо, последний используетсяболее широко для обратных связей, то есть подачи разных команд от корыголовного мозга.

4. Декодирование – преобразование кодовых сигналов всигналы первичной информации. В телевидении для этого служат электрическиематрицы, на выходе которых получаем первичные сигналы основных цветов R, G и Bдля левого и правого изображений. Как будет видно ниже, допустимо ограничиться сигналами R, G и B  только для одного изображения стереопары, а для другогоиметь только яркостный сигнал Y.

В бионической системекодовые сигналы преобразуются в энергию биологических процессов, создающихвизуальное ощущение. Совершается это в одном из высших разделов зрительногооргана.

5. Синтез изображения – превращение первичной информации вмодель передаваемого объекта. Этот завершающий этап воспроизведения изображенийв телевидении осуществляется приемным устройством. В бионической системезрительные образы возникают в коре головного мозга и автоматически, в большейили меньшей степени, сохраняются в памяти. В телевидении же для сохраненияизображения в необходимых случаях применяется дополнительный процесс – записьизображения.

1.2.    Стереоэффекти некоторые свойства бинокулярного зрения.

 

Глубинное зрение, то естьспособность воспринимать объемность предметов и их пространственное расположение,не является врожденным свойством человека. Оно достигается ранним жизненнымопытом путем сочетания реакции осязания, зрительного восприятия иподсознательного глазомышечного двигательного акта.

Объемность предметов и ихпространственное расположение непосредственно могут восприниматься как примонокулярном зрении (одним глазом), так и при бинокулярном (двумя глазами). Впервом случае главную роль играют физиологические факторы (зрительная память,ощущение различия в напряжении мышц при аккомодации и т.п.). Опираться на этифакторы при построении телевизионной системы, где глаз заменяется передающейтрубкой, нельзя – необходимо прибегнуть к использованию свойств бинокулярногозрения, где основную роль играет глазной базис – расстояние между зрительнымиосями при рассмотрении удаленных предметов (рис. 1.2). Для разных людей оннемного отличается, но в среднем составляет 65 мм. Угол a при пересечении зрительных осейназывается углом конвергенции (сведения в одну точку). Каждому положениюобъекта соответствует определенный угол конвергенции, что сопровождаетсянекоторой мускульной работой поворота глаз вокруг центров вращения. Сравнение всознании мускульных напряжений, связанных с изменением угла конвергенции, даетпредставление о том, ближе или дальше расположен предмет.

Бинокулярное наблюдение одиночных предметов.

/>

Рисунок 1.2.

При смещениирассматриваемого объекта происходит не только конвергенция глаза, но иаккомодация, то есть изменение кривизны глазного хрусталика. Последнееобеспечивает резкость изображения предметов на сетчатке при различныхрасстояниях их от глаза.

Достаточно малейшего смещения одной из проекцийизображений с идентичных точек сетчатки, как в сознании возникаетпространственное представление о рассматриваемых объектах. Принято, чтоневооруженным глазом рельефность предметов можно наблюдать на расстояниях, непревышающих одного километра. Для увеличения стереоскопической дальности илиповышения стереоэффекта требуется, прежде всего, при прочих равных условиях,увеличение базиса наблюдения, что легко осуществить в телевидении путем разносапередающих трубок.

1.3.    Способыпередачи стереопары.

Из рассмотренияпростейших стереоприборов вытекает, что для искусственного воспроизведениястереоизображений необходимо иметь полученные с разных позиций два изображенияи рассматривать одно левым глазом, другое – правым.

В зависимости отпоставленной задачи можно передать или одновременно оба кадра стереопары, или последовательно.

Одновременная передача.При одновременной передаче могут наблюдаться два случая, в зависимости оттребуемого базиса. Если поставленная задача требует большого базиса, необходимоиметь две передающие камеры, разнесенные на требуемое расстояние. Передачадолжна происходить или через два самостоятельных передатчика, или через одинпри наличии соединительных каналов. Обычно используют одну камеру с двумяпередающими трубками.

Последовательнаяпередача. Последовательный способ передачи стереопары применяется в случаеиспользования временного параллакса (при относительном движении камеры иобъектива) или при проектировании левого и правого изображений на мишень однойпередающей трубки. В последнем случае кадры стереопары можно расположить намишени трубки, или рядом по горизонтали (последовательная передача по строкам),или рядом по вертикали (последовательная передача по полям или кадрам). Привертикальном расположении кадров площадь мишени используется более полно, ноэто требует специальной призменной приставки к горизонтально расположеннымобъективам [1, глава 4]. Последовательная передачастереопары требует удвоенной полосы частот по сравнению с обычным двухмернымтелевидением. Принципы воспроизведения стереопары на приемной стороне освещеныв книге под ред. П.В.Шмакова “Стереотелевидение” (М: Связь, 1968).Художественную передачу объемных изображений целесообразно обогащатьстереофоническим изображением.

1.4.    Методыделения изображений [2].

В зависимости отназначения системы стереоскопического телевидения методы деления изображенийдля правого и левого глаза могут быть двух видов: индивидуальные и групповые.Первый способ допускает наблюдение объемного телевизионного изображения толькоодним человеком, а второй позволяет одновременно наблюдать объемное изображениебольшому числу зрителей. Естественно, что для стереотелевизионного вещанияприменим только метод группового деления стереопары. В промышленных системахмогут использоваться как индивидуальные, так и групповые методы деления.

При групповом методенаблюдения используется поляризационный или цветовой способ разделения стереопары.Первый способ основан на явлении поляризации света. Лучи плоско поляризованногосвета обладают свойством свободно проходить через поляризационный фильтр,плоскость поляризации которого параллельна плоскости поляризации луча. Но такиелучи не проходят через поляризационный фильтр, если плоскости поляризацииперпендикулярны. Таким образом, если перед экранами приемных трубок (рис. 1.3)1 и 2 поставить поляризационные фильтры 3 и 4, плоскости поляризации которыхориентированы взаимно перпендикулярно, то разделение смешанной параллаксограммы(смешанная параллаксограмма представляет собой наложение одного изображениястереопары на другое) можно осуществить, если смотреть через очки с фильтрами 5соответствующей поляризации. Смешанная параллаксограмма получается наполупрозрачном недеполяризующем зеркале 6. Поляризационный метод разделениястереопары для правого и левого глаза позволяет наблюдать не только черно-белыестереоскопические телевизионные изображения, но и стереоцветные.

Очковый метод деления.

/>

            Рисунок 1.3. Поляризационные или цветные фильтры:1 и 2 – приемные трубки, 3 и 4 – поляризационные фильтры, 5 – очки споляризационными фильтрами, 6 – полупрозрачное зеркало.

Недостаткомполяризационного метода является необходимость соблюдать параллельностьплоскостей поляризации поляроидов зрителя и приемных трубок. При наклоне головызрителя более 4°значительно ухудшается стереоэффект из-за проникновения другого изображения.Однако специальной конструкцией очков можно избавиться и от этого недостатка.Если на рис. 3 поляризационные фильтры заменить цветными фильтрами, имеющимиопределенные спектральные характеристики, то каждый глаз зрителя будет видетьизображение, предназначенное только для него. Принцип разделения цветнымифильтрами заключается в следующем: каждое черно-белое телевизионное изображениестереопары Кл  и Кп окрашивается в один из спектральныхцветов. Например, левое изображение в красный цвет, а правое – в зеленый. Передглазами зрителей помещаются цветные светофильтры так, что правый глаз зрителясмотрит через зеленый фильтр и видит градации яркости только зеленогоизображения, а левый глаз смотрит через красный фильтр и видит градации яркоститолько красного изображения. За счет бинокулярного смешения цветов зрителивидят стереоскопическое телевизионное изображение, окрашенное в третий цвет.При использовании одноцветных приемных трубок (в дальнейшем – ПЗС-матриц)надобность в установке цветных фильтров перед экранами трубок отпадает.Недостатком данного метода разделения стереопары является невозможностьнаблюдать многоцветное стереоскопическое изображение.

В разрабатываемой системеиспользуется групповой метод деления стереопары, но принцип деления отличаетсяот вышеописанных. В процессе формирования стереопары образуется видеосигнал,содержащий последовательность четных и нечетных полей двух кадров стереопары.Одна ПЗС матрица формирует сигналы первого и второго поля первого кадрастереопары, а вторая, соответственно, поля для второго кадра стереопары.Применяя при воспроизведении очки с жидкокристаллическими индикаторами (ЖКИ) икоммутируя ЖКИ с частотой полей, мы разделяем кадры стереопары для правого идля левого глаза соответственно. Данные системы воспроизведения являютсястандартными и в данном проекте не рассматриваются.

1.5.    Системыобъемного телевидения.

Многочисленные работы,проведенные проф. П.В.Шмаковым и его сотрудниками по изучению стереоэффектов втелевидении, показали:

1.  Стереоэффект наблюдается не толькопри одинаковой четкости обоих изображений, но и при понижении четкости одногоиз кадров стереопары, причем воспринимаемая зрителем четкость определяетсяболее качественным изображением.

2.  Возможна передача одного кадрастереопары черно-белым, а другого – цветным. При этом эффект восприятия объемаи цвета практически не ухудшается.

3.  Полоса частот сигналов одного кадра,в том числе и яркостного, может быть значительно сокращена без заметногоухудшения изображения при условии, что яркостный сигнал другого кадрапередается с полной полосой частот.

Этиособенности зрения позволили предложить несколько систем объемного телевидения,использующих стандартный телевизионный канал [3], которые мы рассмотрим далее.

Мелькание.При проектировании систем объемного телевидения возникает проблемарационального использования полосы частот канала передачи. В обычномтелевидении требование отсутствия мельканий при необходимых яркостяхизображения приводит к передаче 50 полей в секунду. В стереотелевидениипредполагалось использовать возможность понижения частоты мельканий каждогоизображения вдвое за счет попеременной смены полей левого и правого кадров.Такая возможность позволила бы сократить полосу частот вдвое, то есть привестик стандартной полосе частот двухмерного телевидения. Но исследования показали,что критическая частота мельканий остается неизменной как при монокулярном, таки при бинокулярном зрении при переменной смене полей. На основании этих опытовсделали вывод, что число кадров в системах объемного телевидения для отсутствиямельканий должно быть тем же самым, что и в системах обычных.

Если, в идеальном случае,для передачи и воспроизведения цветного объемного изображения требуется шестьсигналов (три сигнала цветоделенных изображений для левого кадра стереопары итри – для правого), то в практике из шести сигналов необходимо и достаточнопередавать только четыре: сигнал, несущий информации о яркости одного кадрастереопары, и три сигнала, несущих информацию о яркости и цветности другогокадра. При этом полоса частот для передачи цветного кадра может быть сокращенадо 1,5 МГц, если черно-белый кадр передается со стандартной полосой частот.Исходя из этого, исследовательской лабораторией кафедры телевиденияЛенинградского электротехнического института инженеров связи им. проф.М.А.Бонч-Бруевича под руководством проф. П.В.Шмакова разработана совместимаясистема цветного стереотелевидения, соответствующая системе NTSC (рис. 1.4).

Схема системыцветного стереотелевидения (передающая часть).

/>

             Рисунок 1.4. 1 –камера, 2- коммутатор, 3 – пересчетное устройство, 4 – фильтр низкой частоты(ФНЧ), 5 – балансный модулятор, 6 – смесительное устройство, 7 – к передатчику,8- полный синхросигнал, 9 – огибающая сигнала вспышки.

На передающей сторонешесть сигналов левого и правого (л и п) кадров цветной стереопары отсоответствующих датчиков поступают на матричные устройства, на выходе которыхобразуются яркостные сигналы этих кадров U¢ял U¢яп. Затемформируются цветоразностные сигналы правого кадра U¢кп U¢сп. Яркостный сигнал U¢ял  левого кадра и сигналы правого кадра подаются на смесительноеустройство, в котором получается полный сигнал стереоцветного изображения,согласно уравнению:

U¢с = U¢ял + k1U¢п.

Описание данной системывзято из книги Г.Б.Богатова «Цветное телевидение» (Л: Наука, 1978). [4]

Рассмотримиспользовавшуюся в установке СЦТ ЛЭИС камеру 1 подробнее. В ее состав входятследующие основные узлы (рис. 5): а) блок разверток, б) фотоблок, в) блокоптических головок, г) блок управления камерой с механизмом изменения базисасъемки, д) две трубки бегущего луча с фокусирующими и отклоняющими системами.

Блок-схема камеры СЦТ.

/>

Рисунок 1.5.

Блоки строчной и кадровойразверток были выполнены на типовых унифицированных узлах. Задающие частистрочной и кадровой разверток являются общими для обеих трубок. Выходныекаскады выполнены отдельно для каждой трубки. Кроме этого, в блоке развертокпредусмотрены схемы стабилизации, фокусировки и защиты.

В установкеиспользовались фотоблоки двух типов: блоки, входящие в состав камеры, содержатпо три фотоэлектронных умножителя, выносные – по шесть (два красных, двазеленых и два синих.

В камере использовалисьдве оптические головки с дистанционным приводом, снабженные двумя комплектамиобъективов с фокусными расстояниями 50 и 85 мм. Базис съемки мог меняться от 68до 130 мм.

Управление оптикойпроизводилось дистанционно с пульта оператора. Для этого оптические головкиимели электропривод, который управлял оптической фокусировкой,диафрагмированием и производил переключение объективов. Также с пультауправлялись фокусировка и ток луча в трубках.

В камере былииспользованы две развертывающие трубки типа 6ЛК1Б с плоским экраном илюминофором из окиси цинка. Минимальный базис определялся размером трубок.Габариты камеры — 530´290´420 мм,вес – 45 кг. [1].

В то же время было предложено еще несколько системобразования и передачи (последовательной и одновременной) стереопары.Рассмотрим две схемы для последовательной передачи кадров стереопары как болеепрогрессивного метода.

1. Может быть использована одна трехтрубчатаяцветная камера (рис. 1.6). Отличием ее от обычной камеры цветного телевиденияявляется зеркальная стереонасадка Д и обтюратор А. Стереонасадка с двумяобъективами Ол и Оп  служит для создания стереопары, аобтюратор – для переменной коммутации светового потока от левого и правогоизображений. В результате на выходах передающих трубок последовательносоздаются сигналы цветовой информации от левого и правого кадров стереопары.

Схемаоптического узла стереоцветной камеры для одновременной передачи цветовойинформации с последовательным чередованием левого и правого изображенийстереопары.

/>

Рисунок 1.6: в – базис передачи, 1 и 2 –цветоделительные зеркала, R, G и B – цветоделенные изображения.

Чтобы избежатьмеханически вращаемого обтюратора, можно спроецировать оба кадра стереопары нафотокатоды трубок, расположив их рядом. Для этого объективы Ол и Оп необходимо расположить между стереонасадкой и цветоделительнымизеркалами. В этом случае предъявляются более высокие требования к разрешающейспособности трубок и линейности разверток.

2. Аналогичным способом для стереоцветной передачиможно использовать аппаратуру последовательной системы цветного телевидения. Вкачестве датчиков сигналов стереопары могут служить две камеры, разнесенные нанеобходимый базис передачи, с вращающимися дисками цветных светофильтров R, G иB или же одна камера, дополненная зеркальной стереонасадкой и обтюратором (рис.1.7). В последнем случае камера будет выдавать последовательные сигналыцветовой информации поочередно от левого и правого изображений стереопары.

Схемаоптического узла стереоцветной камеры для последовательной передачи какцветовой информации, так и стереопары.

/>

             Рисунок 1.7: в – базис передачи, Д –стереонасадка, А – обтюратор, Ф – диск с цветными светофильтрами, М – двигатели,Т – передающая трубка.

Далее описаны несколькометодов создания стереоцветных систем, которые в той или иной мере былиэтапными в развитии стереовидения.

Метод Пулфрича

Метод Пулфрича базируется на постоянном движении, иначе эффекттрехмерности пропадает. Требуются специальные очки с линзами, различающимисястепенью затемнения. Движение должно происходить в одном направлении (слеванаправо), тогда глаз, снабженный более светлой линзой получает и обрабатываетзрительную информацию на долю секунды раньше другого. Этой разницы во времениоказывается достаточно, чтобы второе изображение чуть-чуть сместилось, исоздалось впечатление глубины. Эффект может быть усилен путем подбора объектасъемки, окружающей обстановки и т.д.

Причина, по которой такуютехнологию нельзя считать по-настоящему трехмерным телевидением, заключается втом, что объекты не сходят к вам с экрана, как это бывает в стереокино, апросто «расслаиваются», создавая впечатление глубины картинки. Кроме того, этотметод ненадежен, потому что некоторые люди смотрят такую программу и не видятстереоэффекта.

LCD-shutters

Простейшая стереосистема базируется на методе показа последовательныхобластей (полей), при котором оба изображения, чередуясь, но не переплетаяськак в чересстрочной развертке, проецируются на один и тот же экран (обычныйтелевизионный экран показывает подобные области с чересстрочным обновлением,чередующиеся 50 раз в секунду).

Чтобы каждый глаз видел свою картинку, используются очки с раздельнымижидкокристаллическими экранами-шторками (LCD-shutters). Можно сделать так,чтобы под воздействием электрического тока жидкие кристаллы становились топрозрачными, то непроницаемыми с той же частотой, с которой обновляетсяизображение на экране. Когда видимость одного глаза заблокирована, другой видиткартинку и наоборот.

Лентикулярные системы.

Последняя новинка фирмы Sanyo — трехмерный экран, использует принципдвояковыпуклой (лентикулярной) линзы. Здесь уже не нужны никакие специальныеочки. Двояковыпуклые линзы состоят из многочисленных рядов вертикальных линз,совсем как у гофрированного картона. Под них подкладывается несколько картинок,разделенных на полосы и уложенных с чередованием в вертикальном направлении. Взависимости от угла можно  наблюдать серии вертикальных полос, составляющихцелую, объемную картинку.

В настоящее время фирма Sanyo занята производством серии экрановразличных размеров, начиная с громадных 70-дюймовых и кончая переноснымимоделями размером от 4 до 10 дюймов. Наибольший эффект достигается на экранахбольших размеров, но они пока предназначаются для коммерческих трехмерныхигровых машин.

Xenovision

Гораздо более убедительной представляется технологияавтостереоскопического дисплея, продемонстрированная австралийской компаниейXenotech. Эта система проецирует два изображения, каждое для своего глаза,сквозь полупосеребренное зеркало, расположенное перед зрителем, а затемобратно, на отражающий экран. Проекторы расположены таким образом, что праваякартинка проецируется на правый глаз, а левая — на левый. Фокус в том, чтобыкаждый глаз видел только то изображение, которое для него предназначено, и дляэтого используется специальный материал, который отражает свет обратно, подуглом 180° к поверхности.Если ваш глаз расположен фронтально к направлению луча, то он видит толькоотраженную картинку; второй глаз находится несколько в стороне от линии ходалуча, и картинка на него не попадает.

Но когда человек смотрит на экран, он не остается неподвижным (неизбежноерзает и вертит головой). Для компенсации движения,  система снабженаустройством слежения за положением глаз зрителя, состоящим из слабого источникаинфракрасного излучения и миниатюрной камеры, направленной на лицо зрителя.Камера отмечает инфракрасные вспышки — очертания лица и отражения от роговицы —и посылает информацию компьютеру, который отслеживает положение и направлениеглаз зрителя. Если глаза меняют свое положение, то соответствующим образомменяется и положение проекторов и отражающего экрана, сохраняя неизменнымтангенс угла наклона к линии зрения наблюдателя.

Система Xenovision (тот же Xenotech) впервые была представлена в 1995году на выставке корейской электроники Korean Electronics Show, где былипродемонстрированы четыре дисплея размером 30 дюймов. С тех пор, где бы нивыставлялась эта система, она вызывает бурю восторгов. Вот список фирм,лицензировавших эту систему. Возглавляет этот список Samsung, первым купившийлицензию в 1994 году, за ней идут Carl Zeiss из Германии, Resources CorporationBerhad из Малайзии, Дом спецэффектов ETAB Data AB из Швеции, и совсем недавно кним присоединилась крупная японская компания Tomen Corporation.

Сейчас Xenotech разрабатывает дисплей для нескольких зрителей,опирающийся на тот же принцип. Но, по правде говоря, серьезные ограниченияэтого процесса — размер экрана, несколько проекторов, компьютерное слежение ит. д. — означают, что, как и большинство имеющихся 3D-технологий, идеяXenovision больше подходит для рынка развлечений и мультимедиа, чем длябытового телевидения.

Описываемые выше системы, по сути двумерные, создают лишь иллюзиюобъемного изображения. Зародыш другой системы недавно был продемонстрирован впрограмме BBC «Мир завтра» (Tomorrow's World). У этой системы классное название— «3D Vоlumeric Display Technology Background». Сейчас она находится в стадииразработки в Военно-морском центре управления, контроля и наблюдения за океаномСША (Naval Command, Control and Ocean Surveilance Centre, NCCSC). В ней спомощью вращающейся спирали генерируется изображение, которое можнорассматривать в трех измерениях.

По сути дела это движущийся проекционный экран, который при каждомобороте дважды сканирует весь объем изображения».Спираль сканирует полностьювесь столб, и по завершении полного оборота ни одна точка внутреннегопространства не остается не обновленной.

Для создания на нем изображения используется лазерный сканер.Естественно, за всем за этим стоит проблема повышения вычислительных мощностейи проблема передачи набора трехмерных графических координат проектору, которыедолжны соответствовать перемещению спирали.

Картинки, воспроизводимые этой системой, генерируются компьютером. Какбудут сниматься и проектироваться изображения из реальной жизни, пока не ясно.Правда, эта система не нацелена на потребительский рынок, и ее применениескорее всего ограничится моделированием рельефов поверхностей илирегулированием движения воздушного транспорта,

1.6.    Требования,предъявляемые к системам стереоцветного телевидения.

При созданиистереоцветной системы следует стремиться к гармоническому сочетанию. Воспроизведениянатуральной окраски, рельефности предметов и глубины пространства. Требования,предъявляемые к воспроизведению рельефности, будут различными в зависимости отназначения системы: для промышленных целей или для вещания. В промышленныхустановках пространственные формы и величинам объемного изображения должнысоответствовать реальным объектам и при необходимости должны бытьпропорционально уменьшены или увеличены во всех трех измерениях.

Следовательно, впромышленных установках должно уделяться особое внимание идентичности развертокпередающих и приемных трубок, чтобы обеспечить выполнение указанных вышетребований.

Для художественнойпередачи не обязательно точное воспроизведение объема, а в зависимости отзамысла режиссера может быть несколько искажена перспектива для подчеркиваниятого или иного плана в пространстве, для привлечения внимания зрителя именно кэтой части передаваемого изображения.

Требования, предъявляемыек цветному стереотелевидению с точки воспроизведения цвета, аналогичные требованиямк соответствующим системам цветного телевидения. В некоторых промышленныхсистемах качество цвета может быть несколько снижено, если это даетзначительное упрощение аппаратуры [1].

1.7.    Телевидениеи голография [5].

Стереоскопические системыявляются базой для создания многоракурсных телевизионных систем, дающихвозможность плавного бокового обзора (оглядывания) воспроизводимых изображений.Объемные изображения можно наблюдать без специальных очков с разных ракурсов,смещаясь относительно экрана внутри большой зоны пространства без потеристереоэффекта.

Можно предполагать, чтобудущее телевидения – это голографическое телевидение, однако при реализацииголографических телевизионных систем возникает много технических трудностей,связанных, в частности, с большой информационной емкостью голограмм и высокойудельной плотностью информации.

1.7.1. Способыполучения голограмм.

Голография основана назаписи и последующем восстановлении волнового фронта рассеянного объектомсвета. Первый этап использует явление интерференции при взаимодействии двухкогерентных пучков (рис. 1.8). Лазерным светом освещают объект и зеркало. Свет,отраженный объектом (предметный волновой фронт, предметный пучок) и зеркалом(эталонный волновой фронт, или опорный пучок, или когерентный фон),пересекается в определенной области пространства и взаимодействует между собой,образуя пространственное интерференционное поле, поле узлов и пучностей,максимумов и минимумов интенсивности.

Запись голограммы.

/>

Рисунок 1.8.

Если в этом пространствепоместить фоточувствительную среду, то она зарегистрирует часть этогоинтерференционного поля. Такая светочувствительная среда после фотохимическойобработки называется голограммой. В простейшем случае голограмма представляетсобой чередование светлых и темных полос. Число интерференционных полос, тоесть количество светло-темных пар линий на единицу длины голограммы, называетсяпространственной частотой.

Отличие голографического процесса записи отобычного фотографирования заключается в том, что на голограмме записана нетолько амплитудная, но и фазовая информация, выраженная в виде чередования поопределенному закону светлых и темных полос. Отсюда и происхождение слова«голография»: от греческих слов «олос» – полный – и «графо» – пишу, то естьзапись полной информации. Голография была изобретена Дэннисом Габором. В 1947году он предложил, а в 1948 году опубликовал однолучевую схему дляголографирования полупрозрачных плоских объектов. В 1961 году Эммет Лейт и ЮрисУпатниекс усовершенствовали исходную схему Габора, предложив свою двухлучевую(с наклонным опорным лучом) схему формирования плоских голограмм непрозрачныхтрехмерных объектов.

Схема восстановленияизображения с голограммы показана на рис. 1.9.

Восстановление изображения с голограммы.

/>

Рисунок 1.9.

 

Более простой иперспективный метод получения цветных изображений основан на использованииобъемных светочувствительных эмульсий при формировании трехмерных голограмм.Этот метод формирования трехмерных голограмм, наиболее полно отражающих оптическиесвойства объекта, разработал советский ученый Юрий Николаевич Денисюк в 1962году.

Для получения трехмернойголограммы объект освещают сквозь объемную светочувствительную эмульсию (рис.1.10). Свет отражается от объекта (объектом является зеркало) и, возвращаясьназад, интерферирует с опорным пучком под углами, близкими к 180°.

Получение трехмерных голограмм (а) и воспроизведение с них изображений(б).

/>

                     а)                                                           б)

Рисунок 1.10.

Плоскости пучностей и, соответственно, плоскостипочернения, располагаясь по биссектрисе угла Qмежду направлениями встречных пучков, будут почти параллельны плоскостиголограммы и будут удалены друг от друга на расстояние:

d = l / 2n sin Q/2,

где n – показательпреломления светочувствительной эмульсии, а l — длина волны в воздухе.

1.7.2. Попыткипостроения голографических телевизионных систем.

Практическая реализацияголографической телевизионной системы встречает ряд весьма существенныхтрудностей. Одна из предложенных схем показана на рис. 1.11.

Структурная схема голографической телевизионной системы.

/>

Рисунок 1.11.

Передаваемая сцена освещается либо одним, либонесколькими взаимно когерентными лазерами. Свет, рассеянный объектами сценысовместно с опорным лучом, попадает на анализирующее устройство голографическойтелевизионной камеры, в которой картина интерференционных световых потоковпреобразуется в последовательность электрических сигналов. Последние затемпередаются по каналу связи. На экране приемного устройства из электрическихсигналов формируется голограмма, которая при освещении ее лучом лазеравосстанавливает передаваемый сюжет.

Но при этом обязательнымусловием является наличие источников только когерентного излучения приосвещении объекта, что ограничивает съемки рамками студии.

Также требуетсяразрешающая способность голографической системы вдвое превышающая нынесуществующую. В связи с этим работа разверток голографической телевизионнойсистемы также должна быть повышена, что повлечет за собой увеличение требуемойполосы частот канала связи для передачи информации об изображении.

Вопрос о путях построенияголографических телевизионных систем до сих пор еще не решен. Развитиеголографического телевидения будет идти, очевидно, в двух направлениях. Одно ихних ставит своей целью совершенствование всех звеньев (передающее устройство,канал связи, приемное устройство) для создания голографических телевизионныхсистем. Второе направление заключается в построении промежуточных паллиативныхсистем, в которых новые качественные параметры пространственных изображенийдостигались бы не слишком дорогой ценой и которые поэтому могли бы бытьреализованы в обозримом будущем.

Ниже приводится один извариантов схем построения многоракурсных систем (рис. 1.12).

Схема построения многоракурсной телевизионной системы.

/>

Рисунок 1.12.

Всю схему можно разделить на несколько частей,функции которых вполне определенные: съемка объекта, передача изображений,совмещение изображений и селекция ракурсов. Съемка объекта осуществляется путемразмещения по дуге АБ нескольких передающих камер. Формирующих телевизионныедвухмерные изображения, отличающиеся друг от друга только горизонтальнымпараллаксом. В статических системах, работающих не в реальном масштабе времени,можно использовать одну камеру, последовательно перемещая ее по дуге АБ наугловые интервалы Dy.

В последнее времятрудности, встречающиеся при создании практических систем голографическоготелевидения, послужили причиной расширения области исследований дифракционныхсистем, в которых используется не только когерентное: но также частичнокогерентное и некогерентное освещение. [6]

Системы голографическоготелевидения, созданные на сегодняшний день, находят применение в различныхсферах человеческой деятельности.

В заключение приведемодну из схем оптической установки для создания голографических изображений вобласти медицины, разработанной в 1992 году (рис. 1.13) [7].

Оптическая установка для создания голографическихизображений.

/>

Рисунок 1.13.

2.                Разработкатехнических требований.

 

2.1. Метод формирования цветного стереоизображения.

 

В данном дипломномпроекте разрабатывается метод формирования цветного стереоизображения припомощи двух ПЗС матриц, разнесенных на оптический базис ( 65 мм. ). Считываниесигналов производится поочередно с частотой 100 Гц таким образом, что ввыходном видеосигнале имеется последовательность сигналов четных и нечетныхполей двух кадров стереопары (рис. 2.14).

Структура выходного сигнала.

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/> <td/> /> <td/> <td/> /> />

Рисунок 2.14.

Горизонтальные драйверыобеих ПЗС матриц работают непрерывно, являясь при этом нагрузкой для одноготимминг-генератора, который вырабатывает импульсы считывания для матриц.Следовательно, при такой схеме включения, необходимо дополнительное усилениеимпульсов считывания, подаваемых через горизонтальные драйверы.

Вертикальные драйверыработают поочередно и с удвоенной частотой (f = 100 Гц), таким образомувеличивается емкость нагрузки тимминг-генератора, что также необходимоучитывать при расчете схемы.

Сигналы с ПЗС матрицобрабатываются в двух видеотрактах, а затем суммируются, образуя выходнойкомпонентный сигнал с заданной амплитудой.

2.2. Выбор элементной базы.

Данный дипломный проектбазируется на уже существующей элементной базе, что существенно снижаетстоимость разрабатываемой камеры.

Матрица является основнымкомпонентом в камере, поэтому выбор элементной базы будет определяться ею.

Фаворитом в даннойобласти является фирма SONY, которая одной из первых освоила серийный выпускцветных матричных ПЗС. В большей степени сегодня распространены матрицы сдиагональю 1/3 дюйма, следовательно, целесообразно выбрать матрицы именнотакого габарита. Преимущества датчиков 1/3 дюйма также и в меньших габаритах,массе, уменьшении размеров и массы оптической системы.

В техническом заданиичисло пикселов матрицы определено как 430 тыс. Таким образом, можно выбратьстандартную цветную матрицу ICX059AK, которая отвечает всем нашим требованиям.

Выбрав матрицу, мы можемсразу взять и стандартную элементную базу для нее:

ICX059AK – CCD Area ImageSensor, 1/3 ², CCIR(датчик изображения на основе ПЗС матрицы)

CXD1159Q – CCD syncsignal generator – NTSC and PAL (генератор сигналов синхронизации для ПЗСматрицы.)

CXD1265R — CCD timingpulse generator – NTSC, PAL, ETA and CCIR (тимминг-генератор .)

74AC04 (K1533ЛН1 –аналог) – горизонтальный драйвер

CXD1267AN – CCD clockdriver IC (вертикальный драйвер)

CXA1390AR — CCD colourcamera sample and hold colour separation (дискретизатор с запоминанием отсчетовцветового разделения в цветной камере)

CXA1391R – CCD colourcamera processor (видеопроцессор).

CXA 1392R -  кодер PAL .

2.3. Требования к сигналам.

Поскольку для созданиякомпонентного сигнала со стереоэффектом мы применяем две ПЗС матрицы типа ICX059AK, то, исходя из норм на критическуючастоту мелькания (в данном случае – для каждого глаза) fкр = 48 Гц, необходимо, чтобы fп = 100 Гц – частота полей и, соответственно, fк = 50 Гц – частота кадров. Следовательно, пристандартизированном числе строк разложения fстр = 625 надо, чтобы частота задающего генератора строчнойразвертки была равна удвоенной стандартной:

fген = fстр = 2´15625 = 31250 Гц

В итоге надо сформироватьследующие сигналы:

/>


Коммутация матрицосуществляется импульсами с частотой полей.

Управление осуществляетсяцифровыми сигналами TTL уровней(логический «0» – 0,4 В; логическая «1» – 2,4 В).

Выходной сигнал размахом1 В создается на нагрузке Rн = 75 Ом (эти величины стандартизированы).

Питание комплектамикросхем осуществляется от источника питания нестабилизированного напряжения Uпит = 12 В.

Температурные режимыкамеры определяются требованиями для ПЗС матрицы:

t°раб = — 10°С ¸ + 60°С

t°хр = — 30°С ¸ + 80°С

Данная камера можетработать при влажности до 90%.

3. Разработка структурной схемы цветной стереотелевизионнойкамеры.

Используя результатыисследований в области стереотелевидения и последние технические достижения,можно построить множество стереосистем с различными техническимихарактеристиками, в том числе и удовлетворяющие нашим.

В данной разработкепредлагается создать стереотелекамеру, используя в качестве основы комплектэлементной базы для обычной цветной телекамеры фирмы SONY со следующими структурнымиизменениями:

1)   в качестве датчиков стереопарыиспользуем две ПЗС матрицы цветного изображения со строчно-кадровым переносомзарядов, каждая из которых формирует сигнал изображения своего кадра – левогоили правого;

2)   учитывая изложенное в предыдущем пункте,необходимо применить две пары вертикальных и горизонтальных драйверов для ПЗСматриц;

3)   полученные с ПЗС матриц два разныхсигнала необходимо обрабатывать в двух одинаковых видеотрактах;

4)   в качестве системы синхронизации иуправления можно использовать один комплект, поскольку он должен обеспечиватьсинхронизацию и управление двумя идентичными видеотрактами. Системасинхронизации состоит из синхрогенератора и тимминг-генератора. Эта системабудет дополнена электронным коммутатором, поскольку управляющие сигналы длявертикальных драйверов необходимо подавать поочередно с частотой 100 Гц, чтобыобеспечить принцип образования стереопары;

5)   на выходах I и II видеотрактов мыполучаем компонентные сигналы, которые нам необходимо просуммировать. В этихцелях мы используем сумматор;

6)   наконец, все блоки нашей телекамерынеобходимо запитывать от источника питания.

Структурная схема цветнойстереотелевизионной камеры приведена на рис. 3.15.

Структурная схема цветной стереотелевизионной камеры.

/>


ТИ

  />/> .

/>


Рисунок 3.15.

4. Разработка функциональной схемы.

4.1. Общие положения.

При разработкефункциональной схемы условимся, что будем использовать только зарубежнуюэлементную базу.

В данной разделе будет рассмотренафункциональная схема только одного видеотракта, поскольку второй являетсяполностью идентичным. Также мы рассмотрим устройство функциональных узлов,которые не входят в базовый комплект цветной телекамеры SONY, но в нашейразработке они являются необходимыми. Этими узлами являются электронный ключдля коммутации управляющих сигналов для вертикальных драйверов и выходнойсумматор.

4.2. Описание функциональной схемы видеотракта.

 

Видеосигнал с выхода ПЗСматрицы поступает одновременно на входы PG и DATA микросхемы CXA1390,упрощенная функциональная схема которой показана на рис. 4.16.

Функциональная схема микросхемы CXA1390.

        CCD OUT  

  />       

/>


Рисунок 4.16.

Входная часть этоймикросхемы содержит схему ДКВ (CDS). Этасхема предназначена для выравнивания трехуровневого выходного сигнала с ПЗСматрицы. Трехуровневость получается в результате влияния импульсов сброса.

На выходе схемы CDSполучается широкополосный видеосигнал YH, который подается на управляемый усилитель схемы АРУ (AGC). Его усиление зависит от напряженияАРУ. Затем сигнал YH подается навыход микросхемы YH OUT и одновременнона схему разделения, которая построена на устройствах выборки-хранения (sample-and-hold ( S/H)). Разделение на два канала осуществляется путемвыборки по разным импульсам XSHP иXSHD, поступающим на S/H. Данное разделение являетсяпредварительным и полученные в итоге сигналы можно описать как:

                 n line                    (n+ l) line             (n + 2) line

S1    :         (Mg+ Cy)   /         (G + Cy)     /         (Mg + Cy)   /         …

S2:            (G+ Ye)     /         (Mg + Ye)   /         (G + Ye)     /         …

Полученные сигналы S1 и S2 подаются соответственно на выходы S1 OUT и S2 OUT,а затем на входы микросхемы CXA1391 S1 IN и S2 IN соответственно. Одновременно сигналыS1 и S2 подаются на схему подавления цветности, туда же поступает ивидеосигнал после схемы CDS.Основным элементом этой схемы является элемент ИЛИ (OR), на выходе которого образуется сигнал CS. Это управляющий сигнал дляподавления цветности объектов, имеющих слишком большую яркость. Этотуправляющий сигнал поступает на вход микросхемы CS OUT.

Следующее звено ввидеотракте – микросхема CXA1391,которая является видеопроцессором. Ее упрощенная функциональная схема приведенана рисунке 4.17.

Функциональная схема микросхемы CXA 1391.

/>


Рисунок 4.17.

 

 Входными сигналами длянее являются S1,S2, прошедший черезфильтр нижних частот (ФНЧ, или LPF) илинию задержки (ЛЗ, или DL)широкополосный сигнал YH, атакже управляющий сигнал CS.Таким образом, можно рассмотреть три тракта:

1)      тракт обработкисигналов S1 и S2;

2)      тракт обработкиширокополосного сигнала яркости YH;

3)      тракт обработкиуправляющего сигнала CS.

Отдельным внутреннимтрактом является тракт образования сигнала вертикальной апертурной коррекции(VAP). Рассмотрим эти тракты по отдельности.

1. Тракт обработкисигналов S1и S2.

Входная часть микросхемы CXA1391 является схемой предварительноговыделения цветов, состоящей из сумматора и вычитателя. В результате этихдействий с сигналами S1 и S2 получаются сигналы C0 и Y0:

C0 = (S2 – S1) ´ 0,8 :  (G + Ye) – (Mg + Cy) / (Mg+ Ye) – (G + Cy) / …

Y0 = (S2 + S1)/ 2 :      (G + Ye) + (Mg + Cy) / (Mg + Ye) + (G + Cy) / …,

иначе сигналы C0 и Y0 можно расписать как:

C0 = — (2B –G) / 2R – G / ...

Y0 = 2R + 3G +2B / 2R + 3G + 2B / …,

следовательно, сигнал Y0 повторяется от строки к строке.

Сигналы C0 и Y0 являются узкополосными, так как образованы они изузкополосных сигналов S1 и S2. Сигнал C0 содержит информацию о цвете, а сигнал Y0 – о яркости. Эти сигналы поступаютна выходы микросхемы CXA1391 Y0 OUT и C0 OUT и затем подаются на микросхему CXL1517, на которой собраны линии задержки.Здесь сигналы задерживаются на длительность одной строки (1H-DL) и поступают снова в видеопроцессор.

Упрощенная функциональнаясхема микросхемы CXL 1517 приведенана рисунке 4.18.

Функциональная схема микросхемы CXL 1517.

/>


Рисунок 4.18.

Теперь они называются Y1 и C1. После усиления сигнал цветности C1 поступает на мультиплексор (MPX), куда также поступает сигнал C0. Поскольку

(G + Ye) — (Mg+ Cy) = — Cb и

(Mg + Ye) – (G+ Cy) = Cr,

то можно записать сигналыC0 и C1 как

C0: — Cb / Cr/ -Cb / Cr / …

C1: Cr / -Cb /Cr / -Cb / …

На выходе MPX в результате коммутации чередующихсясигналов Cr и –Cb получаем сигналы Cr и –Cb, несущие информацию о красном и синем цветах соответственно:

Cr / Cr / Cr /Cr / …

-Cb / -Cb /-Cb / -Cb / …

Далее сигналы Cr и –Cb поступают на матрицу первичных цветов. Также туда поступаетузкополосный сигнал яркости Y,необходимый для матрицирования. Его образование будет рассмотрено далее.

Y = 2R + 3G +2B       = (Cy + G) + (Ye + Mg)

Cr =   2R  – G   = (Mg + Ye) – (G + Cy)

-Cb = — (2B –G) = (Ye + G) – (Cy + Mg)

На выходе матрицы первичныхцветов образуются узкополосные сигналы основных цветов R, G и B.Матрицирование производится по следующему алгоритму:

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> <td/> /> <td/> /> /> /> <td/> /> /> />

R                                  1        4        -1                Y

G     =       1/10            2        -2      -2                Cr

B                                  1        -1      4                 Cb

Сигналы R, G и B усиливаются в усилителе баланса белого (WB) до необходимых значений и подаютсяна цветовой g-корректор скоэффициентами коррекции g =0,45 для всех трех цветов. На выходе g-корректора получаются сигналы R — g, B — g и G — g.

Затем все три сигналапоступают на матрицу цветоразностных сигналов MTX, где происходит образование двух цветоразностныхсигналов R –Y и B – Y. Эти сигналы получаются последующему алгоритму:

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/> /> <td/> /> /> <td/> <td/> <td/> <td/> /> /> />

R – Y                           0,70            -0,59           -0,11                     R

                      =                                                                              G

B – Y                           -0,3             -0,59           0,59                      B

Эти сигналы подаются навыходы микросхемы R – Y OUT и B – Y OUT.

2. Тракт обработкиширокополосного сигнала яркости YH.

Сигнал YH со входа микропроцессора поступаетна g-корректор (который являетсяаналогичным g-корректору втракте обработки сигналов цветности), а затем на DL на одну строку и LPF, находящиеся вне микросхемы CXA1391. Далее сигнал YHвновь попадает в микропроцессор, где, усилившись на усилителе GC, подается одновременно на выход YH OUT 1 и на сумматор, на который такжепоступает незадержанный сигнал YH. Врезультате суммирования получается сигнал YH2, который идет на выход микросхемы YH OUT 2.

Теперь можно рассмотретьтракт вертикальной апертурной коррекции. Его основной частью является блок KNEE & VAP, на который подаются следующиесигналы: узкополосный сигнал Y0 – полученныйв результате сложения сигналов S1 и S2, Y1 – задержанный сигнал Y0, Y2 – задержанныйодну строку сигнал Y1 (рис. 4.19).

Апертурная коррекциязаключается в компрессии больших выбросов амплитуды сигнала. Для компрессииприменяется операция экспонирования.

Функциональная схема

Y0

   блока KNEE& VAP./> /> /> /> /> /> /> /> /> />

VCS

  /> <td/> /> />

/>

Y1

  />/>/>/>/>/>                                                                 VCS = Y1 — a (Y0 + Y2)/> /> /> /> /> <td/> /> /> /> />

Рисунок 4.19.

Графически функцию KNEE можно отобразить так:

/>


Рисунок 4.20.

Чем больше амплитудавходного сигнала, тем сильнее он компрессируется.

Выходной сигнал VCS подается одновременно на выход VAP OUT и на сумматор для подавления большихвыбросов цветности.

 

3. Тракт обработкиуправляющего сигнала CS.

Со входа микросхемы CS IN сигнал подается на сумматор, навтором входе которого находится сигнал VCS.

Сумматор построен налогическом элементе И:

1

  />/>                VCS/> /> /> /> /> /> CS OUT   /> /> />

/>                CS

Рисунок  4.21.

Выходной сигнал подаетсяна выход CSOUT.

Следующим функциональнымблоком является микросхема CXA1592,на которой построен кодер PАL. Упрощеннаяфункциональная схема этой микросхемы показана на рисунке 4.22.

Функциональная схема  микросхемы CXA1592.

/>


Рисунок 4.22.

Эта микросхемазадействована частично, поскольку цветоразностные сигналы R-Y и B-Y не подаются на нее.

Сигнал YH2 подается на микросхему CXA1592 одновременно на двавхода, причем на один из них он поступает с задержкой. Это необходимо дляреализации горизонтальной апертурной коррекции (HAP). YH1 поступает на входмикросхемы CXA1592 также с задержкой. Внутри микросхемы происходит суммированиесигналов YH1, YH2, который прошел через функциональный узел HAP, и сигнала VAP. Полученный в результатесуммирования сигнал усиливается и проходит через функциональные узлы, где кнему замешиваются все необходимые синхроимпульсы, а затем через сумматорпоступает на выход микросхемы CXA1592.

Теперь мырассмотрим функциональный блок электронного ключа. Построим электронный ключ набазе трех мультиплексоров SN74H257. Функциональная схема электронного ключа приведенана рисунке 4.23 [ 10 ].

Каждая измикросхем состоит из четырех двухвходовых селекторов-мультиплексоров с тремясостояниями на выходе. Каждый из четырех мультиплексоров имеет по два входаданных. Для их выбора служит вход выбора данных SED. На этот вход мы подаемимпульсы с частотой 50 Гц с синхрогенератора. В момент: когда на вход SED подано напряжение низкогоуровня, выбираются входы DN.0 одновременно всех четырех мультиплексоров, акогда на входе SED оказывается напряжение высокого уровня, тогда выбираются входы DN.1 всех четырехмультиплексоров одновременно. Информация на выход микросхемы передается безинверсии.

На входразрешения EZ подается напряжение высокого уровня, тем самым мы разрешаем проходданных на выходы D0 – D3.

Функциональная схема электронного ключа на базе микросхемы SN74H257.

/>


Рисунок 4.23.

Применяемый в разработкесумматор выходных сигналов построен на двух корпусах микросхем CD4052. Эти микросхемы являютсядемультиплексорами, содержащими по 8 каналов коммутации цифровых и аналоговыхсигналов, которые организованы как четырехканальный дифференциальный коммутатор(рис. 4.24) [13 ].

Этот демультиплексоруправляется двухразрядным кодом (SEC и SED). На вход разрешения SED подается напряжение высокого уровня,а на вход разрешения SECподается сигнал частотой 50 Гц с синхрогенератора. Когда на входе SEC находится напряжение с низкимпотенциалом, выбираются входы 3C и 3D, а когда с высоким — обеспечиваетсякоммутация входов 4C и 4D.

Функциональна схема демультиплексора CD4052.

/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />
Выход С   />/>/>/>/>/>А/> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> />

/>/>/>/>/>/>В

/>


/>/>/>/>/>/>/>/>EI

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Рисунок 4.24.

 

Этот демультиплексоруправляется двухразрядным кодом (SEC и SED). На вход разрешения SED подается напряжение высокого уровня,а на вход разрешения SECподается сигнал частотой 50 Гц с синхрогенератора. Когда на входе SEC находится напряжение с низкимпотенциалом, выбираются входы 3C и 3D, а когда с высоким — обеспечиваетсякоммутация входов 4C и 4D.


5. Разработка и расчет принципиальной схемы.

В описании схемыэлектрической принципиальной будет рассмотрен только один видеотракт, посколькувторой является полностью идентичным. Также будут рассмотрены цеписинхронизации, которые являются общими для обоих видеотрактов, оконечныеусилители и блок питания телекамеры.

Видеосигнал с выхода ПЗСматрицы ICX059AK (микросхема D1) (ножка 8) поступает на затвор полевого транзистора 3SK133, включенного по схеме с общимстоком. Его нагрузкой является резистор R8. Напряжение видеосигнала, снимаемое с этого резистора,подается через разделительные конденсаторы C22 и C23 навходы микросхемы CXA1390AR (D9) (ножки 37 и 38), в которойпроизводится первичное цветоделение и усиление видеосигнала. Первичноецветоделение осуществляется по импульсам выборки XSP1 и XSP2,подаваемым с тимминг-генератора (микросхема CXD1265R (D10)) на ножки 40 и 42 соответственно.При работе телекамеры в черно-белом режиме эти импульсы отсутствуют.Восстановление уровней сигналов осуществляется по импульсам выборки-хранения XSHP и XSHD, поступающих с тимминг-генератора на ножки 34 и 35соответственно.

/>


Импульсы XSH1 и XSH2, подаваемые на ножки 1 и 48 соответственно, служат вкачестве напряжения выборки-хранения при черно-белом сигнале. Импульсы CLP1-CLP4 подаются на все микросхемывидеотракта (кроме CXL1517N (D13))для восстановления уровня черного в видеосигнале.

В микросхеме CXA1390AR задействована система подавленияцветности, которая срабатывает при попадании в кадр объектов, имеющихчрезмерную яркость. Полученный в итоге сигнал коррекции CS поступает на выход микросхемы (ножка10). Уровень этого сигнала поддерживается с помощью конденсатора С38 и может регулироваться подборочным резистором R18.

Также в этой микросхемепредусмотрена система автоматической регулировки уровня (АРУ (AGC)) сигнала. Максимальная величинаамплитуды видеосигнала, до которой будет срабатывать схема AGС, устанавливается подборочнымрезистором R16. Чувствительность AGC посигналу коррекции CS устанавливаетсяподборочным резистором R24.

Широкополосный сигналяркости YH, получаемый в микросхеме CXA1390AR, поступает на выход этой микросхемы(ножка 3).

Полученные в результатепредварительного разделения цветности сигналы S1 и S2поступают через выходы микросхемы CXA1390AR (ножки 4 и 5 соответственно) на входы видеопроцессора(микросхема CXA1391R(D14)), туда жепоступает через разделительный конденсатор С93 сигнал коррекции SH и сигнал YH, который предварительно задерживается на длительность t, подбираемую при настройке, ипроходит через фильтр нижних частот (ФНЧ (LPF), расчет которого будет приведен далее). Входныминожками для этих сигналов являются соответственно 49, 48, 16 и 64 ножки.

Из сигналов S1 и S2 методами, описанными в разработке функциональной схемы,получают два цветоразностных сигнала R-Y и B-Y. Необходимыми элементами для тихпреобразований являются три линии задержки на одну строку, которые построены наотдельной микросхеме CXL1517N. Задерживаются: сигнал цветности C0, узкополосный сигнал яркости Y0 и он же задерживается еще на одну строку (Y1). Задержанные сигналы с выходовмикросхемы CXL1517N (ножки 9, 11 и 14) проходят черезэмиттерные повторители (ЭП), собранные на транзисторах BC205B, которые усиливают их по току и одновременно являютсясогласующими элементами (расчет ЭП будет приведен далее).

Необходимым управляющимсигналом является импульсный сигнал ID, двойной строчной частоты, который поступает на ножку 41 стимминг-генератора.

Широкополосный сигналяркости YH2 задействован в схеме горизонтальнойапертурной коррекции HAP,которая находится в микросхеме CXA1592R (D24). Для образования сигнала YH2 необходимым элементом является линия задержки на однустроку, которая вынесена за пределы видеопроцессора. Линией задержки можетбыть, например, микросхема CXL5504или любая линия задержки, аналогичная ей. Сигнал YH подается с ножки 4 на линию задержки, а затем пропускаетсячерез ФНЧ и возвращается в видеопроцессор на ножку 2. В результате полученныесигналы YH1 иYH2, который былобразован в результате суммирования YH и YH1,подаются на выходы ножки5 и 6 соответственно.

Сигнал подавленияцветности CS, который был просуммирован ссигналом VAP, полученным на выходе схемывертикальной апертурной коррекции в видеопроцессоре, поступает на выход (ножка24).

Видеопроцессор содержитуправляемые линии задержки. Потенциометром R35 можно регулировать время задержки сигналов С0 (цветности)и Y0 (узкополосного сигнала яркости). Потенциометром R36регулируется время задержки сигналов основных цветов R, G и B и сигналаподавления цветности.

Нижеприведена таблица с указанием подборочных резисторов и функций, выполняемыхими.

Подборочные резисторы

Функции

R28, R29 Установка амплитуды Y1 и Y2 R40 Установка амплитуды С1 R41 Установка амплитуды YH R52 Установка амплитуды сигнала VAP R51, R66 Установка амплитуд B и R R53 Вольтодобавка VAP R68 Регулировка схемы АББ (WB) R69, R70 Уровни R-Y и B-Y R81 Вольтодобавка к R, G и B R82 Установка коэффициента g-коррекции

Таблица 5.1.

Выходные сигналы R-Y и B-Y с ножек 19 и 20 видеопроцессора через разделительныеконденсаторы C102 и С103 поступают на выходнойсумматор, который коммутирует сигналы цветности и яркости с двух видеотрактов водин стереоканал. Сумматор построен на микросхемах CD4052 (D25 и D26). Цветоразностные сигналы R-Y и B-Yподаются на входные ножки микросхемы D26, 14 и 11 соответственно. Коммутация сигналов в сумматоре осуществляетсяс помощью импульсов управления частотой 50 Гц, которые поступают на управляющийвход SEC (ножки 10) с синхрогенератора, приэтом второй управляющий вход оставлен открытым.

С выхода сумматора (ножки3 и 13) сигналы R-Y и B-Y подаются на ножки 3 оконечныхусилителей, собранных на микросхемах AD8041 (D16-D17). Усилители охвачены 100-процентнойотрицательной обратной связью (ООС). С выходов усилителей через разделительныеконденсаторы С67, С68 и согласующие сопротивления R44 и R45сигналы R-Y и B-Y подаются на контакты 2 и 3 выходного разъема X2. Резисторы R43, R44, R45 являются согласующими с выходнымицепями, которые по заданию на дипломный проект имеют сопротивление R = 75 Ом. Соответственно, и этирезисторы имеют сопротивление 75 Ом.

Сигнал YH2 с выхода микросхемы D14 подается через резистор R114 на входы микросхемы D24, которая является кодером PAL (ножки 33 и 35). Причем на 35-юножку сигнал YH2 подается с задержкой на 100 нс,необходимой для схемы горизонтальной апертурной коррекции HAP (располагающийся внутри микросхемы D24).

Сигнал YH1 подается на вход микросхемы D24 (ножка 40) так же с задержкой на 100нс, чтобы не произошло рассогласования во времени с сигналом YH2.

Сигналы YH1 и YH2, прошедший через схему HAP, суммируются в кодере, где к ним также замешиваетсясигнал VAP, и в полученный в итоге сигналзамешиваются все необходимые синхроимпульсы. Суммирования с сигналами цветностине происходит из-за их отсутствия в кодере, поэтому на выходе микросхемы D24 (ножка 22) получается компонентныйяркостный сигнал Y. Этот сигнал,как и цветоразностный, поступает на сумматор (микросхема D25, ножка 14), где суммируется с сигналом яркостивторого видеотракта и затем подается на оконечный усилитель (D15), где усиливается до амплитуды 1 В.С выхода оконечного усилителя (ножка 6) через разделительный конденсатор С66 исогласующий резистор R43сигнал яркости подается на контакт 1 выходного разъема X2.

Сигнал подавленияцветности CS заводится на вход микросхемы D24, ножка 15, но не используется,поскольку цветоразностные сигналы на микросхему D24 не заводятся.

Рассмотрим теперь цеписигналов синхронизации, о которых не упоминалось ранее. Сначала будутрассмотрены сигналы тимминг-генератора (микросхема D10), а затем синхрогенератора (микросхема D18).

Задающий генератор собранна кварцевом резонаторе ZQ1 и входных цепях тимминг-генератора. Частота задающего генератора выбираетсяиз расчета удвоенной стандартной и равна 56,75 МГц. Сигнал этой частотыподается на 64-ю ножку тимминг-генератора.

С ножки 22 импульсы сброса RG подаются через горизонтальныедрайверы на ПЗС матрицы. Туда же подаются импульсы H1, H2, LH1, необходимые для работы ПЗС матрицы,с ножек 26, 27 и 23 соответственно.

С ножек 31, 30, 32, 33,34 и 35 на ПЗС матрицы через электронный коммутатор и вертикальные драйверыподаются импульсы XV1, XV2, XSG1, XV3, XSG2, XV4 соответственно.

Некоторые управляющиеимпульсы, как, например, BFG, XCK, CK и другие, могут быть заведены на соответствующие схемы, где онииспользуются, но сами эти схемы не задействованы в работе телекамеры. Этообусловлено возможностью модернизации телекамеры в дальнейшем.

Синхрогенератор собран намикросхеме CXD1159Q. На его входы (ножки 22 и 23)поступает частота задающего генератора (с ножки 63 микросхемы D10), из которой формируются синхроимпульсычастотой 50 Гц (SYNC), снимающиесяс ножки 17. На вход CLK1 (ножка 6)поступает частота 28,375 МГц с тимминг-генератора (ножка 57), из которойформируются задающие импульсы HD и VD, а также и некоторые импульсы длясхем формирования окна и кодера PAL.

5.1. Расчет делителей напряжения.

В телекамере широкоприменяются делители напряжения. При расчете делителей напряжения мыпредполагаем, что все они будут идентичны и рассчитаны на выходное напряжение Uвых = 3 В при входном Uвх = 5 В.

Расчет производится поформуле делителя напряжения:

Uвых = Uвх (R2 / (R1 + R2))

В итоге получаемсоотношение резисторов в делителе:

R1 = 4 кОм

R2 = 6 кОм

5.2. Расчет эмиттерного повторителя (ЭП).

В качестве согласующихэлементов после линии задержек в микросхемах D13, D19 используются эмиттерные повторители.

Принципиальная схемаэмиттерного повторителя приведена на рис. 5.25.

Принципиальная схема эмиттерного повторителя.

/>


Рисунок 5.25.

 

Выбираем транзистор типа p-n-p: BC205VI.

Eпит = 5 В – напряжение источникапитания;

Uкэ= 3 В – напряжениеколлектор-база;

Iэ = 3 мА – ток эмиттера.

Произведем расчетсопротивления в цепи эмиттера по формуле:

Rэ = (Епит – Uкэ) / Iэ      Ом;

Rэ = (5 – 3) / 3 ´ 10-3 = 666,6 Ом » 667 Ом.

В рабочей точке ток базыIб рассчитывается через коэффициент передачи по току h21.

h21= 100.

h21= Iк / Iб » Iэ / Iб.

В итоге получаем:

Iб = Iэ / h21 = 3 ´ 10-3 / 100 = 30 ´ 10-5 А = 30 мкА.

Выходное сопротивление ЭПрассчитывается по формуле:

Rвых = m Iб / Iэ;

Rвых = 2 ´ 30 ´ 10-6 / 3-3 =0,02 Ом.

Входное сопротивлениеэмиттерного повторителя рассчитывается по формуле:

Rвх = rб + (1 + h21) ´ Rэ;

где rб – сопротивление базы транзистора.

Rвх = 10 + 101 ´ 667 = 67377 Ом » 67,38 кОм.

5.3. Расчет фильтра нижних частот (ФНЧ).

В схеме применены фильтрынижних частот с полосой пропускания f = 13 МГц. Это удвоенная полоса обычного телевизионного сигнала.

РассчитываемФНЧ с максимально плоской характеристикой, нагруженный только на выходе.Граничная частота полосы пропускания рассчитывается по формуле:

wс = 2 p f,

где f – полоса пропускания в герцах (Гц).

В нашемслучае фильтр рассчитывается на двойную полосу пропускания, поскольку частотаполей составляет 100 Гц.

wс = 2 ´ 3,14 ´ 13 ´ 106 = 81,64 ´ 106 рад/с.

На частотеравной 1,5 wс коэффициент передачи должен быть на20 дБ меньше чем в полосе пропускания.

Поскольку намнеизвестно выходное сопротивление предыдущего каскада и нагрузка фильтра,примем:

Ri » 1 Ом – выходное сопротивлениепредыдущего каскада (выход микросхемы CXL1517).

Rн » 1000 Ом – сопротивление нагрузки ФНЧ.

/>Определяем порядок фильтра n:

1 / (1 + -w2n)   w= 1,5 wс = 10-2;  n = 5,648.

Выберемближайшее большее целое число: n = 6.

На входефильтра включен источник напряжения, рассчитаем его внутреннее сопротивление поформуле:

R= Ri / Rн = 1/1000 » 0.

Поскольку навходе фильтра включен источник напряжения с r = 0 и n –четное, то используются табличные величины элементов для r = 0 и n = 6:

c1= 0,2588

l2= 0,7579

c3= 1,202

l4= 1,553

c5= 1,759

l6= 1,553

Данныетабличные значения пронормированы к Rн = 1 Ом.

Для тогочтобы получить сопротивление нагрузки равное 1000 Ом, необходимо все величины l умножить, а все величины c разделить на 1000. Чтобы граничнуючастоту привести к значению 81,64 ´ 106 рад/с, все величины l и cследует разделить на это число.

Окончательнозначения величин будут следующими:

C1= 3,17 пФ

L2= 9,28 мкГн

C3= 14 пФ

L4= 19 мкГн

C5= 21,55 пФ

L6= 19 мкГн

Схемарассчитанного фильтра приведена на рис. 5.26.

Схема ФНЧ.

/>


Рисунок 5.26.

5.4. Расчет блока питания.

Расчет блокапитания производится исходя из мощности, потребляемой схемой. На вход блокапитания извне подается напряжение питания +12 В через разъем X2. В схеме разрабатываемой телекамерыиспользуются три разных напряжения: +5 В, +15 В и –9 В. Эти напряжениявырабатывает блок питания. Соответственно, расчет потребляемой мощностипроизводится по трем цепям питания.

1)   +5 В

По справочнымданным на микросхемы, мы имеем данные об их потребляемой мощности:

CXA1390 – 600 мВт Þ 0,6 ´ 2 = 1,2 Вт

CXA1391 – 690 мВт Þ 0,69 ´ 2 = 1,38 Вт

CXA1592 – 500 мВт Þ 0,5 ´ 2 = 1 Вт

CXD1265 – 500 мВт Þ 0,5 Вт

CXD1159 – 250 мВт Þ 0,25 Вт

CXL1517 – 350 мВт Þ 0,35 ´ 2 = 0,7 Вт

На остальныеэлементы из справочных данных имеется информация о токах потребления Iпотр, следовательно, по закону Ома можнорассчитать потребляемую ими мощность.

Рпотр= Iпотр ´ Uпит

SN74AC04 – 40 мкА Þ 40 ´ 10-6 ´ 5 ´ 2 = 0,0004 Вт

BC205B – 3 мА Þ 3 ´ 10-3 ´ 5 ´ 6 = 0,09 Вт

SN74H257 – 80 мкА Þ 80 ´ 10-6 ´ 5 ´ 3 = 0,0012 Вт

AD8041 – 50 мА Þ 50 ´ 10-3 ´ 5 ´ 3 = 0,75 Вт

Светодиод BLINK-LEDS – 20 мА Þ 20 ´ 10-3 ´ 5 = 0,1 Вт

Суммарнаямощность по цепи питания +5 В составляет 6 Вт, тогда

Iпотр å = 1,2 А,

что непревышает предельных значений тока для выходного стабилизатора блока питания поцепи +5 В, собранного на микросхеме D22 (1,5 А).

2)   Цепь –9 В и +15 В (рассматриваются вместе, посколькумикросхемы CXD1267 и ICX059 питаются обоими напряжениями):

CXD1267– 60 мВт Þ 0,06 ´ 2 = 0,12 Вт

ICX059 – 300 мВт Þ 0,3 ´ 2 = 0,6 Вт

Pпотр = (0,12 + 0,6) / 2 = 0,36 Вт

Следовательно,Iпотр = 0,04 А.

3)   Цепь +15 В

CD4052 – 50 мкА Þ 50 ´ 10-6 ´ 15 ´ 2 = 0,0015 Вт

3SK133 – 2 мА Þ 2 ´ 10-3 ´ 15 ´ 2 = 0,06 Вт

Pпотр = 0,0615 Вт

Следовательно,Iпотр = 4,1 ´ 10-3 А.

В итоге,можно сделать вывод, что суммарные токи потребления и, соответственно, мощностине превышают допустимых для стандартного блока питания, используемого в цветнойвидеокамере SONY, значит, можно его применить вкачестве блока питания в нашей разработке.


6. Разработка конструкции.

Всефункциональные блоки телекамеры располагаются на двусторонней печатной платеразмером 155´90 мм.Миниатюризация достигается за счет применения современной элементной базы фирмыSONY. Элементы схемы устанавливаются наобеих сторонах платы. Разводка цепей питания и общего производится проводникамипо возможности более широкими, чем сигнальные цепи.

Плата крепится пятьюшурупами к основной части корпуса, которая имеет соединительные струбцины, так,чтобы выходной разъем, разъем питания, светодиод и выключатель попали всоответствующие вырезы корпуса. Плата закрывается верхней крышкой, котораяскрепляется с нижней шестью винтами диаметром М3.

Корпус выполнен изметалла, окрашен в черный или белый цвет. Толщина стенок корпуса – 1 мм.

В конструкциипредусмотрены выключатель и светодиод, который загорается при включениипитания. Выходной разъем X1представляет собой стандартный разъем для подключения к компьютеру. Принеобходимости может поставляться переходник.

Телекамера жесткокрепится на бинокулярном микроскопе при помощи металлического соединителя ификсирующей муфты.

Конструкция телекамерыпозволяет защитить электрическую схему от внешних воздействий, но различныединамические воздействия, а также повышенная температура и влажность могутвывести ее из строя, поэтому в руководстве по эксплуатации вводится пункт обережном обращении с телекамерой.

Телекамеры смеханическими повреждениями корпуса и печатной платы в гарантийный ремонт непринимаются.

7. Расчет надежности.

Надежность – это свойствоприбора безотказно функционировать в течение заданного времени в определенныхэксплуатационных условиях. Ориентировочный расчет надежности заключается внахождении интенсивности отказов устройства l (рис. 7.27), времени безотказной работы Т, а такжевероятности безотказной работы в течение времени t [19].

Зависимость интенсивности отказов устройства l от времени.

/>


                           

Рисунок 7.27.

Первоначально для расчетанадежности необходимо принять модель отказов электрорадиоэлементов. В радиоэлектронной аппаратуре моменты отказовформируют поток сл3ча6ых событий (поток отказов). Отказы, возникающие н6а этапенормальной работы устройства, являются внезапными, не связанными со старением иизносом. Поток внезапных отказов хорошо описывается моделью простейших отказов,для которой характерны свойства ординарности, стационарности и отсутствиепоследействия.

Свойство ординарностизаключается в невозможности появления двух и более отказов в единичноминтервале времени про сравнению с вероятностью появления одного отказа ивыполняется для первичных отказов. Стационарность потока характеризуетсяпостоянством среднего числа отказов в единичном интервале вре6мени, аотсутствие последействия – независимостью появления отказов в единичноминтервале времени от появления отказов во всех предшествующих интервалах t.

Вероятность безотказнойработы элемента рассчитывается по формуле:

                        t

Р (l) = exp {- ò l (t) d t},

                        0

где l (t) – функция интенсивности отказов. Таккак в период нормальной работы интенсивность отказов можно считать постояннойво времени, то выражение можно представить в виде:

l (t)= const, P (l) = exp {- l t}.

Дальнейший расчет производитсяпри следующих допущениях:

1)      все однотипныеэлементы равноценны;

2)      поток отказовпростейший;

3)      все элементыработают в нормальном режиме;

4)      отказ любогоэлемента ведет к отказу всей системы, то есть проектируемое устройство считаемпоследовательным с точки зрения надежности.

Последовательное соединение элементов по надежности.

/>

/> /> /> /> /> /> />

l1

  <td/>

l2

  <td/>

lN

 

Рисунок 7.28.


Учитываянезависимость отказов элементов, вероятность безотказной работы устройстваравна:

             N                    N

Р (t) = П Pi (t) = П e-tli = e-tSli = e-tl,

           i=1                  i=1

        где Р (t) – вероятность безотказной работы i-го элемента; li – интенсивность отказа i-го элемента; N – количество элементов данного типа.Таким образом, расчет надежности устройства сводится к вычислению суммарнойсредней интенсивности отказов. Для системы, имеющей К типов элементов, получим:

         N

lS = S Ni li,

        i=1

где lS<sub/> - интенсивность отказов сей системы; Ni – число элементов одного типа. Данныерасчетов интенсивности отказов элементов приведены в таблице 7.2.

Расчет интенсивности отказов элементов.

N

Наименование

Количество

li, отказ./час

Nili,час-1

1 Микросхемы 27

10-7

27 ´ 10-7

2 Резисторы 138

2 ´ 10-8

296 ´ 10-8

3 Конденсаторы 132

10-7

132 ´ 10-7

4 Соединение пайкой 1328

5 ´ 10-8

6640 ´ 10-8

5 Разъем 2

10-5

2 ´ 10-5

6 Транзисторы 8

10-7

8 ´ 10-7

7 Диоды 12

10-7

12 ´ 10-7

Таблица 7.2.

Общая интенсивностьотказов устройства:

lS = 1,072 ´ 10-4 час-1.

Время безотказной работы:

Т = 1 / lS = 9323 часов.

Зависимость вероятностибезотказной работы Р (t)дана в таблице 7.3.

Зависимость вероятности безотказной работы от времени.

t, час.

200 1000 2000 3000 4000 8000

Р (t)

0,97 0,83 0,69 0,57 0,47 0,22

Таблица 7.3.

Как видно из таблицы, разрабатываемое устройствообладает удовлетворительной надежностью. Определяют общую интенсивность отказовкоммутационные элементы, надежность же электронной части высока благодаряприменению интегральных микросхем, безотказность которых приближена кбезотказности одного элемента, а их реализуемые функции позволяютминимизировать число элементов в целом.

8. Технико-экономическое обоснованиенаучно-технического проекта «Цветная стереотелевизионная камера» [17 ].

 

8.1. Концепция.

 

Человечествовсю историю своего развития стремилось к отображению и максимальнойвизуализации окружающего мира. С началом развития фотографии люди стремились ксозданию как можно более естественных и «живых» изображений за счет освещенияэкспозиции и т.п. С появлением кино задача не изменилась, хотя шаг к болееполному и точному отображению объектов был сделан.

В 1950 году впервые былополучено стереоизображение и разработаны первые методы получения и разделениястереопары. Эра стереовидения началась. И хоть основным по-прежнему остаетсяобычное кино за счет дешевизны и простоты производства, но стереоизображениявсегда неизменно привлекали людей.

Разрабатываемая камерапредназначена для использования в стереомикроскопии, хотя область примененияподобных устройств гораздо шире. В связи с тем, что данная камера являетсячастью системы, прямых аналогов которой найдено не было, уровеньконкурентоспособности не рассчитывается.

8.2. Краткое техническое описание системы.

Система состоит изстереомикроскопа, цветной стереотелевизионной камеры и соединителя, при помощикоторого камера крепится к окулярам микроскопа.

По функциональной схемеразрабатываемая камера мало отличается от аналогичных систем, но, в отличие отних, применяется современная элементная база фирмы SONY и оригинальный метод формирования стереоизображения.В качестве датчиков изображения используются две ПЗС матрицы, разнесенные наоптический базис (65 мм), считывание сигналов производится поочередно счастотой 100 Гц таким образом, что в выходном сигнале имеетсяпоследовательность сигналов четных и нечетных полей двух кадров стереопары (см.подробнее раздел «Разработка технических требований», пункт «Метод формированияцветного стереоизображения»).

Таким образом, приподсоединении камеры при помощи соединителя к микроскопу, имеющему оптическую системус формированием стереоизображения непосредственно для глаз, мы можемформировать видеоизображение наблюдаемого в микроскоп объекта, причем привоспроизведении данного изображения и применении нескольких комплектовстереоочков для наблюдения в качестве наблюдателей могут выступать одновременнонесколько человек. Кроме этого, сформированное изображение можно транслироватьили записывать, как любой другой видеосигнал, что является неоспоримымидостоинствами системы.

8.3. Рынок и план маркетинга.

В настоящее времявидеосистемы очень многообразны и разноплановы. Разрабатываемая система так жеможет быть применена в различных областях науки и сферах производства.

Рынок потенциальныхпотребителей можно сегментировать следующим образом:

1)      научно-исследовательскиелаборатории и научно-исследовательские институты различных профилей;

2)      медицинскиеучреждения (лаборатории);

3)      производство, гденеобходимо наблюдение за обработкой или процессом в стереорежиме в местах, недоступных человеку;

4)      сфера бытовойвидеосъемки.

В настоящее времяподобная видеосистема может быть конкурентоспособной во всех вышеперечисленныхобластях.

При выбореценовой политики необходимо учитывать, что данная система ранее не находилаширокого применения, особенно в производственных областях. Поэтому цена системыбудет основываться на реальной стоимости ее производства. В данном проектебудет рассматриваться ценообразование только стереотелевизионной камеры.

Для продвижения товара нарынке используется реклама в газетах, специальных изданиях и глобальнойинформационной сети Internet, для заинтересовавшихсялиц проводятся демонстрации.

Осуществляетсяпослепродажное обслуживание продукта, проводятся консультации по оптимизациииспользования продукта. Предоставляется гарантия на 1 год.

8.4. Производство.

Цель данного подраздела –описание процесса производства новой продукции и оценка производственныхресурсов, требующихся для организации и производства продукции.

Место расположенияпредполагаемого производства определяется исходя из:

1)      возможности арендына месте производственных помещений и необходимого технологическогооборудования;

2)      близости кпотенциальным потребителям;

3)      доступность дляклиентов (незакрытые производства).

В качестве местарасположения производства могут выступать различные научно-исследовательскиеинституты (НИИ), медицинские учреждения и производства, выпускающие различнуюрадиоэлектронную аппаратуру (РЭА).

Для организациитехнологического процесса сборки телекамер необходимо организовать или взять варенду уже сформированный монтажный участок по сборке РЭА.

Все комплектующиеявляются покупными или заказываются на других участках, что позволяет избежатьмеханических операций, а также минимизировать стоимость основных средств. Длярасчета числа рабочих мест и стоимости необходимого оборудования надо знатьтехнологический цикл сборки, который представлен в таблице 8.4..

Технологический цикл сборки.

N

Наименование операции

Необходимое оборудование

Время, мин.

1 Комплектовочная: скомплектовать узлы и детали согласно требованиям чертежа. Монтажный стол 30 2 Монтажная: формовка радиоэлементов. Полуавтомат для гибки и обрезки выводов 60 3 Монтажная: установить элементы согласно монтажной схеме и произвести пайку. Монтажный стол, блок питания, паяльник 90 4 Сборочная: обрамление в несущую раму. Монтажный стол сборщика 30 5 Контрольно-регулировочная: настройка изделия, внешний осмотр. Монтажный стол настройщика, осциллограф, вольтметр, блок питания 40 6 Комплектовочная: укомплектовать телекамеру соответствующей документацией. 10

Таблица 8.4.

8.5. Организационный план работ по реализации проекта.

В процессеразработки организационного плана работ определяется перечень мероприятий,прогнозируемый период их реализации и необходимые ресурсы. В качестве периодаисполнения принят период равный одной неделе. Результаты разработкиорганизационного плана работ сведены в таблицу 8.5, где также отраженатрудоемкость проводимых работ.

Организационный план работ.

Наименование этапов разработки

Трудоемкость, чел./нед.

Продолжительность работ, нед.

Главный специалист

Инженер

Разработка и утверждение технического задания 1 2 1 Расчет планово-экономических показателей 2 1 Теоретические расчеты 2 2 Конструкторская проработка 1 1 Изготовление и настройка опытного образца 1 2 1 Настройка, тестирование и отладка 1 1 1 Составление технической документации 1 2 1 Сдача проекта 1 1 0,5

Итого

4,5

14,5

8,5

Таблица 8.5.

8.6. Расчет себестоимости разработки.

Определение затрат наразработку производится путем составления сметной калькуляции по следующимстатьям расходов:

1)      материалы ипокупные полуфабрикаты;

2)      основнаязаработная плата;

3)      дополнительнаязаработная плата;

4)      отчисления насоциальные нужды;

5)      расходы наслужебные командировки;

6)      прочие прямыезатраты и накладные расходы.

Рассмотрим все приведенныевыше статьи расходов подробнее.

1. Материалы ипокупные полуфабрикаты.

При сборкеустройства осуществляется монтаж печатной платы и пайка радиоэлементов, а такжекомплектация технической документацией, поэтому к используемым материаламотносятся припой, флюс и бумага для принтера. Стоимость материалов на единицуизделия приведена в таблице 8.6.

Расчет себестоимостиматериалов.

Наименование

Обозначение

Расход

Цена, р.

Сумма, р.

Припой ПОС-61 ГОСТ 21930-76 0,1 кг 50 5 Флюс Канифоль сосновая 0,05 кг 40 2 Бумага А4 80 гр. 210х297 мм 50 л. 30 3

Таблица 8.6.

Итого на изделие, включаятранспортные расходы (10% от общей стоимости): Рм = 11 р.

Расчет затратна приобретение комплектующих представлен в таблице 8.7.

Расчет затрат на приобретение комплектующих.

Наименование

Цена за 1 шт., р.

Количество, шт.

Сумма, р.

Микросхемы: ICX 059 AK 660 2 1 320 CXD 1267 AN 36,9 2 73,8 CXA 1390 AQ 75 2 150 CXA 1391 Q 54 2 108 CXD 1159 Q 27 1 27 CXD 1265 R 49,2 1 49,2    SN 74 AC 04 2,4 2 4,8 Плата печатная 30 2 60 Корпус и соединитель 180 1 180

Таблица 8.7.

Крепеж и прочиенеучтенные изделия – в статье неучтенных расходов (5%).

Итого: Рк =2072 р.

3.  Основнаязаработная плата.

Расчет основнойзаработной платы рабочих сведен в таблицу 8.8.

Основная заработная плата на единицу продукции.

Специальность рабочих

Номер операции

Тариф, р./час.

Время, мин.

Сумма, р.

Комплектовщик-формовщик 1, 2, 6 7 100 11,67 Радиомонтажник 3 7,5 90 11,25 Сборщик радиоаппаратуры 4 7 30 3,5 Настройщик 5 7,5 40 5

Таблица 8.8.

Итого Рзор=31,42р.

Основнаязаработная плата в период разработки и создания опытного образца рассчитываетсяпо формуле:

Рзор = ТспДсп + Тинж Динж,

где Тсп и Тинж — соответственно, трудоемкость выполнения работ по реализации данной разработкиглавным специалистом и инженером, чел./нед.

Рзор = 1890 +5684 = 7574 р.

4. Дополнительнаязаработная плата.

 

Размер дополнительнойзаработной платы участников разработки и производства определяется в видепроцента от основной заработной платы по формуле:

Рзд = Рзор(Нд/100),

где Нд –норматив дополнительной заработной платы, устанавливаемый на конкретномпредприятии, %.

В нашем случае Нд= 20%, тогда

Рзд = 31,42 ´ 0,2 » 6,3 р.– на единицу продукции.

Рзд = 7574 ´ 0,2 » 1515 р.– на время разработки.

5. Отчисления насоциальные нужды.

Отчисления на социальныенужды определяются также в виде процентов от основной заработной платы поформуле:

Рсн = (Рзор+ Рзд) ´ (Нсн / 100),

где Нсн –суммарный норматив отчислений, устанавливаемых законодательством, %.

Нсн = 39%.

Рсн = 14,71 р.– на единицу продукции.

Рсн = 3544,71р. – на время разработки.

6. Расходы наслужебные командировки.

Расходов на служебныекомандировки нет.

7. Прочие прямыезатраты и накладные расходы.

В эту статьювключаются расходы на приобретение специальной научно-технической информации науправление и хозяйственное обслуживание на всех этапах разработки.

Величина этих расходовопределяется в процентах к основной и дополнительной заработной плате поформуле:

Рнр = (Рзор + Рзд) ´ (Ннр / 100),

где Ннр –процент накладных расходов, устанавливаемый предприятием, %.

В нашем случае Ннр= 15%.

Рнр = 5,658 р.– на единицу продукции.

Рнр = 1363,35р. – на время разработки.

Помещения, в которыхбудет располагаться создаваемое предприятие, берутся в аренду вместе снеобходимым технологическим оборудованием, следовательно, в калькуляциюнакладных расходов можно внести затраты на арендную плату за предоставляемыепроизводственные помещения, а также оборудование.

На каждую операцию примемнорму производственных помещений 4 м2, а норму арендной платы за м2площади в месяц – 60 р. Тогда арендная плата за помещения рассчитывается поформуле:

Сарп = ТарпSарп Рарп,

где Тарп –время аренды (8,5 недель), Sарп – арендуемая площадь, Рарп– месячный тариф за м2.

Сарп = 2,38 ´ 24 ´ 60 = 3427 р. – на время разработки.

Сарп = 0,02 ´ 24 ´ 60 = 28,8 р. – на единицу продукции.

Арендная плата запредоставляемое технологическое оборудование и машинные часы (при работе сэлектронно-вычислительной машиной на этапах теоретических расчетов имоделирования) рассчитывается по формуле:

Саро = ТароРаро,

где Таро –время эксплуатации оборудования, Раро – тарифная ставка аренднойплаты (40 р. за один рабочий день).

Саро = 66,64 ´ 40 = 2665,6 р. – на времяразработки.

Саро = 0,54 ´ 40 = 21,5 р. – на единицу продукции.

В итоге, накладныерасходы на аренду помещений и оборудования составят:

на время разработки –6092,6 р.,

на единицу продукции –50,3 р.

В случае договора нааренду с бартерным взаиморасчетом финансовые издержки по этим статьямсократятся примерно на 30%.

В сумме статьякалькуляции расходов на прямые затраты и накладные расходы составит:

на время разработки –7455,5 р.,

на единицу продукции – 56р.

На основании полученныхданных в таблице 8.9 приведена калькуляция себестоимости разработки исебестоимости производства единицы продукции.

Калькуляция себестоимости.

Статья затрат

Сумма на ед. изделия, р.

Сумма на разр., р.

Сырье и материалы 11 22 Покупные комплектующие изделия 2072 2072 Основная заработная плата 31,42 7574 Дополнительная заработная плата 6,3 1515 Отчисления на социальные нужды 14,71 3544,71 Прямые затраты и накладные расходы 56 7455,5 Итого себестоимость

2191,43

22183,21

Таблица 8.9.

8.7. Прогноз финансовых показателей.

Оценим финансовые затратыдля трех вариантов прогноза выполнения разработки – оптимистического,реалистического и пессимистического.

Оптимистический вариантпрогноза предполагает, что система была быстро и хорошо воспринята на рынке иблагодаря этому объем продаж вырос.

Пессимистический вариантпрогноза предполагает, что на рынке появились конкурентные продукты, так жеориентированные на данный сегмент, которые заняли более выгодное положение, чемнаша разработка. В этом случае для укрепления позиций на рынке необходимовыделить дополнительные средства на рекламу, а также, возможно, снизить цену натовар. В результате предпринятых мер будет ожидаться увеличение объема продаж.

Реалистический прогноз:система заняла устойчивую конкурентоспособную позицию на рынке и объем продажвырос.

Ожидаемые значенияизменения объемов продаж по интервалам инвестиционного периода на основепессимистического, оптимистического и реалистического прогнозов, произведенныхв ходе маркетинговых исследований, приведены в таблице 8.10. Вследствие того,что жизненный цикл нашего рода продукции составляет 2-4 года, выберем интервалинвестиционного периода равный 3 месяцам.

 

Ожидаемые объемы продаж.

Показатель

Вариант прогноза

Значение показателя по интервалам инвестиционного периода

1 2 3 4 5 6 7 8

Цена,          тыс. р.

3 3 3 3 3 3 3 3 3

Ожидаемый объем продаж

Оптимистический 1 10 15 25 40 40 40 30 30 Пессимистический - 1 5 10 15 15 15 10 5 Реалистический 1 5 10 20 25 25 25 20 15

Таблица 8.10.

Из приведенных прогнозовможно сделать вывод, что производственные мощности предприятия не будутиспользоваться в полной мере только на производстве телекамер. Предполагается,что оставшееся рабочее время идет на освоение новых сегментов рынка, разработкуи производство дополнительных устройств и блоков для модернизации системы вцелом. Возможна организация дополнительного производства только телекамер илиих узлов для поставки другим предприятиям, занимающимся, например, производствомбытовой стереотелевизионной аппаратуры.

8.8. Определение потребности в начальном капитале.

На основании прогнозныхоценок объемов продаж системы определяется потребность в начальном капитале,необходимом для реализации проекта.

Потребность в основномкапитале формируется за счет средств, израсходованных на разработку комплекса –22183,21 р.

Затраты на разработкусистемы, а также на первоначальные запас материалов и рекламу предполагаетсяпокрыть за счет собственных средств предприятия.

8.9. Определение производственно-сбытовых издержек.

Производственно-сбытовыеиздержки состоят из переменных и постоянных издержек. Они определяются наоснове пессимистического варианта прогноза реализации комплекса.

Переменные издержкирассчитываются на единицу продаваемой продукции, постоянные – на прогнозируемыеобъемы продаж в соответствующих интервалах инвестиционного периода.

В состав переменныхиздержек входят:

-     издержки на приобретение материалов икомплектующих – 2083 р.

-        основная идополнительная заработная плата – 37,72 р.

-        отчисления насоциальные нужды – 14,71 р.

-        прямые затраты инакладные расходы – 56 р.

Постоянные издержки,связанные с производством и сбытом продукции, включают в себя:

-        арендная плата зазанимаемые помещения – 4320 р. за 1 инвестиционный период и 34560 р. за весьпериод производства.

-        арендная плата заэксплуатацию технологического оборудования – 3360 р. за 1 инвестиционный периоди 26880 р. за весь период производства.

-        расходы нарекламу, которые составят 2000 р. на 1-ый инвестиционный период, с дальнейшимсокращением вложений на 500 р. на каждый последующий период.

В связи с тем, что в ходемаркетинговых исследований было принято решение о бесплатном постпродажномобслуживании с целью привлечения потребителей, то целесообразно издержки на этиуслуги включить в постоянные издержки.

Можно предположить, чтосредние затраты времени на проведение этих работ составят на одну систему 5часов. С учетом приведенной ранее часовой ставки оплаты труда, равной 7,5 р.,дополнительной заработной платы и отчислений на социальные нужды, издержки наэту услугу на основе пессимистического прогноза сбыта составят, в расчете наединицу продукции –61 р., а на весь период производства – 4794 р.

8.10. Определение порога безубыточности прогнозируемого производства.

Объем продаж системы,обеспечивающий безубыточное производство, определяется на основании данных,полученных для пессимистического варианта прогноза. При этомпроизводственно-сбытовые издержки составят 12786,5 р.

Определяется величинапокрытия постоянных издержек по формуле:

Sпокр = Р – V C0,

где Р – рыночная цена системы, VC0 — переменные издержки на одну систему.

Sпокр = 808,57 р.

Минимальный объем продаж,достаточный для того чтобы покрыть валовые издержки и обеспечить безубыточностьпроизводства, определяется по формуле:

Qтб = F C / Sпокр,

где FС –  сумма постоянных издержек попессимистическому варианту прогноза за один период инвестиционных вложений исебестоимости разработки.

Qтб = 31863,21 / 808,57 = 40 шт.

Таким образом, можносделать предварительный вывод, что начиная с 5-го интервала реализация системына прогнозируемом сегменте рынка даже при прогнозируемом пессимистическомварианте прогноза объема продаж обещает быть безубыточным.

8.11. Определение текущих расходов и доходов по проекту.

Текущие доходы и расходыопределяются также на основании пессимистических прогнозных оценок, исходя изпредположения, что если даже в этом случае доходы будут достаточным дляобеспечения эффективности проекта, то реалистический вариант и, тем более,оптимистический принесут дополнительные доходы.

Расчет доходов и расходовот реализации проекта приведен в таблице 8.11.

Доходы и расходы от реализации проекта – пессимистический прогноз.

Статьи

Значение показателя по интервалам инвестиционного периода

1 2 3 4 5 6 7 8 Ожидаемые объемы продаж, шт. - 1 5 10 15 15 15 10 5 Цена, тыс. р. - 3 3 3 3 3 3 3 3 Выручка от реализации, тыс. р. - 3 15 30 45 45 45 30 15 НДС (23%), т.р. - 0,69 3,45 6,9 10,35 10,35 10,35 6,9 3,45 Производственно-сбытовые издержки тыс. р. 9,87 11,93 11,68 11,48 11,29 10,79 10,79 10,48 10,18 Балансовая прибыль, тыс. р. - - - 11,62 23,36 23,86 23,86 12,62 1,37 Налог на прибыль, тыс. р. - - - 4,07 8,18 8,35 8,35 4,4 0,48 Нераспределенная прибыль, тыс. р. - - - 7,55 15,18 15,51 15,51 8,22 0,89 Убыток 9,87 9,62 0,13

Таблица 8.11.

8.12. Прогноз движения денежной наличности.

Прогноз движения денежнойналичности производится на основании данных полученных в предыдущих расчетах.Поступления денежных средств от реализации принимаются на основаниипессимистического варианта прогноза.

Результаты расчетов попрогнозу движения денежной наличности сведены в таблицу 8.12.

Прогноз движения денежной наличности.

Показате-ли

Выруч-ка, тыс. р.

Инвести-ции, тыс. р.

Издерж-ки, тыс. р.

Нало-ги, тыс. р.

Чистый денежный поток, тыс. р.

Дисконти-рованный денежный поток, тыс. р.

Проектирование и производство.

228 — 22,183 — 98,5 — 86,24 43,24 39,37

Таблица 8.12.

8.13. Оценка экономической эффективности проекта.

Рентабельность инвестицийROI определяется по формуле:

ROI = (1 / k Tинв ) ´ ПЧt= 0,24 = 24 %

Интегральный экономическийэффект определяется по формуле:

                                 Тинв

NPV =  — к + S  Пч t + А t  / ( 1 + r )t + к 1 + / (1 + r ) Тинв

                                  t = 0

При ставкедисконтирования r = 10 % в год, ипри длительности производственного цикла 3 месяца, мы имеем приведенную ставкудисконтирования r = 2,5 %, тогда интегральный экономический эффект будет равен:

NPV =  41,37тыс.р.

8.14. Выводы.

Произведенныемаркетинговые исследования и расчеты показали, что разработанная система будетиметь определенный спрос в пределах выбранных сегментов рынка.

Расчеты показали, что приориентации на пессимистический вариант прогноза производства, период возвратаинвестиций составит около 1,5 лет, при общем периоде инвестиций равным 2 годам,с рентабельностью 24 %

При более благоприятнойситуации на рынке и осуществлении реалистических и оптимистических оценок можноожидать увеличения чистого денежного потока и, соответственно, рентабельностиинвестиций.

Таким образом, реализацияпроекта экономически целесообразна.

9. Разработка мероприятий по охране труда, окружающей среды игражданской обороне (ГО).

9.1.  Сведенияо проектируемой телекамере.

Разрабатываемая цветная стереотелевизионная камерапредназначена для совместной работы с бинокулярными микроскопами и служит длясоздания компонентного цветного стереотелевизионного сигнала. Конструктивнотелекамера представляет собой две соединенные разъемом печатные платы,устанавливаемые в типовом корпусе телекамеры. Элементной базой телекамерыявляются полупроводниковые приборы малой мощности. Питающее напряжение 12 Вподается на телекамеру через коммутационный разъем от внешнего источникапитания, не входящего в состав разрабатываемой стереотелевизионной системы.

В соответствии с «Правиламиустройства электроустановок» (ПУЭ п. 1.1.3.) устройство относится к разрядуэлектроустановок с напряжением до 1000 В и III классу защиты от поражения электрическим током.

Ниже приведенымероприятия по охране труда при организации производства разрабатываемойтелекамеры.

9.2.  Электробезопасность.

Одной из особенностейпоражения электрическим током является отсутствие внешних признаков грозящейопасности, которые человек мог бы заблаговременно обнаружить с помощью органовчувств.

Ток приводит к серьезнымповреждениям центральной нервной системы и таких жизненно важных органов, каксердце и легкие. Поэтому второй особенностью воздействия тока на человекаявляется тяжесть поражения.

Третья особенностьпоражения человека электрическим током заключается  в  том, что токипромышленной частоты силой в 10-25 мА способны вызвать интенсивные судорогимышц. Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности иплощади контакта человека с токоведущими частями.

Окружающая среда(влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкцийи полов, токопроводящей пыли и др.) оказывает дополнительное влияние на условияэлектробезопасности. В производственных помещениях  поддерживается микроклиматсоответственно ГОСТ 12.1.005-88 (табл. № 1):  полы являются токонепроводящими,воздухе отсутствует токопроводящая пыль, отсутствуют сырость, и возможность одновременногоприкосновения к корпусам и заземленным металлическим конструкциям,следовательно в соответствии с ПУЭ п. 1.1.13 помещение относится к помещениямбез повышенной опасности.

При наладочных работахиспользуются приборы, питающиеся от сети переменного тока 220В 50Гц сзаземленной нейтралью. Сопротивление заземления  не должно превышать 4 Ом. Вприборах должно быть подключено защитное зануление согласно ГОСТ 12.1.030-81ПУЭ 1.7.9.

Все приборы иэлектроинструменты, используемые при сборке и настройке телекамеры относятся кустановкам с напряжением до 1000 В.

Для пайки элементовиспользовать паяльник, рассчитанный на напряжение 12В мощностью 15Вт;

Монтаж и настройка можетпроизводиться персоналом имеющим вторую группу по технике безопасности впомещении с повышенной опасностью поражения электрическим током.

Электробезопасность впроизводственных помещениях обеспечивается следующими защитными мерами:применение изоляции, недоступность токоведущих частей, применение малыхнапряжений, изоляция электрических частей от земли.

9.3.  Пожарнаябезопасность.

Согласно ОНТП 24-86 повзрывоопасности и пожарной опасности помещение относится к категории “В”.

По взрывоопасностипомещение относится к классу В – II a и по пожароопасности к классу П — II a. Кэтому классу относятся помещения, в которых опасные состояния не имеют местапри нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварии илинеисправностей.

Причиной возникновенияпожара при использовании электрооборудования является: электрические искры,дуги, короткое замыкание, перегрев приборов. В помещении для предотвращенияпожара согласно ГОСТ 12.1.004-91 “Пожарная безопасность. Общие требования.”предусматриваются следующие меры:

-        применяютсяплавкие предохранители для защиты от короткого замыкания;

-        имеющиесявоспламеняющиеся материалы хранятся в специальном несгораемом шкафу;

-        в качествеиндивидуального средства тушения пожаров предусматриваются углекислотныеогнетушители ОУ-5; ОУ-8;

-        с работникамипроводится инструктаж по пожарной безопасности;

-        разработан планэвакуации персонала в случае пожара.

На этапе проектировкителекамеры согласно ГОСТ 17.0.88–71 из конструкции исключенылегковоспламеняющиеся материалы. Возникновение пожароопасных ситуациймаловероятно также по причине малых потребляемых мощностей в телекамере.

9.4. Санитарно-гигиенические требования.

Под метеорологическимиусловиями производственной среды согласно ГОСТ 12.1.005-88 понимают сочетаниетемпературы, относительной влажности и скорости движения воздуха. Перечисленныефакторы оказывают огромное влияние на функциональную деятельность человека, егосамочувствие и здоровье, а также надежность работы средств измерения. Особеннобольшое влияние на микроклимат оказывают источники теплоты, существующие впомещении [18 ].

Для оценки метеорологических условий в основных ипроизводственных помещениях производят измерение температуры, влажности,скорости движения воздуха, интенсивности теплового излучения. Результаты измеренийсравнивают с нормативами.

С целью создания нормальных условий для персоналаустановлены нормы производственного микроклимата (ГОСТ 12.1.005-88). Эти нормыустанавливают оптимальные и допустимые величины температуры, влажности искорости движения воздуха для рабочей зоны производственных помещений с учетомизбытка явного тепла, тяжести выполняемой работы и сезонов года.

ГОСТ12.1.005-88 устанавливает нормы и требования к показаниям микроклимата идопустимое содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Показателями,характеризующими микроклимат, являются:

-        температуравоздуха;

-        относительнаявлажность;

-        скорость движениявоздуха;

-        интенсивностьтеплового излучения.

Оптимальнодопустимые показатели для воздуха рабочей зоны производственного помещенияприведены в таблице 9.13.

Оптимально допустимые показатели производственного климата.

Пери-од года

Катего-рия работ

Температура, С°

Относит. Важность, %

Скорость движения, м/с

Оптим.

Доп.

Оптим.

Доп.

Оптим.

Доп.

Верхн.

Нижн.

Холодный

Легкая 20-23 25 19 40-60 75 0,2 0,2

Теп-лый

Легкая 22-25 26 21 40-60 75 0,2 0,2

Таблица 9.13.

При монтажных работахиспользуется оловянно-свинцовый припой ПОС-61 и канифоль, поэтому в целяхуменьшения концентрации вредных веществ в воздухе, рабочее месторадиомонтажника должно быть оборудовано принудительной вентиляцией  ( согласноГОСТ 12.1.005-88 концентрация свинца в помещениях не должна превышать 0,01 мг/м., а канифоли – 30 мг/м. );

Шум в помещении не долженпревышать 75ДбА (ГОСТ 12.1.003-83).

Интенсивность тепловогооблучения работающих от нагретых поверхностей оборудования осветительныхприборов не должна превышать 70 ватт/м при величине облучения поверхности от25% до 50% на постоянных рабочих местах.

Общая освещенность рабочегоместа согласно СНиП II-4-79 должнабыть не ниже 200 лк.

Поскольку все операции посборке и настройке телекамер производятся в одном помещении, то всевышеперечисленные показатели являются едиными.

9.5. Охрана окружающей среды.

Общие положения.[ 8 ].

В результате развитиянаучно-технического прогресса, постоянно увеличивающейся интенсивностипользования природных ресурсов человеком, а  так же все более ощутимоговоздействия результатов этой деятельности на окружающую среду, в последнеевремя остро встал вопрос о разработке мероприятий по охране природы,необходимых при проектировании и вводе в эксплуатацию новых устройств.

При разработке новыхустройств необходимо использовать последние достижения науки и техники,позволяющие осуществить безотходное производство или применять устройства имеханизмы, обеспечивающие минимальное воздействие на окружающую среду. Такойподход базируется на рациональном размещении производительных сил, комплексномиспользовании природных ресурсов, внедрении новых технологий, нейтрализациивредных для природы и человечества побочных явлений хозяйственной деятельности.

Мероприятия по охранеокружающей среды.

Разрабатываемая цветнаястереотелевизионная камера предназначена для работы в комплексе с бинокулярныммикроскопом и различными устройствами видеоконтроля и записи видеоизображений.

В результатеиспользования данного устройства, не возникает факторов, отрицательно влияющихна окружающую среду. Однако на этапах изготовления и утилизации могут возникатьфакторы, неблагоприятно влияющие на окружающую среду. На этапе производства этов первую очередь связано с необходимостью технологической операции  травленияпри изготовлении печатных плат. Травление печатных плат заканчивается промывкойих в проточной воде. При этом в сточной воде увеличивается концентрацияпримесей солей меди и железа.

Эта вода представляетособую опасность. Согласно нормативным требованиям предельно допустимые нормысодержания в водоемах меди составляет 0,1 мг/ л, железа – 1 мг / л. [ 9 ].

Такимобразом, сточная вода на предприятии, которое изготавливает печатные платы,должна подвергаться очистке, с этой целью возможно применение отстойников,конструкции которых выбирают исходя из требований производительности очистки.Очистку сточных вод можно проводить, так же, химическим методом, напримерпереводом растворимых солей меди и железа в нерастворимые, а осажденныенерастворимые карбонаты – отфильтровывать.

По истечениисрока службы телекамеры подлежат утилизации. Основными направлениями ликвидациии переработки твердых отходов (кроме металлических отходов) является вывоз изахоронение на полигонах, сжигание, складирование и хранение на территориипромышленного предприятия до появления новой технологии переработки их вполезные продукты (сырье).

Наиболее рациональнымметодом ликвидации пластмассовых отходов является высокотемпературный нагревбез доступа воздуха (пиролиз), в результате которого из отходов пластмасс всмеси с другими отходами (дерево, резина и др.) получают ценные продукты:пирокарбон, горючий газ и жидкую смолу.

Основнойоперацией первичной обработки металлотходов является сортировка, разделка имеханическая обработка. Создаются специальные цеха для утилизации вторичныхметаллов.

Защитаокружающей среды – это комплексная проблема: наряду с природоохранными задачамиона решает также и социально-экономическую задачу – улучшение условий жизничеловека, сохранение его здоровья.


Заключение.

Итак, в ходе дипломногопроектирования получены следующие результаты: обоснована структурная схемацветной стереотелевизионной камеры, рассмотрены возможности ее применения имодернизации, разработаны технические требования, разработана и обоснованафункциональная схема телекамеры, произведены расчеты некоторых элементов цепейэлектрической схемы, произведен ориентировочный расчет надежности, произведеноописание конструкции, определены мероприятия по технике безопасности и охранетруда, произведено экономическое обоснование разработки цветнойстереотелевизионной камеры.

Данная разработка является перспективной в областисоздания стереотелевизионных систем на современной элементной базе. Такимобразом, разработанный проект соответствует заданию на дипломноепроектирование, а также техническим требованиям.

Списоклитературы:

1.   Стереотелевидение (черно-белое ицветное). Под ред. П.В. Шмакова. М: Связь, 1968.

2.   Колин К.Т., Аксентов Ю.В., КолпенскаяЕ.Ю. Телевидение. Издание 2-е, дополненное и переработанное. М: Связь, 1972.

3.   Домбругов  Р.М. Телевидение. Киев:Высшая школа, 1988.

4.   Г.Б. Богатов. Цветное телевидение. Л:Наука, 1978.

5.   Копылов П.М., Тачков А.Н. Телевидениеи голография. М: Связь, 1976.

6.   Световой спектр и корреляторструктуры изображения. Быковский Ю., Любченко А., Макрилов А. и др. М: изд-воМИФИ, 1993.

7.   Electronic Imaging //1992 – август – вып. 2 – N3. (США).

8.   Проблемы развития безотходныхпроизводств Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н.Сенин. М.: Стройиздат 1985.

9.   КафаровВ.В. Принципы создания безотходных химических производств М.: Химия 1984.

10.  Логические ИС КР1533, КР1554.Справочник, ч.2. ТОО «Бином», 1993.

11. Альбац М.Е. Справочник по расчету фильтров и линий задержки. М.:государственное энергетическое издательство «Ленинград», 1963.

12.  В.А.Федоренко, А.И. Шошин. Справочник по машиностроительному черчению. Л.:«Машиностроение», 1981.

13.  В.Л. Шило. Популярные цифровыемикросхемы. М.: «Радио и связь», 1987.

14.  Аналоги отечественных и зарубежныхтранзисторов. Справочник. В.М. Петухов. М.: «Кубк-а», 1997.

15.  Телевидение / Под ред. В.Е. Джаконии.М.: «Радио и связь», 1986.

16.  Петропавловский В.А. и др. Телевизионныепередающие камеры. М.: «Радио и связь», 1988.

17.  Васильев А.В., Кноль А.И., СоколоваН.Д. Экономическое обоснование научно-технических проектов. Учебное пособие.СПб: ГЭТУ, 1995.

18.  Харкевич А.А. Правила устройстваэлектроустановок. М.: 1988.

19.  Надежность технических систем. /Подред. И.А. Ушакова. М.: «Радио и связь», 1985.

20.  Методические указания по выполнениюосновных учебных документов. Учебное пособие в двух частях. /Под ред. В.И.Тимохина. Л.: ЛЭТИ, 1981.

Содержание:

                                                                                      Стр.

Введение……………………………………………………..…1

1.  Особенностипостроения стереотелевизионных

систем ………………………………………………….…….…2

1.1.    Зрительный органкак система связи ………..………...2

1.2.    Стереоэффект инекоторые свойства бинокулярного

Зрения ……………………………………………………………..6

1.3.    Способы передачистереопары …………….…..………8

1.4.    Методы деленияизображений …………….……..…….9

1.5.    Системы объемноготелевидения ………………...…..11

1.6.    Требования,предъявляемые к системам стереоцветного

телевидения ……………………………………………….……..21

1.7.    Телевидение иголография ……………………...…….22

1.7.1. Способы полученияголограмм ……………….……...22

1.7.2. Попыткипостроения голографических

телевизионных систем………………………………………….26

2.  Разработкатехнических требований …………..….……..29

2.1.    Методформирования цветного

стереоизображения……………………….…………………….29

2.2.    Выбор элементнойбазы ……………………………...30

2.3.    Требования ксигналам …………………………….…31

3.  Разработкаструктурной схемы цветной

стереотелевизионной камеры…………………………...……..33

4.  Разработкафункциональной схемы …………………..…35

4.1.    Общие положения………………………………...…..35

4.2.    Описаниефункциональной схемы

видеотракта ………………………………………………….….35

5.  Разработка ирасчет принципиальной схемы …………..46

5.1.    Расчет делителейнапряжения ……………………….51

5.2.    Расчетэмиттерного повторителя (ЭП) …………..…52

5.3.    Расчет фильтранижних частот (ФНЧ) ……..………53

5.4.    Расчет блокапитания ……………………………..…55

6.  Разработкаконструкции …………………..…..……..…58

7.  Расчет надежности……………………………………...59

8.  Технико-экономическоеобоснование проекта  .………63

8.1.    Концепция………………………………………..….63

8.2.    Краткоетехническое описание системы …………..63

8.3.    Рынок и планмаркетинга …………………………...64

8.4.    Производство ………………………………………..65

8.5.    Организационныйплан работ по реализации

проекта ……………………………………….………………..67

8.6.    Расчетсебестоимости разработки ….………………68

8.7.    Прогнозфинансовых показателей ………………….73

8.8.    Определениепотребности в начальном

капитале ……………………………………………………..…75

8.9.    Определениепроизводственно-сбытовых

издержек ……………………………………………………….75

8.10.  Определениепорога безубыточности

прогнозируемого производства……………………………...76

8.11.  Определениетекущих расходов и доходов

по проекту ……………………………………………………..77

8.12.  Прогноз движенияденежной наличности …………79

8.13.  Оценкаэкономической эффективности ……………79

8.14.  Выводы……………………………………………….80

9.  Разработкамероприятия по охране труда,

окружающей среды и ГО………………………………….…..81

9.1.    Сведения опроектируемой телекамере …………….81

9.2.    Электробезопасность…………………….…………..81

9.3.    Пожарнаябезопасность ………………….…………..83

9.4.    Санитарно-гигиеническиетребования .……….…….84

9.5.    Охрана окружающейсреды ………………………….86

Заключение ………………………………………..………....88

Список литературы …………………………………….……89

Содержание ……………………………………………….….91

Приложения

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике