Розбір PTZ-камери: що всередині і як це працює

Сьогодні препаруємо PTZ-камеру і детально розглядаємо її залізні складові, щоб зрозуміти принцип роботи.

Перш ніж різати, давайте трохи розберемося

Як зробити спілкування по відеозв’язку досить комфортним, щоб учасники сприймали його як живе?

Домогтися такого ефекту можна, якщо камера буде захоплювати не тільки загальний план кімнати, але і конкретного учасника. Переходи між сценами повинні бути швидкими і плавними, щоб спілкування не викликало дискомфорту і не відволікало учасників обговорення робочих питань.

Як цього домогтися? Є пара варіантів:

• програмно вирізати (а по-нашому кропать) загального плану, який захоплюється камерою, потрібну частину зображення;
• встановити PTZ-камеру. Вони бувають з механічними або магнітними приводами.

Камеру з магнітними приводами я знайти не зміг. Зате камер з механікою навколо — хоч греблю гати. Я також розібрав сучасну і широко розповсюджену в РФ модель PTZ FullHD камери, щоб зрозуміти, як змінилася логіка та принцип роботи за 10 років прогресу і розвитку. Отже, приступимо!

Tandberg — HD Precision Camera TTC8-01

Отже, почнемо ми з вельми поширеною PTZ-камери від норвезької компанії Tandberg. Саме ця камера перекочувала в лінійку Cisco Telepresence без яких-небудь значимих змін і продавалася до початку 2010-х.

У свій час Tandberg робив преміальні PTZ-камери, і про це нам говорить строгий, лаконічний дизайн з переважанням металевих частин корпусу.

Зовні Tandberg виглядає досить зрозуміло — в сріблястому тубусі розміщується оптика і матриця, а з’єднують камеру з підставою рухомі механізми.

Короткі ТТХ даної камери:

• Роздільна здатність: 1280 х 720 (HD)
• Зум: 7-кратний, оптичний
• Матриця: 1/3″ CMOS
• Мінімальна фокусная дистанція: 0,3 м
• Кут огляду: 420
• Кут повороту по горизонталі: 1800 (+900..-900)
• Кут нахилу по вертикалі: 300 (+100..-200)

Масивна металева основа додає камері стійкості і надійно захищає від зовнішніх впливів головну плату з електронікою. Саме на цій основі розташовується поворотна платформа.

Ложе камери перекочується на спеціальних роликах, розташованих усередині рухомої платформи. Робота цього механізму нагадує балансування циркового акробата на металевих циліндрах.

У рух цей вузол наводиться звичайним електромотором з зубчастим колесом, по якому перекочується ложі камери. Щоб показати роботу цього механізму, довелося розкрити старий добрий Autodesk Fusion.

Контролювати колекторний двигун в кожен момент часу покликані оптичні датчики, що визначають кут нахилу по відбитому світлі від міток. Для цього з внутрішніх сторін зубчастих рейок встановлені дві спеціальні накладки, які формують переривання відбитого світла, за яким визначається кут нахилу камери.

Щоб малопотужний колекторний двигун справлявся з важкої оптикою камери, об’єктив збалансований так, щоб центр ваги збігався з віссю мотора. Масивний вантаж в задній частині камери і забезпечує той самий баланс.

Під куполом розташовується ще один приводний двигун, повертає камеру вліво і вправо. Однак він конструктивно відрізняється від колекторного тим, що вал провертається невеликими кроками (1 крок = 3,750), тобто для одного повного обороту потрібно 3600 / 3,750 = 96 кроків. Також додатковим бонусом є утримання вала в заданому положенні.

Для стабілізації зображення PTZ-камери є механізми утримання заданої позиції, а це означає, що якщо направляти камеру в іншу сторону за допомогою рук і наполегливості, то пластикові деталі всередині камери дуже швидко вийдуть з ладу (якщо не відразу).

Це правило справедливо і для виключеною камери. Якщо не вдаватися в тонкощі теоретичної механіки, то можна сказати, що пластикові шестерні можуть передавати обертання від двигуна до вузлів камери, а не навпаки.

І про найголовніше — про камері. Конструктивно вона схожа на дзеркальний фотоапарат, тільки без пентапризма і дзеркала. Фокусна відстань регулюється колекторним двигуном і механічними передачами: це, звичайно, не ультразвукові мотори сучасних “дзеркалок”, але мала вага і габарити для стаціонарної камери — зовсім не ключові показники.

Електроніка

Рулить усіма завданнями цифровий сигнальний процесор від Texas Instruments з передовою обчислювальною потужністю на початок 2000-х, здатний виконувати майже 6 мільярдів інструкцій у секунду. В ті часи це було передове рішення в форматі SoC (System on the Chip), в якому був реалізований багаторівневий кеш L1/L2, 64-бітний інтерфейс до зовнішньої оперативної пам’яті, Ethernet 10/100 Мбіт/с, 3 відео порту з підтримкою декількох дозволів, а також управлінням інших периферійних пристроїв.

Наступна передова мікросхема свого часу — Altera Cyclone 2. По суті це звичайний ПЛІС (програмована логічна інтегральна схема). Виробники пристроїв можуть програмувати такі схеми для будь-яких завдань від управління сервоприводами до передачі даних пам’яті.

Інтерфейс HDMI версії 1.3 реалізований чіпом AD9889B, що підтримує дозвіл FullHD (1080p) із захистом передачі медіаконтенту за технологією HDCP v.1.2.
Інші компоненти — це модулі пам’яті і пасивні радіокомпоненти, призначені для роботи основних елементів.

Піддослідний номер №2: СleverMic 1012w

Короткі ТТХ даної камери:

• Роздільна здатність: 1920 х 1080 (FullHD)
• Зум: 12-кратный, оптичний
• Матриця: 1/2,8″ CMOS HD сенсор
• Мінімальна фокусная дистанція: 0,3 м
• Кут огляду: 72,50
• Кут повороту по горизонталі: 3400 (+1700..-1700)
• Кут нахилу по вертикалі: 1200 (+900..-300)

Корпус камери цілком виконаний з пластика і володіє широким і стійким підставою. Спереду у камери знаходяться ІЧ-приймачі для пульта дистанційного керування, а ззаду — інтерфейсні роз’єми. Вага у камери невеликий: припускаю, що можна підвісити в армстронг на стелю або закріпити на гипсокартонной перегородці.

Осі переміщення організовані набагато простіше і зрозуміліше, ніж у Tandberg, в якості рушійної сили працюють крокові двигуни, передають крутний момент приводним шківах. Рухома платформа має 2 порожнисті стійки, між якими закріплена камера, в порожнині однієї зі стійок ховається приводний механізм, за рахунок якого змінюється кут нахилу.

Трохи нижче приводного шківа розташовується оптичний датчик. Цей кінцевик потрібен для визначення позиції камери після включення.

При запуску об’єктив нахиляється вниз, і коли спеціальний шип перериває потік світла в оптичному датчику, система розуміє, що досягнута крайня нижня точка. Все подальше позиціонування проводиться шляхом підрахунку кроків.

Мотор, що повертає камеру вліво і вправо, ховається за сполучаються фланцем з 6 гвинтами, оснащений таким же кінцевиком для визначення горизонтальної позиції камери.

Оскільки сопрягаемый фланець нерухомий, в центрі знаходиться 2 кабелю: для управління двигунами і шлейф з цифрової матриці.

Як ми бачимо, система механічних передач цілком складається з потужних крокових двигунів, що робить позиціонування камери більш точним і швидким, а ремінні передачі знижують рівень власного шуму пристрою.

Електроніка камер в чому схожа, тому краще поговоримо про явні відмінності. З новинок з’явилися USB3.0 і RS-232, за допомогою яких можна отримати відео в стислому вигляді, а також зібрати цілий каскад таких камер і через UART (RS232) повністю автоматизувати їх наведення на учасників конференції.

ІМХО

Як бачите, сучасна PTZ-камера надійніша за конструктиву, має кращий сенсор і універсальний за способом підключення, але в іншому недалеко пішла від своєї попередниці. Крім одного — ціни, яка стала нижча у 5 разів. Тому сьогодні ми бачимо все більше і більше обладнаних ПК переговорних кімнат, де даний PTZ-звір вже перестав бути екзотикою.

Перейти до каталогу