Thiết kế và điều khiển mô hình Diafram tự động trong hệ thống camera CCD
MỤC LỤC
Cấu trúc chuyển liên dòng – khung (FIT – Frame Interline Transfer) Hình 1.6 mô tả cấu trúc FIT, kết hợp các đặc điểm của hai cấu trúc FT và IT
Trong thời gian xóa mành, toàn bộ ảnh được chuyển tới các thanh ghi đã được chèn, sau đó được chuyển tiếp xuống mảng đọc. Do toàn bộ quá trình chuyển của mảng tạo ảnh xẩy ra với khoảng thời gian rất bé (khoảng thời gian xóa mành) và ngay trong các thanh ghi bị che quang, nên không cần thiết phải có cơ cấu để loại bỏ “vết chuyển” và cũng không xẩy ra vấn đề gì đối với vùng sáng nhất.
Quét cách dòng trong CCD
Phương pháp này không gây tổn hao SNR và khắc phục được vấn đề chồng phổ song trong một chừng mực nào đó lại gây nên sự suy giảm độ phân giải mành. Nói chung cả hai phương pháp quét trong CCD đều yêu cầu thanh ghi dòng của CCD phải có tốc độ gấp đôi so với phương pháp quét dòng trực tiếp.
Cấu trúc của camera CCD đơn
Phương pháp này khá đơn giản, song nó lại loại bỏ một nửa tín hiệu, làm suy giảm tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR (Signal-to-Noise Ratio). Phương pháp thứ hai là lưu trữ bằng kỹ thuật số hai dòng từ CCD và kết hợp hai dòng kề nhau để tạo ra tín hiệu quét cách dòng.
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) của CCD
Phần còn lại của quá trình xử lý tín hiệu tương tự như đã nêu trong các loại camera có ba CCD.
XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG CAMERA SỐ
Thông thường, mức tín hiệu tối đa (đỉnh trắng) được thiết lập chủ yếu dưới điểm bão hòa của bản thân CCD, trừ lại điểm cuối của đỉnh để báo vệ vùng sáng nhất của CCD nhằm tránh sự bão hòa gây ra những hiệu ứng xấu cho quá trình xử lý tín hiệu tiếp theo. Phương pháp thường dùng để nén vùng sáng trong các camera là tạo một đặc tuyến truyền đạt tuyến tính tới mức 100% và sau đó thực thi quá trình điều chỉnh để nén các vùng sáng thực phù hợp với khả năng của khoảng bảo vệ đối với máy ghi, thiết bị truyền dẫn cũng như thiết bị hiển thị (hình 1-10).
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CAMERA SỬ DỤNG CCD
Phần mã hóa của camera làm nhiệm vụ chuyển đổi định dạng tín hiệu trong camera thành định dạng tín hiệu ngoài của hệ thống sử dụng nó hoặc chuyển đổi định dạng trong thành định dạng của máy ghi hình nối với camera. Hiện đang tồn tại nhiều camera sử dụng hệ thống tín hiệu video tổng hợp analog NTSC hay PAL, nên các thiết bị mã hóa của chúng chuyển đổi các tín hiệu số của camera thành tín hiệu video tổng hợp tiêu chuẩn.
NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DIAFRAM TỰ ĐỘNG
NGUYÊN LÝ CẤU TẠO 1. Khái niệm
Ta biết, vật bao gồm nhiều điểm sáng, mỗi điểm sáng đó phát xạ ánh sáng theo nhiều phương khác nhau, song chỉ một phần của chùm sáng đó qua hệ quang tham gia tạo ảnh. Nếu các vòng chắn này trực tiếp giới hạn chùm sáng từ vật (P) tạo ảnh (P’) thì nó là vòng chắn sáng chứ không phải giá đỡ thấu kính làm nhiệm vụ của vòng chắn sáng nữa.
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG DIAFRAM
Việc đóng mở Diafram làm phát sinh điện thế trên cuộn dây điều khiển, điện thế này hồi tiếp về IC704, tạo tác động chỉnh từ từ (chỉnh cấp tinh) tầm hoạt động của Diafram (sở dĩ như vậy là do, khi dòng điện cuộn dây kích thích chảy qua nhiều, cửa điều sáng sẽ bị tổn hại do việc mở hay đóng cửa quá nhanh). Với mạch điều khiển hình 2-5, tuy điều khiển đóng/mở Diafram theo tín hiệu điện và tránh được hiện tượng kẹt giữa các lá kim loại; nhưng do động cơ (ở đây là động cơ một chiều) điều khiển dẫn động đóng mở Diafram không quay toàn vòng nên gây lãng phí điện năng không tải.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG DIAFRAM
CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG
- Độ trưng sáng và độ chói sáng
Vậy: độ rọi sáng trên mặt vật được rọi sáng bởi nguồn điểm có trị số tỷ lệ thuận với cường độ sáng và cosin góc tới của chùm sáng truyền đến mặt vật và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn điểm đến mặt vật đó. Tóm lại, ta gọi độ sáng M là tỷ số quang thông phát bởi nguyên tố diện tích, cho dù nguyên nhân phát sáng có thể là phản xạ, truyền dẫn hay phát xạ nội tại như mặt cảm nhận ánh sáng của camera.
TÍNH TOÁN HÀM ĐỘ RỌI CỦA ẢNH TRÊN CCD [1]
(1) Sự phản xạ hoặc khúc xạ đều tuân theo các định luật của quang hình học hay định luật Descartes. Trong đó cách nào chiếm ưu thế là tùy thuộc vào vật liệu sử dụng. Biểu thức (3.20) cho thấy rằng, nếu đối tượng quay phát xạ theo định luật Lambert thì độ chói B không thay đổi theo hướng quay.
Biểu thức (3.22) cho thấy rằng, độ rọi của ảnh không có quan hệ tuyến tính với đường kính của Diafram.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DIAFRAM Các yêu cầu chung của Diafram
Biểu thức (3.26) cho thấy, hàm độ rọi E’ phụ thuộc trực tiếp vào độ chói B và thụng số D của Diafram. Rừ ràng là, với một độ rọi xỏc định, khi D tăng thỡ B giảm hoặc ngược lại. Biên dạng các lá chắn có dạng đường xoắn ốc Ác-si-mét, nghĩa là có bán kính vector biên dạng thay đổi từ rmin đến rmax với một góc quay hữu hạn (quay không toàn vòng).
Các lá chắn này được gắn trực tiếp vào trục quay của động cơ một chiều dạng tay đưa (xem chương 4, phần thiết kế-tính toán hệ dẫn động).
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 1. Một số khái niệm cơ bản
Vì Ru rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ 0 đến định mức, tốc độ giảm rất ít (từ. 2 8%÷ tốc độ định mức) do đó đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Quan hệ (4.41) cho thấy, khi mạch từ chưa bão hòa, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng hypecbol bậc hai (đường 1 trên hình. Song thường sử dụng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động cơ điện kích thích hỗn hợp ngược không đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định.
Trong đó, đường 1- động cơ điện kích thích hỗn hợp bù; đường 2- động cơ điện kích thích hỗn hợp ngược; đường 3- động cơ điện kích thích song song; 4- động cơ điện kích thích nối tiếp. Trong đó đường 1- động cơ kích thích song song; đường 4- động cơ kích thích nối tiếp; đường 2 và 3 có tính chất trung gian giữa 1 và 4 - ứng với động cơ kích thích hỗn hợp. Để khử khe hở, tránh va đập khi động cơ đảo chiều quay và nâng cao độ ổn định cho hệ thống, ta dùng lò xo xoắn Ác-si-mét gắn vào trục quay của mỗi động cơ.
CẢM BIẾN QUANG VÀ CHỌN CẢM BIẾN QUANG 1. Một số cảm biến quang thông dụng
Phôtô transistor là linh kiện quang điện tử bán dẫn, nó là phần tử nhạy quang có cấu trúc như một transistor hoạt động như phôtô điốt nhưng có khả năng khuyếch đại dòng quang điện. Phôtô transistor được ứng dụng trong điện báo quang, đo quang thoại lối vào và lối ra thông tin, trong kỹ thuật máy tính, điện ảnh, ghi nhận các ánh sáng nhìn thấy và không nhìn thấy (các mắt thần sensor trong các TV, video, CD có điều khiển từ xa). Khi chiếu sáng ở gần lớp chuyển tiếp giữa kênh dẫn n và đế bán dẫn loại p, các cặp điện tử, lỗ trống dịch chuyển theo hai chiều ngược nhau tạo nên dòng quang điện qua cực cửa, gây sụt áp trên điện trở Rc làm thay đổi điện áp cực cửa.
Thời gian trễ được xác định là thời gian cần thiết để quang trở thay đổi còn 35% giá trị của nó (so với trị số lúc được chiếu sáng- khoảng 10 lux trong 1 s) khi không còn được chiếu sáng.
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ
Tín hiệu điện áp chuẩn ứng với mức cường độ sáng xác định trước từ camera được đưa vào chõn số 3 (ngừ vào khụng đảo) của OP-AMP àA 741, một thang điện trở biến đổi sẽ thiết lập các giá trị chuẩn ở các mức khác nhau. Khi trị số điện trở tăng (khi cường độ ỏnh sỏng thấp), điện ỏp ở ngừ vào đảo của cỏc OP-AMP thấp hơn điện ỏp ngừ vào khụng đảo, do đú, ở ngừ ra (chõn số 6) của các OP-AMP bão hòa dương, các transistor T T1, 2 ngưng dẫn. Ngược lại, khi trị số điện trở giảm (khi cường độ ỏnh sỏng cao), điện ỏp ngừ vào đảo của cỏc OP-AMP lớn hơn điện ỏp ngừ vào khụng đảo, ở ngừ ra của cỏc OP-AMP bão hòa âm, các transistor T T3, 4 ngưng dẫn.
Tuy nhiên, mạch điện này cũng có nhược điểm, nhược điểm chủ yếu ở mạch điện này là quang trở, như đã nói ở mục (4.2.1.3), từ đặc tính độ dốc có thể thấy, do sự không tuyến tính giữa cựờng độ ánh sáng với trị số điện trở của quang trở, làm cho dòng điện vào động cơ không ổn định.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ
- Tính toán thiết kế trục động cơ
Để điều chỉnh khe hở ổ lăn, đồng thời cũng điều chỉnh sự thẳng góc giữa trục và bề mặt gia công của đế, bên dưới (đối với ổ phía trên) và bên trên (đối với ổ phía dưới) các vòng hãm lò xo 12 có các vòng đệm 6 bằng sắt tây, dày từ. Các lá chắn sáng của Diafram gắn lên thân bởi các vít 4; phía đối diện với các lá chắn sáng là bối dây phần ứng của động cơ, được gắn lên thân bởi keo 11 và đặt trong từ trường của hai nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên để cơ cấu làm việc ổn định, độ an toàn cao (tránh làm cong hay biến dạng, dẫn đến có thể bị kẹt hoặc làm ảnh hưởng đến các chi tiết khác khi có va đập), đặc biệt là vấn đề công nghệ sẽ khó khăn hơn, dẫn đến giá thành cao.
Vì vậy để đảm bảo cho ổ mòn đồng đều, nghĩa là miền chịu lực của ổ đồng đều trên toàn vòng, chúng ta chọn kiểu lắp có độ hở đối với vòng ngoài của ổ (khi đó có sự quay tương đối giữa vòng ngoài của ổ và trục động cơ).
