MineCam

Питер Эгглстон из I.A.Recordings впервые предложил идею устройства, которое впоследствии получило название MineCam, в 1988 году^[1]. Во время визита с клубом Shropshire Caving and Mining Club в одну из металлургических шахт в Уэльсе он провёл несколько часов, устанавливая систему одноверёвочной техники для спуска в удалённый вертикальный ствол, но, достигнув дна, обнаружил отсутствие каких-либо проходов. Это подтолкнуло его к созданию миниатюрной камеры, позволяющей исследователям осматривать труднодоступные или опасные районы дистанционно.

До 1988 года для дистанционного обследования шахт применялись коммерческие системы, разработанные фирмами по инспекции трубопроводов, оборудование которых размещалось в автомобиле и требовало питания от генератора. Поскольку многие заброшенные шахты находятся вдали от дорог, конечной целью Эгглстона было создание лёгкого комплекта на батарейках, транспортируемого пешком. Первые две версии MineCam к этому не привели, но позволили испытать различные доступные на тот момент видеотехнологии.

В первой версии MineCam использовалась монохромная видиконовая камера в герметичном корпусе из 10-сантиметровой пластиковой канализационной трубы с акриловым окном. Камеру успешно испытали в глубокой части бассейна. Чувствительность устройства была невысокой — оно требовало осветителя мощностью 150 Вт, работающего от сети 240 В, как и сама камера. Кабель длиной 100 метров совмещал видеосигнал (коаксиальный кабель) и питание, склеивался лентой через каждые 2 метра, а метки на кабеле позволяли примерно оценивать глубину. Из-за немалого веса камеры и лампы использовалась старая 6-мм статическая альпинистская верёвка. В качестве монитора применялся портативный телевизор с 10-сантиметровым экраном.

MineCam 1 работала, однако чёрно-белое изображение было порой трудно интерпретировать. Возникла потребность перейти к цветному изображению, что тогда ещё не предлагалось коммерческими системами для шахт.

Вторую версию MineCam собрали из деталей старой камеры Sony Handycam. Цветной ПЗС-сенсор извлекли и поместили в круглую жестяную банку из-под табака, подсоединив коротким кабелем к прочей электронике в небольшом литом корпусе Eddystone. В «эди-боксе» размещались схемы преобразования сигнала Y/C (700 кГц, «colour-under») в композитный PAL и нестандартные источники питания. Из-за цветного полосового фильтра и ранней технологии ПЗС, чувствительность этой системы была сопоставима с монохромной видиконовой.

Для изучения шахты обе версии (1 и 2) приходилось спускать дважды: сначала по вертикали вниз для идентификации интересных объектов, затем — с горизонтальной ориентацией, чтобы рассмотреть найденное ближе. Чтобы упростить и ускорить процесс, потребовался дистанционный механизм наклона.

Для определения азимута использовали обычный автомобильный шаровой компас на алюминиевом кронштейне длиной около 30 см от камеры. Дополнительная линза (из старых очков), приклеенная к акриловому окну, фокусировала изображение компаса в угол кадра.

Третья версия отличалась радикально. Стала доступна высококачественная цветная камера Pulnix TMC-X^[2] размером немногим больше Mini-Maglite. Благодаря повышенной чувствительности появилась возможность уменьшить осветитель и реализовать дистанционный наклон. Для экономии жил кабеля в невидео-части использовали закодированный управляющий сигнал, передаваемый по видеокабелю: была адаптирована модельная радиосистема управления, дававшая два пропорциональных канала (наклон и вращение). Несущая 27 МГц легко совмещалась и разводилась с видеосигналом. В качестве исполнительного устройства поворота использовался стандартный модельный сервопривод с углом поворота до 180°. Камера и свет размещались в открытой рамной конструкции длиной 25 см, которая вращалась по горизонтальной оси при помощи сервомотора. Однако при столкновениях с препятствиями шестерёнки мотора часто повреждались и требовали замены. Источник света также должен был поворачиваться вместе с камерой, потому им служила компактная 12В галогенная лампа мощностью 50 Вт с 5-см интегрированным дихроическим отражателем, запитанная от малогабаритного импульсного источника питания. Из-за падения напряжения по кабелю по-прежнему использовался ток высокого напряжения (240 В).

Рама камеры вращалась в алюминиевой вилке, закреплённой на дне герметичного пластикового корпуса с размещённой там же электронной начинкой и блоком питания.

Для автономной эксплуатации (вне доступа к электросети и автомобилю с генератором) I.A.Recordings приобрели 150-ваттный инвертор и свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В.

MineCam 3 впервые использовала электронный компас для отображения направления. Компания Tandy (Radio Shack) разработала устройство на основе flux-gate сенсора, которое выдавало значения x и y составляющих магнитного поля Земли и управляло механическим индикатором для автомобильного компаса. Инженеры I.A.Recordings отказались от индикатора и использовали напряжения x и y для позиционирования мигающей точки на видеокартинке, что создавало круговую шкалу компаса на экране. При инверсии сигнала x (восток-запад), при вертикальном положении камеры точка оставалась стационарной над землёй при вращении.

Электромагнитные помехи от импульсных источников питания и гармоники их сигнала проявлялись в виде шумов видеосигнала, которые уменьшались тщательной разводкой, экранированием и применением единой точки заземления.

Миниатюрная камера защищалась квадратной алюминиевой трубой сечением 25 мм с приклеенным стеклянным окном и кабельным вводом. Запасной магазин для этой камеры был слишком большим и тяжёлым, а алюминиевая труба обеспечивала водонепроницаемость на уровне IP 66-67.

Главным новшеством MineCam 4 стало появление моторизованного поворота (панорамы). Реализовать беспрепятственное вращение на 360° с сохранением соединений для видео, servo-привода наклона, питания осветителя и камеры и датчика направления оказалось непросто. Применили зубчатый DC-сервомотор RS Components с дистанционным управлением, а также опору на подшипнике и соединитель Олдема. Мощный магнит мотора мешал работе компаса, поэтому вокруг двигателя и редуктора была установлена цилиндрическая экранирующая оболочка из му-металла. Привод наклона проблемы не создавал, так как его магнит слабее и он вращается вместе с сенсором на коромысле. По возможности применялись только пластик и цветные металлы.

Из других нововведений MineCam 4: серводвигатель с повышенным моментом наклона, микрофон с симметричным усилителем, лазерный диодный модуль для наведения на объект (оценка расстояния и размера), а также эксперименты с детекторами ультразвука и газа.

Управляющий блок имел размеры 18 × 13 × 6 см, в него вошли источник питания, радиопередатчик и видеокорректор-эквалайзер. Кабель — 200 м тонкого многожильного провода с одной коаксиальной и пятью однопроводными жилами. Так как он не несущий, приходилось применять также верёвку (9-мм статическую альпинистскую), которая, как оказалось, меньше склонна к скручиванию, чем трос. Верёвка часто путается с кабелем, так что поиск более удачного варианта продолжается. Диапазон наклона в 180° позволяет осматривать нижнюю сторону креплений крышек стволов. В отличие от коммерческих систем, которые всё ещё оставались монохромными и переключали изображение от вертикали к горизонту посредством зеркала, MineCam оказалась более универсальной и впервые была полностью переносимой для одного человека. Изображение первоначально записывалось на U-Matic, затем на Hi-8, а теперь на mini-DV.

После 2009 года разработка MineCam продолжилась. На официальном сайте I.A.Recordings актуальная версия системы обозначена как Mark 5.9, с планами по обновлению до Mark 6^[3]. В то же время, Шропширский клуб спелеологии и горного дела (Shropshire Caving & Mining Club), активно использующий оборудование, описывает свою усовершенствованную модель как «Mark „почти“ 6» (Mark 'nearly' 6)^[4]. Следует отличать номер версии камеры от нумерации фильмов, снятых с её помощью: например, DVD «Ramsden Shaft (MineCam No.6)» является шестым в серии исследований, а не относится к модели камеры^[5].

Ключевым нововведением более поздних версий стала возможность создания стереоскопического 3D-изображения, что достигается за счёт использования двух камер^[4] и позволяет оператору на поверхности получать эффект «телеприсутствия» с помощью специальных видео-очков^[3]. Система перешла на цифровую запись видео, в которое в реальном времени интегрируются телеметрические данные: направление по компасу, глубина и расстояние до объектов^[3]. Лазерный диод, применявшийся в Mark 4 для оценки размера, был усовершенствован до лазерного дальномера для более точной интерпретации масштаба^[4].

Среди других улучшений — переключаемый источник света с режимами широкого и узкого интенсивного луча^[4], а также выделенные каналы для подключения детектора летучих мышей и датчиков опасных газов^[3]. При этом сохранились базовые характеристики: глубина погружения до 200 метров, наличие микрофона и дистанционно управляемая поворотно-наклонная головка^[3][4].

Для вывода камеры в центр крупных стволов использовалась труба-«балка» с блоком на конце. Если воронка шахты по ширине превышала несколько метров, применяли «тирольскую переправу» или «блондин» (Blondin). Крупный блок (например, от Sinclair C5) устанавливался на тележке, которая перемещалась по натянутому через шахту тросу. При центрировании блока трос фиксировался, и начиналась спуск камеры на основной верёвке.

Источник света на 50 Вт и отражатель удобны по размерам и доступны с разной шириной луча, однако дихроический отражатель, снижающий тепловое излучение вперёд, оказался недостатком. Голову лампы приходилось закрывать корпусом для защиты и экранирования помех, но без тщательно продуманной системы отражателей и перегородок корпус нагревался слишком сильно.

MineCam 4 зарекомендовала себя как надёжная и полезная система, обеспечивающая качественное цветное изображение, подходящее для видеосъёмки и производства фильмов. Отснятые материалы легли в основу ряда документальных фильмов и архивных изданий, выпущенных I.A.Recordings. В частности, в период после 2010 года на DVD были изданы компиляции «Nenthead '97 & '98 MineCam» (съёмки 1997—1998 годов)^[6][7] и «Ramsden Shaft, Bog Mine» (съёмки 2007 года)^[7]. Камера также показана в продукции «Snailbeach»^[7].

Помимо съёмок, система используется и для технического наблюдения: в 2011 году с её помощью контролировали работы по оснащению шахтного ствола Chapel во время мероприятия Национальной ассоциации организаций по истории горного дела (NAMHO)^[8].