СОТ

91

черного к белому, но иногда подразумевают минимальную освещенность на матрице (image illumination) (рис. 3.4) [14].

С теоретической точки зрения правильнее было бы указывать осве-

щенность на матрице, т. к. в этом случае не нужно оговаривать характери-

стики используемого объектива. Но пользователю при подборе камеры удобней работать с освещенностью на объекте, которую он заранее знает

(может измерить). Поэтому обычно указывают минимальную освещен-

ность на объекте, измеренную в стандартизированных условиях: коэффи-

циент отражения объекта 0,75 и светосила объектива F 1,4 .

Рис. 3.4. Изображения тест-таблицы 0249, формируемые камерой FV-1120 при освещенностях: 100 люкс (слева) 15 люкс (в центре) 5 люкс (справа)

Формула, связывающая освещенность на объекте и на ПЗС-матрице:

Единицей измерения чувствительности является люкс. Значения ми-

нимальной освещенности на матрице и на объекте отличаются, как прави-

ло, больше, чем в 10 раз. Например, если указано, что минимальная осве-

щенность на матрице равна 0,01 люкс, то это значит, что при объективе светосилой F 1,4 минимальная освещенность объекта — 0,1 люкс. Из-

вестные фирмы в паспортах и каталогах обычно ставят значения освещен-

ности именно на объекте.

92

Спектральная чувствительность ПЗС-матриц зависит от типа крем-

ниевой подложки, но общая характеристика является результатом фотоэф-

фекта: более длинные волны глубже проникают в кремниевую структуру ПЗС (красный и инфракрасный свет). По сравнению с человеческим глазом чувствительность черно-белых (монохромных) телевизионных камер су-

щественно сдвинута в инфракрасную область. Инфракрасное излучение не видно человеческому глазу, но фиксируется ТВК.

Чувствительность большинства современных монохромных ТВК — порядка 0,01 1,0 люкс (при F 1,2 ), но может достигать значений

0,00001. Наиболее чувствительные камеры могут использоваться для ноч-

ных наблюдений без ИК-подсветки. Для эффективной работы таких камер вполне достаточно света луны (таблица 3.2).

94

Рис. 3.6. Иллюстрация «заплывания» изображения и эффекта растекания заряда

Рис. 3.7. Иллюстрация засвечивания области маски

споявлением вертикального ореола

Вмонохромных телекамерах применяются специальные оптические инфракрасные отсекающие фильтры, которые представляют собой оптиче-

ски точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые поверх прием-

ной матрицы.

Инфракрасные отсекающие фильтры (см. рис. 3.1) выполняют роль оптических низкочастотных фильтров с частотой среза порядка 700 нм,

вблизи диапазона красного цвета (рис. 3.8). Однако подобная «доработка» ослабляет потенциальную чувствительность видео-матрицы. Поэтому мно-

гие производители отказываются от установки фильтров в пользу сохране-

ния высокой чувствительности.

96

г) д) е)

Рис. 3.9. Изображения на экране монитора: а – исходное изображение; при значениях параметра отношение сигнал/шум: б – 32 дБ; в – 16 дБ;

г– 8 дБ; д – 4 дБ; е – 2 дБ

Вданных, приводимых в описаниях камер, указываются значения отношения сигнал/шум для оптимальных условий, например при освещен-

ности на матрице 10 люкс и при выключенной автоматической регулиров-

ке усиления (АРУ) и гамма-коррекции. По мере уменьшения освещенности сигнал становится меньше, а шум, вследствие действия АРУ и гамма-

коррекции, больше.

Задачей гамма-коррекции является создание такой характеристики

«свет-сигнал» видеокамеры, чтобы она компенсировала модуляционную характеристику кинескопа и обеспечивала значение сквозной характери-

стики всего ТВ-тракта «от света до света» (то есть, по цепи «снимаемый объект – экран монитора»), близкое к единице. Одним из способов получе-

ния кривой, соответствующей требуемой гамма-характеристике, является кусочно-линейная аппроксимация, представленная на рис. 3.10, из которой видно, что в области малых освещенностей (где х мало) коэффициент уси-

97

ления тракта существенно больше, чем в области средних и, тем более,

больших сигналов.

Рис. 3.10. Гамма-коррекция

Отношение сигнал/шум ПЗС-телекамеры определяется как отноше-

ние сигнала к шуму, производимому матрицей и электроникой телекаме-

ры. Чтобы получить реальное отношение сигнал/шум, все внутренние це-

пи, влияющие на сигнал, должны быть отключены, включая АРУ, элек-

тронный затвор и схему компенсации встречной засветки.

Для ПЗС-телекамер в видеонаблюдении считается хорошим отноше-

ние сигнал/шум более 48 дБ.

Динамический диапазон ПЗС-матрицы определяется как максималь-

ный сигнал накопления (насыщенная экспозиция), деленный на средне-

квадратическое значение шума эквивалентной экспозиции. Динамический диапазон аналогичен отношению сигнал/шум, однако относится к динами-

ке ПЗС-матрицы при обработке темных и ярких объектов в пределах одной сцены наблюдения. Отношение сигнал/шум относится к полному сигналу,

включая электронные схемы телекамеры, и выражается через логарифм в децибелах, а динамический диапазон — это просто отношение, которое показывает световой диапазон, обрабатываемый ПЗС-матрицей. Так как это отношение двух значений напряжения, то величина эта безразмерная и

98

типичные значения динамического диапазона лежат в пределах 1000 – 100000 (рис. 3.11).

а) б)

Рис. 3.11. Изображения, полученные с телекамер с различными динамическими диапазонами: а – стандартный диапазон; б – расширенный диапазон

Временем экспозиции в системах PAL является время 1/50 с. Однако использование электронного затвора позволяет варьировать этот параметр в зависимости от уровня освещенности. Под электронным затвором подра-

зумевается электронная часть ПЗС-матрицы, обеспечивающая возмож-

ность изменения времени накопления электронного заряда (выдержки).

Электронный затвор позволяет получить приемлемое качество изображе-

ния быстродвижущихся объектов и обеспечивает работоспособность каме-

ры в условиях высокой освещенности. Обычные электронные «затворы» обеспечивают регулировку выдержки в диапазоне от 1/50 до

1/10000…1/15000 с, суперзатворы позволяют получать выдержки порядка

1/100000 с (рис. 3.12) [13].

Синхронизация — привязка видеосигнала к фазе сетевого напряже-

ния или внешнего источника синхронизирующих импульсов.

Синхронизация камер видеонаблюдения может осуществляться тре-

мя способами. В большинстве случаев применяется внутренняя кварцевая синхронизация. В некоторых случаях, в камерах, питающих переменным током, используется синхронизация Linelock (синхронизация от сети пи-

тающего напряжения), а питающих постоянным напряжением – внешняя синхронизация.

99

Рис. 3.12. Использование различной выдержки при наблюдении движущегося объекта

Компенсация заднего света (компенсация засветки) — аппаратная функция, позволяющая наблюдать за объектом, находящимся на фоне яр-

кого света. Компенсация засветки — это способность камеры автоматиче-

ски устанавливать выдержку и параметры усиления по выбранному фраг-

менту изображения (рис. 3.13) [14].

Рис. 3.13. Действие компенсации засветки Для камер цветного изображения важны такие характеристики, как

автоматический баланс белого – способность камеры обеспечивать пра-

вильную цветопередачу при изменении условий освещенности наблюдае-

мых объектов (рис. 3.14) [19], и стандарт кодирования цветового сигнала.

100

Рис. 3.14. Два варианта баланса белого цвета Напряжение питания телекамер обычно составляет 9/12 В постоян-

ного тока, либо 24/220 B переменного тока.

Телекамеры условно можно классифицировать следующим образом:

корпусные и бескорпусные;

черно-белого и цветного изображения;

обычной и повышенной чувствительности;

обычного и высокого разрешения;

с аналоговой и цифровой обработкой;

для внутреннего и наружного применения;

для скрытого наблюдения.

Образцы современных телевизионных камер представлены на рис. 3.15.