Телевизионные системы мониторинга КС-ЧС, страница 3

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТИВОВ ВИДЕОКАМЕР

Основными характеристиками объективов видеокамер являются:

1.        Фокусное расстояние, которое определяет угол обзора. Чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора.

2.        Формат объектива (1/3”, 1/2” и т.д.) должен быть равен или больше формата матрицы камеры, с которой он применяется. Применение объектива с форматом, меньшим, чем формат матрицы камеры, приводит к уменьшению угла обзора.

3.        Светосила (обозначается буквой «F») представляет собой отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию и  характеризует долю световой энергии, пропускаемой объективом. Объектив с большей светосилой даст лучшие результаты при низкой освещённости.

4.        Диафрагма – способность объектива подобно человеческому зрачку регулировать световой поток, поступающий на матрицу камеры, в зависимости от уровня освещённости. Объективы с ручной регулировкой диафрагмы обеспечивают наиболее чёткое изображение на всей глубине резкости.

Объективы бывают следующих типов:

С фиксированной диафрагмой – используются только внутри помещений с постоянной освещённостью. Имеют ручную регулировку резкости, выпускаются с различными углами обзора, имеют самую низкую стоимость.

С ручной установкой диафрагмы – используются там, где относительно постоянный уровень освещённости. Широкий выбор по углам обзора, невысокая стоимость.

С автоматической установкой диафрагмы – самый распространённый тип объектива, применяется как для внутренних помещений, так и для наружного наблюдения,  выпускаются самые различные модификации.

С асферической оптикой – применяются для улучшения светочувствительности камер, особенно цветных, выпускаются только с автоматической диафрагмой.

С ручной настройкой фокусного расстояния – применяется в тех случаях, когда настройку поля наблюдения необходимо проводить непосредственно при монтаже, бывают как с ручной, так и с автоматической диафрагмой, имеют невысокую цену.

С трансфокатором – позволяют дистанционно изменять фокусное расстояние оптики объектива, изменяя тем самым поле наблюдения, и регулировать диафрагму. Применяются совместно с устройствами телеметрии.

С вынесенным объективом – применяются для скрытой установки, бывают различного исполнения, с автоматической и ручной диафрагмой.

1.1.2. Оптическая система

Типичная оптическая схема цифровой телевизионной камеры представлена на рисунке 1.3

Рис 1.4. Оптическая схема цифровой камеры

Изображение попадает в видоискатель через объектив (принцип TTL, through the lens, через линзу). Зеркало, расположенное под углом 45 градусов между матрицей и объективом аппарата, отражает световой поток, прошедший сквозь объектив, и направляет его на матовое стекло видоискателя. Спроецированное изображение получается перевернутым, так что для его оборачивания используется пентапризма (или, в целях удешевления аппарата, система зеркал). Сигнал, снимаемый с ПЗС-матрицы, обрабатывается DSP-процессором, который формирует видеосигнал, сопровождаемый кадровыми и строчными синхроимпульсами развертки.

Все цифровые телевизионные камеры имеют следующие характеристики:

РАЗРЕШЕНИЕ. Важный параметр ТВ камеры — разрешение. Этот параметр определяет возможности камеры по воспроизведению мелких деталей изображения: чем выше разрешение, тем больше детальность, информативность картинки. Разрешение измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ) и зависит не только от числа пикселей в матрице, но и от параметров электронной схемы камеры. В большинстве случаев разрешение 380-400 ТВЛ вполне достаточно для наблюдения. Существуют камеры, имеющие более высокое разрешение — 560-570 ТВЛ. Такие камеры позволяют четко видеть мелкие детали изображения (номера машин, лица людей и т.д.). Разрешение цветных камер несколько хуже, чем разрешение черно-белых: 300 - 350 ТВЛ. Существуют цветные камеры более высокого разрешения — 460 ТВЛ. В настоящее время на рынке систем видеонаблюдения появились цифровые (DSP - цифровая обработка изображения) цветные камеры высокого разрешения (460-480 ТВЛ).

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ. Чувствительность - еще один важный параметр ТВ камеры. Этот параметр определяет качество работы камеры при низкой освещенности. Производители по-разному трактуют это понятие. Чаще всего под чувствительностью понимают минимальную освещенность на объекте (scene illumination), при которой можно различить переход от черного к белому, но иногда подразумевают минимальную освещенность на матрице (image illumination). С теоретической точки зрения правильнее было бы указывать освещенность на матрице, т. к. в этом случае не нужно оговаривать характеристики используемого объектива. Но пользователю при подборе камеры удобней работать с освещенностью на объекте, которую он заранее знает (или может измерить). Поэтому обычно указывают минимальную освещенность на объекте, измеренную в стандартизированных условиях: коэффициент отражения объекта 0.75 и светосила объектива 1.4.

Формула, связывающая освещенность на объекте и на матрице, приведена ниже:

Iimаge=Iscene*R/(*F2), где Iimаge - освещенность на ПЗС - матрице, Iscene - освещенность на объекте, R - коэффициент отражения объекта (см. таблицу 1.1), F - светосила объектива.

Таблица 1.1. Примерные значения коэффициентов отражения различных объектов

Объект	R (%)	Объект	R (%)
снег	90	кирпич	35
белая краска	75-90	бетон	25-30
стекло	70	трава, деревья	20
автостоянка с автомобилями	40	человеческое лицо	15-25

Единица измерения чувствительности - люкс. Значения минимальной освещенности на матрице и на объекте отличаются, как правило, больше, чем в 10 раз. Например, если указано, что минимальная освещенность на матрице равна 0,01 люкс, то это значит, что при объективе F1.4 минимальная освещенность объекта - 0,1 люкс, а это - среднее значение для современной ТВ камеры. Измерения проводятся при помощи люксметра. Если телекамера сохраняет необходимые параметры изображения при освещенности объекта в 0,1 люкса, можно утверждать, что ее чувствительность составляет 0,1 люкса.

По сравнению с человеческим глазом чувствительность монохромных ТВ камер существенно сдвинута в инфракрасную область. Инфракрасное излучение не видно человеческому глазу, но прекрасно фиксируется ТВ камерами на ПЗС.

Для цветных ТВ камер характерны значительно меньшая чувствительность по сравнению с монохромными и отсутствие чувствительности в инфракрасной области спектра.

Чувствительность большинства современных монохромных ТВ камер - порядка 0.01 - 1 люкс. Для эффективной работы таких камер вполне достаточно лунного света (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Ориентировочная освещенность объектов на улице

безоблачный, солнечный день	Более 100 000 люкс
солнечный день, с легкими облаками	70 000 люкс
пасмурный день	20 000 люкс
раннее утро	500 люкс
сумерки	4 люкс
ясная ночь, полная луна	0.2 люкс
ясная ночь, неполная луна	0.02 люкс
ночь, луна в облаках	0.007 люкс
ясная, безлунная ночь	0.001 люкс
безлунная ночь с легкими облаками	0.0007 люкс
темная, облачная ночь	0.00005 люкс

 

ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ / ШУМ. С чувствительностью тесно связан параметр "отношение сигнал / шум" (S/N = signal to noise). Эта величина измеряется в децибелах. S/N =20*log (видеосигнал/шум) Например, сигнал/шум, равный 60 дБ, означает, что амплитуда сигнала в 1000 раз больше шума. При параметрах сигнал/шум 50 дБ и более на мониторе будет видна чистая картинка без видимых признаков шума. При 40 дБ иногда заметны мелькающие точки, а при 30 дБ - "снег" по всему экрану, 20 дБ - изображение практически неприемлемо, хотя крупные контрастные объекты через сплошную "снежную" пелену разглядеть еще можно.

АВТОДИАФРАГМА. В течение суток освещенность на контролируемом объекте, как правило, претерпевает существенные изменения. Для поддержания на постоянном уровне количества света на матрице используют встроенный в камеру автоматический электронный затвор (electronic shutter) или объектив с автодиафрагмой (autoiris).

Объективы с автоматической диафрагмой поддерживают освещенность матрицы на постоянном уровне, изменяя величину относительного отверстия. Диафрагма объектива, подобно зрачку человеческого глаза, при высокой освещенности сужается, пропуская меньше света, а при низкой освещенности расширяется. Это позволяет получить сигнал от видеокамеры с хорошей контрастностью, без засветки или затемнения. В системах наружного наблюдения рекомендуется использовать объективы с автоматической диафрагмой, так как в этом случае удается получить необходимый эффект при уровнях освещенности более 80 000 лк.

ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ. Фокусное расстояние объектива указывается в миллиметрах и при прочих равных условиях определяет угол зрения. Более широкий угол обеспечивается меньшим фокусным расстоянием. И, наоборот — чем фокусное расстояние больше, тем меньше угол зрения объектива. Нормальный же угол зрения ТВ камеры эквивалентен, углу зрения человека, при этом объектив имеет фокусное расстояние, пропорциональное размеру диагонали матрицы ПЗС.

Исходя из выше сказанного, объективы принято делить на нормальные, короткофокусные (широкоугольные), длиннофокусные (телеобъективы).

Объективы, фокусное расстояние которых может изменяться более чем в 6 раз, называются ZOOM–объективами (объективами с трансфокатором). Данный класс объективов применяется при необходимости детального просмотра объекта, удаленного от камеры. Например, при использовании ZOOM–объектива с десятикратным увеличением, объект, находящийся на расстоянии 100 м, будет наблюдаться как объект, удаленный на расстоянии 10 м. Наиболее часто используются ZOOM–объективы, оборудованные электроприводами для управления диафрагмой, фокусировкой и увеличением (motorized zoom). Управление камерой, оборудованной данным объективом, оператор может осуществлять с удаленного поста.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ОТВЕРСТИЕ. Обычно объектив имеет два значения относительного отверстия (1:F) или апертуры. Максимальное значение F — минимальное значение F; полностью открытая диафрагма —F минимально, максимальное F —– диафрагма закрыта. Значение F влияет на выходное изображение. Малое F означает, что объектив пропускает больше света, соответственно, камера лучше работает в темное время суток. Объектив с F необходим, при высоком уровне освещенности или отражения. Такой объектив будет препятствовать “ослеплению” камеры, обеспечивая постоянный уровень сигнала. Все объективы с автодиафрагмой используют фильтр нейтральной плотности для увеличения максимального F. Апертура (F) влияет так же и на глубину резкости.

ГЛУБИНА РЕЗКОСТИ. Глубина резкости показывает, какая часть поля зрения находится в фокусе. Большая глубина резкости означает, что большая часть поля зрения находится в фокусе (при закрытой диафрагме возможно достижение бесконечной глубины резкости). Малая же глубина резкости позволяет наблюдать в фокусе лишь небольшой фрагмент поля зрения. На глубину резкости влияют определенные факторы. Так, объективы с широким углом зрения обеспечивают, как правило, большую глубину резкости. Высокое значение F свидетельствует также о большей глубине резкости. Наименьшая глубина резкости возможна ночью, когда диафрагма полностью открыта (поэтому объектив, сфокусированный в дневное время, ночью могут оказаться расфокусированным).

1.2. Классификация существующих систем

Существует множество различных систем, решающих задачи выделения каких-либо объектов или ситуаций, по определённым признаком. Рассмотрим более подробно некоторые реально действующие системы в Москве.

ПДД-Инспектор - Система автоматического определения фактов нарушения правил дорожного движения.

Область применения

Реализуемая в настоящее время Федеральная целевая программа "Повышение безопасности дорожного движения в 2006 - 2012 гг." должна значительно повысить уровень безопасности дорожного движения, снизить показатели аварийности и, следовательно, уменьшить социальную остроту проблемы.