Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 10
Текст из файла (страница 10)
собирающей способности линзы. Чем ниже Fчисло, тем больше света проходит через объектив (ниже мы еще рассмотрим этот вопрос). Этавеличина также пропорциональна коэффициенту пропускания объектива т. А именно, в зависимости от качества стекла и производителя, а также от механики внутренних поверхностей, определенный процент света теряется в самом объективе.Все вышеупомянутые факторы можно представить следующим соотношением:[лк](11]Ниже мы покажем, как выводится это соотношение, чтобы люди, используя эти формулы, могличетко понимать, что здесь предполагается, а что аппроксимируется (11).
Но поскольку для этоготребуются более сложные математические выкладки, то читатели, не испытывающие к этому интерес или не имеющие соответствующей базы, могут просто воспользоваться соотношением (11) каконо есть, помня при этом, что L — это средняя яркость объекта (в люксах), — это коэффициентпропускания объектива (в процентах), F— это F-число и равно 3.14.Объект, находящийся в поле зрения камеры и освещенный источником света, испускает свет практически во всех направлениях, в зависимости от функции отражения. На практике объект с гладки-Рис.2.10. Ламбертовская рассеивающая поверхностьhttp://www. itv.
ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»382. Свет и телевидениеCCTVми поверхностями в большинстве случаев может считаться ламбертовской равномерно рассеивающей поверхностью.Тогда можно рассматривать поток, проходящий через полусферу радиуса с центром ds. Пусть— это приращение угланормали, тогда поток в объеме, образованном вращением углапроходитчерез окружность на поверхности сферы, причем радиус окружности равен г dθ, длина — 2πr2 sinθ dθ.Эта элементарная площадка на поверхности сферы задается следующим соотношением:(12) и тогда телесный угол ω, стягиваемый конусом в центре сферы,задается соотношением:[стерадиан](13)поскольку сила света на ламбертовской поверхности (поток в стерадиане) в заданном направлениипропорциональна косинусу угла к нормали, а сила света полной поверхности в направлении нормали равна /, то под углом она будет равнаСила света элементарной площадки ds равна:[люмен/стерадиан = кандел](14)поскольку I/s это действительная освещенность L в перпендикулярном направлении, то вышеприведенное соотношение принимает вид:[кд](15)Элементарный поток dF равен элементарной силе света dl, помноженной на телесный угол:[лм](16)Общий поток в конусе, образованном угломможно найти интегрированием от 0 до[лм](17)Если мы хотим найти полный световой поток, испускаемый во всех направлениях, то нужно положить угол равным 90°, тогда получим:[лм](18)Теперь, если нам надо сосчитать поток в телесном угле, меньшем 90°, как это происходит в случае,когда камера направлена на объект, общий поток Ft задается формулой:[лм](19)Если коэффициент пропускания линзы равенпанель), равен:то поток, падающий на плоскость ПЗС (или лицевуюОсвещенность ПЗС-матрицы (или лицевой панели) будет равна потоку, деленному на площадь, т.е.[лк]«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидению(21)http://www.cctvfocus.ruCCTV392.
Свет и телевидениеРис.2.11. Вычисление светового излучения с помощью ламбертовской рассеивающей поверхностиОтношениеобратное которому использовалось в предыдущей формуле, известно каккоэффициент увеличения объектива т. Коэффициент увеличения может быть также аппроксимирован как отношение между фокусным расстоянием линзы и расстоянием от линзы до объекта(22)Когда мы произведем подстановку этих отношений в нашу основную формулу, то получим:[лк](23)Здесь потребуется ввести еще одно отношение, связанное с объективом (d/f), которое такжеизвестно как F-число объектива.
Для объектов, которые расположены достаточно далеко оттелекамеры (а это типично в большинстве случаев для систем видеонаблюдения) будетсправедливо следующее:Рис. 2.12. Вычисление количества света, падающего на ПЗС-матрицуhttp://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»402. Свет и телевидениеCCTV(24)Такое допущение имеет право на существование, потому что для очень больших расстояний дообъекта угол будет крайне мал, а значение косинуса этого угла будет стремиться к 1.Таким образом, мы можем заменитьна, и наше уравнение примет следующий вид:[лк](25)Это уравнение можно упростить:(26)И, наконец, это уравнение преобразуется в упрощенную формулу для расчета количества света,попадающего в фотоприемник:[лк](27)Это очень удобная и полезная формула для приблизительного расчета освещенностифотоприемника, поскольку в ней используется только две переменные (яркость объекта и F-числообъектива).
Впрочем, не следует забывать: формула эта приблизительная, ее следуетиспользовать только для грубых расчетов и только в тех случаях, когда выполняются условия,справедливые для вышеупомянутых допущений, то есть телекамера должна быть направлена наобъект, рассеивающий свет примерно так же, как ламбертовская рассеивающая поверхность(в реальности так ведут себя большинство объектов, кроме зеркал и им подобных поверхностей), асам объект должен быть расположен достаточно далеко (по сравнению с фокусным расстоянием)от телекамеры. Обычно коэффициент пропускания объектива меняется в пределах от 0.75 до 0.95.Если производитель его не указывает, то для вычислений можно принимать значение 0.8.Давайте рассмотрим пример. Пусть освещенность плоскости объекта составляет около 300 лк, какпримерно в любом помещении офиса (пусть это будет Eobject), яркость можно найти, используя коэффициент отражения окружающих объектов, т.е.
L= Eobject · р. Как уже упоминалось выше, различныеобъекты имеют различные коэффициенты отражения, но мы не далеко уйдем от реальности, еслипримем его равным 50% для условий офиса. Если диафрагма объектива установлена на F/16, тоосвещенность ПЗС-плоскости будет составлять приблизительно Епзс= 0.8-3.14-300-0.5/(4-256) =О.Зблк. Это вместе с АРУ (AGC) камеры вполне реалистичная освещенность плоскости ПЗС-матрицы полного видеосигнала. Если же диафрагма объектива установлена на F/1.4, например, то освещенность ПЗС-плоскости будет равна примерно 48 лк (согласно соотношению (17)).
Это значениегораздо выше необходимого для ПЗС-матрицы, и на практике она может дать узнаваемое изображение, только если используется автоустановка диафрагмы или если камера снабжена электронной встроенной (или ПЗС) диафрагмой. Если используется ручная установка F/1.4 и АРУ камерыотключена, 48 лк на чипе даст интенсивное или размытое белое изображение.Базовое практическое правило заключается в том, что даже с низким F-числом объектив ослабляет свет в десятки раз.
Чем выше F-число, тем ниже количество света, достигающего ПЗС-плоскости. Фактически оно обратно пропорционально квадрату F-числа.Полученные результаты приводят нас к очень интересному вопросу, связанному с ПЗС-камерами(особенно ч/б): если освещенность объекта такая же, как в солнечный день (примерно 100 000 лк),то F-число должно быть очень велико. Это порядка 0.1-0.3 лк (или около того) для полного видеосигнала. Такое F-число действительно столь велико, что объектив должен ослаблять сигнал в1 000 000 раз. Используя приближенную формулу (16) и предполагая такие же значения дляир=0.5, а также имея в виду, что ПЗС-матрица камеры требует 0.2 лк на 1 Vpp сигнал, мы получим Fчисло, равное 886.«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV2.
Свет и телевидение41Это очень большое число для механических средств (листового затвора). Точность его движенияограничена, и, что еще более важно, при малых раскрытиях диафрагмы становится заметен нежелательный оптический эффект, называемый краевой рефракцией Френеля. На практике это означает, что очень высокие F-числа не могут быть достигнуты при использовании лишь механическихметодов.
Поэтому используются специальные оптические фильтры нейтральной плотности (neutraldensity filter, ND), чтобы помочь затвору обеспечить высокие F-числа, требуемые для чувствительных ПЗС-матриц.Для обеспечения полностью насыщенного сигнала в 1 Vpp на выходе камеры (с отключенной АРУ) вслучае ч/б ПЗС-матриц Епзс должно быть около 0.1 лк. Некоторые производители приводят болеенизкие значения, ссылаясь обычно лишь на процент видеосигнала.Цвет и телевидениеЦвет — очень важная и сложная проблема в видеонаблюдении. Хотя многие все еще предпочитаютмонохромные (ч/б) камеры, которые имеют более высокую чувствительность и реагируют на невидимый инфракрасный спектр, цветные камеры получают все более широкое распространение. Запоследние несколько лет, прошедшие со времени предыдущего издания книги, немало производителей стали предлагать так называемые камеры «день/ночь», которые автоматически переключаются в черно-белый режим, когда уровень освещенности падает ниже определенного значения.Цвет дает ценную дополнительную информацию о наблюдаемых объектах.
Но важнее то, что человеческий глаз фиксирует цветовую информацию быстрее, чем мелкие детали объекта. Впрочем,недостатком цветных телекамер были худшие (по сравнению с черно-белыми телекамерами) эксплуатационные показатели в условиях слабой освещенности. Это связано с использованиеминфракрасного отсекающего фильтра на ПЗС-матрицах цветных телекамер, который ослабляетсвет и убирает невидимое излучение инфракрасного диапазона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
