Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 13
Текст из файла (страница 13)
и принят в большинстве европейских стран,Австралии, Новой Зеландии, Китае, Индии и во многих странах Африки и Ближнего Востока. Стандарт PAL использует более широкую полосу пропускания канала, чем система NTSC, что позволяетполучать более качественную картинку. Кроме того, кодирование цвета в PAL разрабатывалосьпозднее NTSC и обеспечивает более точное воспроизведение цвета и обладает лучшей помехозащищенностью.Стандарт SECAM также появился в начале 1960-х гг. и распространен во Франции и других странахЕвропы, включая страны бывшего СССР.
Система SECAM использует ту же ширину полосы, что иPAL, но передает цветовую информацию последовательно. Дополнительные 100 строк в системахSECAM и PAL придают видеоизображению больше четкости и яркости, но смена всего 50 развертокв секунду (в сравнении с 60 развертками в NTSC) может оставлять на экране небольшое мерцание.С появлением новых цифровых стандартов телевидения (DTV) стало возможным использование какчересстрочной, так и прогрессивной развертки. В этом случае они обычно обозначаются латинскими буквами «i» (чересстрочная развертка) или «р» (прогрессивная развертка). Так, например,сокращение «1080i» обозначает формат телевидения высокой четкости (HDTV) с форматом кадра1920x1080 пикселов и чересстрочной разверткой.http://www.
itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»CCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения513. Оптика в системах видеонаблюденияНекоторые считают качество оптики в системах видеонаблюдения доказанным. С повышениемразрешающей способности телекамер и с миниатюризацией ПЗС-матриц мы все ближе подходимк пределу разрешающей способности, определяемому оптикой, поэтому нам требуется знатьнесколько больше, чем среднему технику. В этой главе обсуждаются, опять же в упрощенном виде,наиболее общие оптические термины, концепции и устройства, используемые в системах видеонаблюдения.ПреломлениеСамая первая и основная концепция, с которой следует ознакомиться, это концепция преломления и отражения.Когда луч света, распространяющийся в воздухе или вакууме, попадает в плотную среду, вродеводы или стекла, его скорость снижается в η раз (п всегда больше 1); η называется показателемпреломления.
Различные среды (прозрачные для света) имеют различные показатели преломления. Например, скорость света в воздухе составляет 300000 км/с (и почти столько же в вакууме). Акогда луч света проходит через стекло, показатель преломления которого равен 1.5, скоростьуменьшается до 200000 км/с.Согласно волновой теории света уменьшение скорости света отражается в уменьшении длиныволны. Это явление представляет собой основу концепции преломления. Если луч света падает наповерхность стекла перпендикулярно, длина световой волны уменьшается, но когда луч покидаетстекло, скорость восстанавливается до нормального значения, т.е. восстанавливается начальная«воздушная длина волны», и свет продолжает распространяться в том же направлении.
Однако же,если луч света падает на поверхность стекла под любым другим углом, получаются интересныевещи: луч (в этом случае он рассматривается с точки зрения волновой природы света) имеет фронт,который не одновременно пересекает стекло (потому что падает под углом). Часть фронта, котораяпервой попадает в новую среду, «замедляется» первой. Конечным результатом становится преломление луча света, т.е. луч слегка отклоняется от первоначального направления. Величина отклонения зависит от оптической плотности среды.Рис. 3.1. Рефракция света и закон Снелиусаhttp://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV.
Библия видеонаблюдения»523. Оптика в системах видеонаблюденияCCTVЧем плотнее среда, т.е. чем выше показательпреломления, тем больше луч отклоняется отпервоначального направления.Существует очень простое соотношение междууглами падения и отражения и показателями преломления двух различных сред. Это соотношениебыло открыто голландским физиком Виллеброр-домСнелиусом в начале XVII века.
Используя простыевычисления,мыможемопределитьуглыотражения в различных средах. Мы рассмотримэто позже, при вычислении углов полного отраженияи числовой апертуры в волоконной оптике.На рис. 3.1 основы преломления пояснены граРис. 3.2. Преломление лазерного луча при фически; здесь предполагается, что на стекло падаетпрохождении через призмумонохроматический (одной частоты) луч света. Нарисунке также показано, что определенный процент падающего света всегда отражаетсяобратно в воздух (или вакуум), но в случае стекла этот процент очень мал.Теория преломления и отражения будет использоваться в последующих разделах, когда мы будемрассматривать теорию линз и волоконной оптики.Линзы как оптические элементыЕсть два основных типа линз: выпуклые и вогнутые.Линзы первого типа, выпуклые, имеют положительное фокусное расстояние, т.е.
действительныйфокус, и называются такие линзы увеличивающими, так как они увеличивают изображение объекта.Линзы второго типа, вогнутые, имеют отрицательное фокусное расстояние, т.е. мнимый фокус, ониуменьшают изображение объекта.Каждая линза характеризуется следующими основными параметрами:•••••О оптическая плоскость (плоскость, проходящая через центр линзы);О оптическая ось (ось, перпендикулярная оптической плоскости и проходящая через еецентр);О фокус (точка пересечения лучей, падающих параллельно оптической оси);О фокусное расстояние (расстояние между оптической плоскостью и фокусом в метрах);О диоптрии (величина, обратная фокусному расстоянию, выраженному в метрах).В зависимости от физических размеров и типа поверхности существует множество различныхтипов линз: плосковыпуклые, выпукло-вогнутые, плосковогнутые и т.д.
Название типа многое говорит о физическом строении линз, при этом «плоско» означает, что одна из двух поверхностей линзыплоская.Чтобы скорректировать различные искажения (аберрации), вызванные рядом факторов,приходится объединять различные типы линз.В качестве примера, поясняющего необходимость коррекции, давайте рассмотрим солнечный луч,падающий на призму (рис.
3.5).Нам всем знаком эффект радуги, возникающей на второй стороне призмы. Эффект возникает изза того, что «белые» солнечные лучи содержат все длины волн (т.е. цвета), которые только можетразличать человеческий глаз. Поскольку все эти лучи входят в стекло призмы с показателем преломления п^^, то различные длины волн меняются в несколько разной степени (пропорционально«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения53Рис. 3.3. Выпуклая и вогнутая линзыих частоте), таким образом создавая радугу на второй стороне призмы. Это реальное разложениебелого света.
Красному цвету соответствует самая большая длина волны (низкая частота), ипоэтому его преломление наименьшее. Фиолетовому цвету соответствуют самые короткие волны(наибольшая частота), и поэтому он больше всего преломляется.Аналогичный эффект возникает в изумительной радуге после дождя, когда происходит преломление и отражение солнечных лучей в капельках дождя.Несмотря на впечатляющий эффект этого явления, оно нежелательно при создании линз.Выпуклая линза может быть аппроксимирована большим количеством маленьких призм, прилегающихдруг к другу и образующих мозаику. Понятно, что изображение, созданное такой линзой на основедневного света (что происходит наиболее часто),будет разлагаться на основные цвета так же, как этопроисходит в случае разложения света призмой.Это означает, что когда белые лучи падают напростую выпуклую линзу, то разным цветам будутсоответствовать разные фокусные расстояния.Это нежелательный эффект, называется он цветовым искажением линзы или хроматическойаберрацией.Итак, следует четко понимать, что причины хроматической аберрации кроются не столько в недостаткахизготовления линзы (хотя и это не исключено),сколько в физическом процессе разложения белогосвета на основные длины волн при прохожденииРис.
3.4. Различные оптические элементы света сквозь единичный элемент линзы.http://www. itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»54CCTV3. Оптика в системах видеонаблюденияРис. 3.5. Разложение белого света призмойХроматическая аберрация может быть минимизирована объединением выпуклых и вогнутыхлинз, при этом белый луч вначале разделяется выпуклой линзой на «дисперсную радугу», а затем«собирается обратно» вогнутой линзой благодаря обратному эффекту вогнутой линзы (относительно угла падения).Если две линзы (выпуклая и вогнутая) тщательно подобраны (по толщине и фокусным точкам), толучи всех цветов собираются в одном и том же фокусе.
Этого можно достичь лишь благодаря тщательному подбору выпукло-вогнутых пар, сохраняющих требуемое фокусное расстояние, как уодноэлементной линзы. Для скрепления двух линз используется специальный прозрачный клей.Мы привели здесь самый простой пример того,почему для создания линзы с определенным фокусным расстоянием требуются многочисленные оптические элементы.Рис. 3.6. Коррекция хроматической аберрацииИмеется множество других оптических искажений,не только хроматическая аберрация, но и геометрическая («подушкообразное» и «бочкообразное»искажения), сферическая и пр.
Название само подсказывает, какой тип искажения накладывается наизображение. Эти искажения могут быть исправлены добавлением в систему дополнительных оптических элементов.При проектировании линз оптикам приходится балансировать между максимально возможнойкоррекцией (чтобы получить изображение высокого качества) и минимальным числом оптическихэлементов (с целью экономии и технологической приемлемости).Можете себе представить, сколько возможных комбинаций придется перебрать, если вы проектируете объектив с заданным фокусным расстоянием, состоящий из полудюжины (или более) различных оптических элементов.
Раньше оптикам припроектировании линз с заданным фокусным расстоянием и размерами приходилось работатьсовместно с математиками и проделывать сотни исотни вычислительных операций вручную. Физические размеры, фокусное расстояние, абсолютноеи относительное расположение элементов — этовсе переменные. Единственный способ найтиРис. 3.7. Система линз с диафрагмой«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения55подходящую комбинацию для известного фокусного расстояния — это мучительно долгий итерационный процесс.Очевидно, желаемым результатом было получение объектива хорошего качества с минимальнымколичеством оптических элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
