Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 32
Текст из файла (страница 32)
объектив проецирует изображение «вверх ногами», и при воспроизведениина видеомониторе нижний правый пиксел попадает в верхний левый угол.В течение следующих 1/50 с область изображения генерирует электроны нового кадра, а в этовремя электронные пакеты в области-маске сдвигаются в горизонтальном направлении, строка застрокой. Пакеты электронов (ток) от каждого пиксела складываются в один сигнал и преобразуются в напряжение, формируя информацию телевизионной строки.С технической точки зрения более точно было бы называть такую операцию «переносом поля», а не«кадровым переносом», но такой термин использовался с ранних дней разработки ПЗС, и мыпримем его таковым, каков он есть.Первая ПЗС-матрица была хороша. Она обладала на удивление хорошей чувствительностью всравнении с ньювиконами и гораздо лучшей чувствительностью, чем видиконы, но появилась новаяпроблема, неведомая камерам-трубкам — вертикальное смазывание (или вертикальныйореол) (vertical smearing).
В частности, в период между двумя последовательными экспозициями, когда активен перенос заряда, ничто не мешает свету генерировать дополнительныеэлектроны. Понятно, ведь электронные камеры не имеют механизма механического затвора, какфото- или пленочные камеры. И там, где на проекции изображения присутствуют области интенсивного света, появляются яркие вертикальные полосы.Чтобы разрешить эту проблему, инженеры изобрели новый способ переноса — строчный перенос. Разница заключается в том (см.
упрощенный чертеж на рис. 5.24), что экспонируемая картинка переносится не вниз во время периода кадрового синхроимпульса, а сдвигается на левыеколонки области маски. Колонки изображения и маски соседствуют друг с другом, перемежаются. Поскольку колонки пикселов маски находятся рядом с колонками пикселов изображения (правее), то сдвиг происходит значительно быстрее, и на генерацию нежелательного сигнала в областях ярких пятен — вертикальный ореол — остается не так много времени.Если быть точным, вертикальный ореол все равно появляется, но в гораздо меньшей степени. Ктому же существенно увеличивается отношение сигнал/шум.У матриц со строчным переносом зарядов есть один недостаток, который исходит из самой концепции: чтобы добавить колонки-маски рядом с колонками изображения и разместить все это на площади, равной площади матрицы с кадровым переносом, приходится уменьшать размер свето«CCTV Фокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5.
Телекамеры в системах видеонаблюдения133чувствительных пикселов. Это снижает чувствительность матриц. Но в сравнении с получаемымипреимуществами, этот недостаток несущественен.Еще одно интересное преимущество — это возможность использовать электронный затвор вПЗС. Это очень привлекательная возможность, ведь естественным временем экспозиции в 1/50 с(1/60 с для NTSC) можно электронным образом управлять и уменьшать до необходимых значений,продолжая выдавать видеосигнал размахом 1 Vpp.Вначале для ПЗС-матриц со строчным переносом предлагалось использовать ручное управлениеэлектронным затвором, но очень скоро появилась и автоматическая версия.
Такой тип управленияназывается автоматической ПЗС-диафрагмой или электронной диафрагмой (electronic iris).Электронная диафрагма устраняет необходимость в использовании объективов с автодиафрагмой.Объективы с ручной установкой диафрагмы могут использоваться с телекамерами с электроннойдиафрагмой даже в уличных условиях (Далеко не во всех случаях, так как динамического диапазона электронного затвора может быть недостаточно для отработки изменений уличного света. Прим.ред.). Однако следует отметить, что электронная диафрагма не может контролировать функцию глубины резкости, обеспечиваемую механической диафрагмой объектива.
И следует такжепомнить, что, когда электронная диафрагма переключается на более высокие скорости затвора, изза низкой эффективности переноса заряда возрастает вертикальный ореол.Рис. 5.22. Принцип работы прибора с зарядовой связью (ПЗС)http://www. itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»1345. Телекамеры в системах видеонаблюденияCCTVГоризонтальный сдвиговый регистр считыванияРис. 5.23. Принцип кадрового переносаИтак, если включен электронный затвор, он может переключаться в пределах от нормальной скорости экспозиции в 1/50 с (1/60 с) до более высокой (менее продолжительной) в зависимости отусловий освещенности. Теоретически экспозиции, длиннее 1/50 с (1/60 с для EIA), не могут использоваться из-за потери ощущения движущегося изображения.
В некоторых ПЗС-телекамерах возможны более длительные экспозиции, и такой режим называется интеграцией (накоплениемзаряда. Прим. ред.). В некоторых последних разработках, включающих цифровую обработку сигнала, интеграция включается автоматически, когда освещенность объекта падает ниже заданногоуровня. Это особенно ценно в отношении цветных телекамер, но пока реализовано только длячерно-белых телекамер (В современных цветных телекамерах с целью повышения их чувствительности реализован режим День/Ночь, благодаря чему при уменьшении освещенности ниже определенного уровня телекамера автоматически переключается на работу в черно-белом режиме. Прим.ред.).
Плата за это - потеря гладкости движения (в режиме накопления мы не можем получить50 полей/с), которая заменяется видимостью движения, аналогичной прерывистому воспроизведению с time-lapse видеомагнитофона.Уменьшение размеров пиксела в матрицах со строчным переносом косвенно снижает минимальную освещенность матрицы. Эта проблема может быть разрешена очень просто (хотя технологически это не очень легко) — поверх каждого пиксела помещается микролинза. Микролинза концентрирует весь падающий свет на маленькую область, на сам пиксел, и эффективно увеличивает минимальную освещенность.
На сегодняшний день наибольшее распространение в видеонаблюденииполучили матрицы со строчным переносом заряда.«ССTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюдения135Рис. 5.24. Принцип строчного переносаТипичный разрез ПЗС-матрицы со строчным переносом и с микролинзами приведен на рис. 5.27.Как видно, микроструктура матрицы становится довольно сложной, когда речь идет о высококачественном сигнале.Самый лучший проект — это последняя разработка, матрица с кадрово-строчным переносом,которая обладает всеми характеристиками строчного переноса плюс уменьшение вертикальногоореола и лучшее отношение сигнал/шум.
Как можно заключить из упрощенной схемы, такая матрица работает со срочным переносом на верхней части матрицы, то есть имеет электронный затвор,но изображение не удерживается в колонках маски в течение экспозиции следующего поля, а сдвигается вниз в более защищенную область маски.В такой матрице вертикальный ореол еще меньше, а также увеличивается отношение сигнал/шум.Здесь также используются микролинзы для улучшения минимальной освещенности. ПЗС-матрицыРис. 5.25.
Сравнение традиционных схем с микролинзами и новой концепции Exwave фирмы Sonyhttp://www. itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»1365. Телекамеры в системах видеонаблюденияCCTVс кадрово-строчным переносом заряда имеют ещеболее совершенную микроструктуру, множествоячеек и областей для предотвращения стеканияизбыточных зарядов на окружающие области,ловушки генерируемых теплом электронов и пр.Матрицы с такими усовершенствованиями обладаюточень высоким динамическим диапазоном, ослабленным вертикальным ореолом и высоким отношением сигнал/шум, что делает их идеальными длясъемок на улице и видеожурналистики. Такие типыкамер в широковещательном телевидении обычноназываются камерами видеожурналистики.Рис.
5.26. Структура ПЗС-матрицы смикролинзами, фотография сделанаэлектронным микроскопомИтак, матрицы с кадрово-строчным переносом длявидеонаблюдения слишком дороги, и, в основном,используются в широковещательном ТВ.Следует отметить, что независимо оттого, насколько совершенна электроника телекамеры, если качествоисточника информации — ПЗС-матрицы — очень высокое, то и телекамера будет высшего качества. Противоположное тоже верно, т.е. дажеесли ПЗС-матрица наивысшего качества, но электроника камеры не всостоянии обработать ее наилучшимвозможным способом, то веськомплект будет комплектом второгокласса.Также следует отметить, что большинство из немногочисленных производителей матриц подразделяютПЗС-устройства одного типа нанесколько классов, в зависимостиот качества и однородности пикселов. Различные производителимогут использовать различныеклассы для одного и того же типаматриц.
Это в итоге отражается нетолько на качестве, но и на ценетелекамеры.Рис. 5.27. Типичная структура ПЗС-матрицыс микролинзамиРис. 5.28. ПЗС-матрицы могут иметь самые разные размеры«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
