Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Телекамеры в системах видеонаблюдения137Рис. 5.29. Концепция кадрово-строчного переносаИмпульсы переноса зарядов в ПЗС-матрицахКачество сигнала, даваемого ПЗС-матрицей, зависит от импульсов переноса заряда. Импульсы генерируются внутренним кварцевым генератором телекамеры. Частота зависит от многих факторов, но, восновном, от числа пикселов ПЗС-матрицы, типа переноса заряда (покадровый, строчный, кадровострочный), а также числа фаз для каждого элементарного сдвига зарядов, в частности, элементарныйсдвиг может производиться двухфазным, трехфазным или четырехфазным сдвиговым импульсом.
Ввидеонаблюдении наиболее распространены телекамеры с трехфазным импульсом переноса.Как вы можете себе представить, кварцевый генератор камеры должен иметь частоту, по крайней мере,в несколько раз более высокую, чем полоса пропускания видеосигнала, формируемого телекамерой.Все другие синхроимпульсы, в том числе и импульсы переноса, формируются из этой тактовой частоты.На схеме рис. 5.30 показано, как происходит перенос заряда в рамках трехфазовой концепции.Импульсы, обозначенные как фл, ф2 и ф3 это импульсы низкого напряжения (обычно от 0 до 5 В), поэтому ПЗС-камеры не нуждаются в высоком напряжении, как это обстояло с передающими трубками.На рис. 5.30 показано, как формируются синхроимпульсы видеосигнала при помощи главногосинхрогенератора.http://www.
itv. ruITV — генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»138CCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюденияРис. 5.30. Тактовые импульсы ПЗС-матрицы генерируются главным синхрогенераторомЭто только один из многих примеров, но он демонстрирует всю сложность и количество генерируемых в ПЗС-телекамере импульсов.ПЗС-матрица как устройство дискретизацииКак мы уже говорили, используемая в видеонаблюдении ПЗС-матрица является двумерной, состоящей из элементов изображения (пикселов). Разрешающая способность, даваемая такой матрицей, зависит от числа пикселов и разрешающей способности объектива.
Поскольку последняяобычно выше, чем разрешение ПЗС-матрицы, то мы не будем считать оптическое разрешениекамнем преткновения. Однако, как говорилось в разделе ФПМ, объективы изготавливаются с разрешением, подходящим для конкретного размера изображения, и следует осторожно использоватьсоответствующую оптику с матрицами различного размера.Есть и еще один важный момент, касающийся разрешения ПЗС, это отсутствие непрерывности ТВлиний. ТВ-линия, даваемая телекамерой с передающей трубкой, получается в результате непрерывного сканирования электронным лучом вдоль строки.
ПЗС-матрица состоит из дискретных пикселов, и поэтому информация одной ТВ-линии состоит из дискретных значений, соответствующих«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюдения139каждому пикселу. Этот метод дает не цифровую информацию, а скорее дискретную выборку. Такимобразом ПЗС-матрица — это оптическое устройство дискретизации.Как и в случае других устройств дискретизации, мы не получаем полную информацию по каждойстроке, только дискретные значения в позициях, соответствующих позициям пикселов.Может показаться, что восстановить непрерывный сигнал из отдельных его частей невозможно.Однако в 1928 г.
Найквист показал, что сигнал может быть реконструирован без потери информации, если частота дискретизации равна, по меньшей мере, двойной ширине спектра сигнала (Точнее, не менее, чем в два раза больше самой высокочастотной составляющей спектра сигнала. ВРоссии это положение называют теоремой Котельникова. Прим. ред.). Значения сигнала междувыборочными точками знать не обязательно. Это важная теорема, доказанная и используемаяво многих электронных устройствах дискретизации, CD-аудио, видео и др.
Частота дискретизации,эквивалентная удвоенной ширине спектра, называется частотой Найквиста.Есть, однако, и нежелательный побочный продукт ПЗС-дискретизации. Это хорошо известная муаровая картина, которая получается в случаях, когда снимается объект с более высоким разрешением. Обычно это хорошо видно, например, если диктор, ведущий программу новостей, наденетрубаху с очень мелким узором. Математически это соответствует случаю, когда максимальная частота приближается к частоте дискретизации. Поскольку пространственная частота дискретизациидолжна быть в два раза больше максимальной частоты оптического изображения Fsmax, мы можемпредставить ее в частотной области одним значением частоты в области частоты Найквиста F^^.Пространственный спектр оптического сигнала основной полосы частот будет модулироваться вРис. 5.31.
ПЗС-матрица как устройство дискретизацииhttp://www. itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»1405. Телекамеры в системах видеонаблюденияCCTVИспытательная таблица высокого разрешенияПЗС-матрица из пикселов (разрешение немного ниже, чем у проецируемой на нее испытательной таблицы)Воспроизведение на видеомониторе высокого разрешенияКажущееся новое разрешениеРис. 5.32«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюдения141окрестностях этой частоты, что очень похоже на амплитудную модуляцию спектра боковых полос.Если в оптическом изображении, спроецированном на ПЗС-матрицу, присутствуют высокие частоты и эти частоты выше половины частоты FNYQUIST,то боковые полосы (после дискретизации) наложатся на видимую основную полосу, и в результате мы увидим нежелательную картинку, муар.
Муаровая частота ниже самой высокой частоты телекамеры FNYQUIST/ 2-FsmaxЧтобы минимизировать этот эффект применяется низкочастотная оптическая фильтрация (lowpass optical filtering, LPO). Фильтры обычно составляют часть стеклянной маски ПЗС-матрицы иформируются путем комбинирования нескольких двоякопреломляющих кварцевых пластин.Эффект аналогичен размыванию (blurring) мелких деталей оптического изображения.Двойная коррелированная выборкаШум в ПЗС-матрице имеет несколько источников. Самый значительный — это тепловой шум, всущественной степени он может быть вызван примесями в полупроводниках и недостатками процесса производства.Высокий уровень шума снижает динамический диапазон фотоэлемента, что в свою очередь ухудшает качество изображения.Тщательное проектирование ПЗС-устройств и точное изготовление позволяют снизить шумы. Низкая рабочая температура может снизить тепловые шумы.
К сожалению, пользователь редко способен управлять этими параметрами.Однако, существует метод обработки сигнала, позволяющий существенно уменьшить шум, и этотметод может быть реализован в конструкции ПЗС-камеры. Этот метод называется двойная коррелированная выборка (ДКВ). Термин выборка здесь относится к выборке выходного сигнала.Концепция ДКВ основана на том факте, что в видеосигнале и опорном сигнале существует одна и та жешумовая компонента. А именно, когда выходной каскад ПЗС-матрицы переносит зарядовый пакет, онпреобразуется в выходное напряжение. Для этого используется плавающая считывающая диффузия,чтобы собирать зарядовые пакеты сигнала при их переносе с ПЗС-матрицы.
По мере переноса зарядовых пакетов напряжение на считывающей диффузии падает. Это напряжение представляет собойданные видеосигнала и усиливается на матрице усилителем с термокомпенсацией. Прежде чем следующий зарядовый пакет сможет быть перенесен в область диффузии, она должна быть полностьюочищена от предыдущего пакета. Это выполняет опорный сигнал сброса, который содержит такую жекомпоненту теплового шума, что и видеосигнал матрицы.
Если заранее сохранить эту компоненту шума, то потом ее легко вычесть из результирующего сигнала, который содержит шум и полезный сигнал.Рис. 5.33. Двойная коррелированная выборка — один из способов уменьшения шума в ПЗС-матрицеhttp://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»1425.
Телекамеры в системах видеонаблюденияCCTVДКВ лучше всего работает при использовании двух быстродействующих цепей выборки и фиксации, подсоединенных к выходному сигналу фотоприемника через низкочастотный фильтр.Мы не будем углубляться в архитектуру этих цепей, так как это выходит за рамки данной книги, но следует помнить, что схема ДКВ является частью электронной системы телекамеры, а не ПЗС-матрицы.Технические параметры телекамер и что они означаютОсновные задачи телекамеры — захват изображений, разбиение их на ряд неподвижных кадров истрок, передача и быстрое воспроизведение на экране, в результате чего человеческий глазвоспринимает их как движущееся изображение.Выбирая телекамеру, мы должны принимать во внимание ряд характеристик.
Некоторые из нихочень важны, другие не очень, все зависит от применения.Невозможно судить о телекамере на основе только одной или двух характеристик, взятыхиз инструкции.Различные производители используют различные критерии и методы оценки, и в большинстве случаев, даже если мы знаем, как интерпретировать все числа из технического паспорта, нам все жеприходится самим оценивать качество изображения, сравнивая его с изображением, даваемымдругой телекамерой.Сравнительный тест — это зачастую наилучший и единственный объективный способ проверки характеристик телекамеры — вертикального ореола, шума, чувствительности и пр.Не забывайте, что общее впечатление о хорошем качестве изображения создается комбинацией многихфакторов: разрешающей способности, ореола, чувствительности, шума, гамма-коррекции и пр.Человеческий глаз не одинаково чувствителен ко всем этим факторам.Люди, не обладающие достаточным опытом, будут удивлены, узнав, что разница в разрешающейспособности в 50 ТВЛ иногда менее важна для качества изображения, чем, например, правильнаяустановка гамма-коррекции или разница в 3 дБ в отношении сигнал/шум.Рассмотрим некоторые наиболее важные характеристики:ОООООЧувствительность телекамеры;Минимальная освещенность;Разрешающая способность телекамеры;Отношение сигнал/шум;Динамический диапазон.Другие, менее важные, но тоже имеющие значение характеристики включают: гамма-коррекцию, темновой ток, спектральную чувствительность, оптическую низкочастотную фильтрацию, диапазон АРУ в дБ,энергопотребление, габаритные размеры и пр.ЧувствительностьЧувствительность телекамеры, четко определенная в широковещательном ТВ, в видеонаблюдениичасто понимается неверно, ее обычно путают с минимальной освещенностью.Чувствительность характеризуется минимальным отверстием диафрагмы (максимальнымF-числом), дающим видеосигнал полного размаха 1 В на тестовой таблице, освещенностькоторой равна точно 2000 лк и создана источником с цветовой температурой 3200° К.«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}
