Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Трехматричныецветные телекамеры, используемые в телевещании, могут иметь гораздо более высокое разрешение. Появились телекамеры высокой четкости, где три 1 -дюймовые матрицы дают горизонтальноеразрешение, близкое к 1000 ТВЛ.Отношение сигнал/шумОтношение сигнал/шум показывает, насколько хорош может быть видеосигнал телекамеры, особенно в условиях низкой освещенности.
Шума избежать невозможно, но его можно минимизировать. В основном, он зависит от качества ПЗС-матрицы, электроники и внешних электромагнитныхвоздействий, но также в сильной степени и от температуры электроники. Металлический корпустелекамеры в значительной степени защищает от внешних электромагнитных воздействий (Строгоговоря, внешние электромагнитные воздействия, как правило, являются стационарными процессами, поэтому их нельзя относить к шумам; их и называют наводками или помехами. Прим.
ред.).Источниками шума внутри телекамеры являются как пассивные, так и активные компоненты, поэтому «зашумленность» зависит от их качества, конструкции системы и в сильной степени от темпера-http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»150CCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюдениятуры. Вот почему, указывая отношение сигнал/шум, производитель должен также указать и температуру, при которой проводились измерения.Шум в изображении аналогичен по природе шуму в аудиозаписях. На экране зашумленное изображение дает зернистость или снег, а на цветном изображении могут быть цветовые вспышки.
Сильно зашумленные видеосигналы бывает трудно синхронизировать, изображение может получитьсянечетким, с плохим разрешением. Зашумленное изображение от телекамеры становится еще хужепри уменьшении освещенности объекта, а также при использовании АРУ с большим усилением.Отношение сигнал/шум выражается в децибелах (дБ).Децибелы — это относительные единицы. Отношение выражается не в виде абсолютной величины,а в форме логарифма. Причина проста: логарифмы позволяют переводить большие отношениячисел к двух-трехзначным числам, но что более важно, преобразование сигнала (при вычислениизатухания или усиления системы) сводится к простому сложению или умножению. Другая причинаиспользования децибел (т.е.
логарифма) — это более естественное понимание уровня звука иизображения. В частности, ухо человека воспринимает звук, а глаз воспринимает свет, подчиняясьлогарифмическому закону.Если вычисляется отношение любых двух величин, выраженных в одинаковых единицах, то врезультате получаются дБ. Если же считается отношение к какому-то уровню, например, уровеньнапряжения относительно 1 мВ, то единицы называются дБмВ. Если мощность выражена относительно 1 мкВт, то единица называется дБмкВт.Общая формула для отношений напряжения и силы тока имеет вид:(41)Где Uc — напряжение сигнала, Uш — напряжение шума. Значения тока используются, если нужно показать отношение токов.Если целью сравнения является отношение мощностей, то формула принимает несколько иной вид:(42)Мы не будем вдаваться в объяснения по поводу различий (10 и 20), но запомните, что это вытекаетиз соотношения между напряжением, силой тока и мощностью.В видеонаблюдении мы используем децибелы, в основном, для вычисления соотношения напряжений, то есть мы будем использовать только первую формулу.В таблице приведены некоторые значения отношений напряжений (тока) и мощности в дБ.
Обратите внимание на разницу между этими двумя величинами. В то время, как разница по напряжению в3 дБ означает, что значение одного напряжения на 41% больше сравниваемого значения, то длямощности 3 дБ означают двойное увеличение мощности (100%-увеличение).Таблица 5.1.
Перевод в децибелыОтношение сигнал/шум ПЗС-телекамеры измеряется не так, как это делается в телевещании илипри передаче сигнала. В сигнале телевещания отношение сигнал/шум — это отношение сигнала кшуму, накопленному при передаче сигнала от передатчика к приемнику. Оно определяется какотношение (в дБ) амплитуды сигнала, соответствующего шкале градаций яркости, к среднеквадратическому значению напряжения наложенного случайного шума, измеренного в полосе частот от«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5.
Телекамеры в системах видеонаблюдения15110 кГц до 5 МГц. Есть специальные приборы, спроектированные для непосредственного измеренияэтой величины при использовании сигнала испытательной строки (VITS).Отношениесигнал/шумПЗС-телекамерыопределяется как отношение сигнала к шуму,производимомуматрицейиэлектроникойтелекамеры. Чтобы получить реальное отношениесигнал/шум телекамеры, все внутренние цепи (такили иначе влияющие на сигнал) должны бытьотключены,включаягамма-коррекцию, АРУ,электронный затвор и схему компенсации встречнойзасветки. Температура должна быть на уровнекомнатной. Самый простой метод измерения шумав сигнале телекамеры — это использованиеспециального измерителя шума. Это устройствооценивает шум в полосе от 100 кГц до 5 МГц ивыводит отношение сигнал/шум прямо в децибелах.Рис. 5.43.
Телекамера с охлаждающим элементом Пель- Для ПЗС-телекамер в видеонаблюдении отношениетье, который поддерживает рабочую температуру сигнал/шум более 48 дБ считается хорошим.ПЗС-матрицы около 5°С и снижает шумы на 85%.Следует помнить, что изменение отношениясигнал/шум на 3 дБ означает примерно 30-процентное уменьшение шума, так как уровеньвидеосигнала не меняется. И при сравнении телекамеры, у которой сигнал/шум равен 48 дБ, стелекамерой, у которой, например, эта величина равна 51 дБ, последняя даст значительно лучшееизображение, что будет особенно заметно при низких уровнях освещенности. Говоря об отношениисигнал/шум, мы всегда полагаем, что АРУ отключена.Если не допускать значительного нагрева телекамеры, то шум будет меньше.Для сравнения приведем такую величину: ПЗС-телекамеры в телевещании имеют отношениесигнал/шум более 56 дБ, что чрезвычайно хорошо для аналогового видеосигнала.Эффективное охлаждение телекамеры значительно уменьшает шумы.
Снижение температуры длялюбой электроники означает уменьшение шумов. В астрономии и других сферах применения существуют специальные телекамеры с охлаждением, которые разработаны таким образом, что ПЗСматрица охлаждается очень эффективно. Нередко можно встретить охлаждение до -50°С и ниже.Для специфических сфер применения используются телекамеры, у которых блок с ПЗС-матрицейимеет возможность подключения охладителя. Некоторые модели, наподобие той, которая изображена на иллюстрации, используют охлаждающие элементы Пельтье, для того чтобы постоянно поддерживать температуру ПЗС-матрицы на уровне 5°С, что снижает шум до 1/8 от величины шума прикомнатной температуре.
Поэтому необходимо отметить, что если в системе видеонаблюдения неиспользуются качественные телекамеры, то их перегрев может очень сильно повлиять на качествоизображения.Динамический диапазон ПЗС-матрицыДинамический диапазон нечасто упоминается в технических характеристиках телекамер системвидеонаблюдения. Однако, это очень важная деталь, характеризующая эффективность камеры.Динамический диапазон ПЗС-матрицы определяется как максимальный сигнал накопления(насыщенная экспозиция), деленный на общее среднеквадратическое значение шума эквивалентной экспозиции.
Динамический диапазон аналогичен отношению сигнал/шум, но относится только к динамике ПЗС-матрицы при обработке темных и ярких объектов в пределах одной сцены.Отношение сигнал/шум относится к полному сигналу, включая электронные схемы телекамеры, ивыражается в дБ, а динамический диапазон — это отношение, не логарифм.http://www. itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»1525. Телекамеры в системах видеонаблюденияCCTVЭто число показывает световой диапазон, обрабатываемый ПЗС-матрицей, только этот диапазонвыражается не в фотометрических единицах, а взначенияхсформированногоэлектрическогосигнала. Он начинается с очень низких уровнейсвета, равных среднеквадратическому значениюшума ПЗС-матрицы и доходит до уровня насыщенности.
Поскольку это отношение двух значений напряжения, то величина безразмерная,обычно порядка нескольких тысяч. Типичные значения лежат между 1000 и 100000. Внешний светможет легко превысить уровень насыщения ПЗСматрицы, так как динамический диапазон вариаРис. 5.44. Слева телекамера дает заметныйций света в уличных условиях гораздо шире, чемвертикальный ореол, справа ореол почти незаметенможет обработать ПЗС-матрица. Например, вясный солнечный день ПЗС-матрица быстро достигает насыщения, особенно если телекамера неимеет АРУ, автодиафрагму или электронный затвор.
Автодиафрагма оптически блокируетизбыточный свет и снижает его до верхнего уровня ПЗС-матрицы, в то время как электронныйзатвор делает то же, электронным образом снижая время экспозиции матрицы (которое внормальных условиях составляет 1/50 с для сигнала CCIR/PAL и 1/60 с для EIA/NTSC).Когда достигается уровень насыщения при экспозиции ПЗС-матрицы (1/50 с в PAL и 1/60 с в NTSC),может проявиться эффект «заплывания» (blooming), когда избыточный свет насыщает не толькоте элементы изображения (пикселы), на которые он падает, но и соседние тоже. В результате утелекамеры снижается разрешающая способность и детальная информация в ярких зонах.
Чтобырешить эту проблему, во многих ПЗС-матрицах была разработана специальная секция (anti-blooming). Эта секция ограничивает количество зарядов, которые могут собираться на каждом пикселе.Если эта секция спроецирована нормально, ни один пиксел не может аккумулировать большийзаряд, чем могут передать сдвиговые регистры. Итак, даже если динамический диапазон такогосигнала ограничен, детали в ярких областях изображения не теряются. Это может оказатьсячрезвычайно важным в сложных условиях освещения: если телекамера «смотрит» на свет фаравтомобиля или ведется наблюдение в коридорах на фоне яркого света.Некоторые изготовители телекамер (вроде Plettac) разработали специальную схему, которая блокирует перенасыщенные зоны на этапе цифровой обработки сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
