Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Схема АРУ видеосигнала «не замечает» слишком ярких зон и не использует их в качестве белых пиковых опорных точек, вместо этого берутся более низкие значения, благодаря чему детали в темных зонах становятся более различимы.Другие фирмы, вроде Panasonic, запатентовали новые методы работы ПЗС-матриц, вместо экспозиции одного поля в каждый период (1/50 с в PAL и 1/60 с в NTSC) за этот период проводится две экспо-Рис. 5.45. Супердинамический эффект в телекамерах Panasonic«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюдения153зиции. Одна — очень короткое время, обычно порядка 1/1000 с,другая — нормальное время, которое зависит от количества света.Затем две экспозиции комбинируются в одно поле, так что яркиезоны экспонируются более короткое время и дают детали в ярком,а более темные области экспонируются дольше, что позволяетполучить детали в темной части изображения, суммарныйэффект — увеличение динамического диапазона телекамеры в 40раз (как утверждает Panasonic).Следует упомянуть, что кроме конструкции самой ПЗС-матриРис.
5.46. Затемнение пиковогоцы важную роль для ее динамического диапазона, как и длясвета в телекамерах фирмы Plettacотношения сигнал/шум, играет температура. Более низкиетемпературы дают меньший уровень шума в любом электронном устройстве, так что динамическийдиапазон увеличится. В научных исследованиях, где нежелателен любой, даже ничтожно малый,шум, используются специально охлажденные ПЗС-головки, а рабочая температура ПЗС-матрицысохраняется в пределах ниже -50° С. Для таких приложений выпускаются телекамеры с ПЗС-блоком со средствами подсоединения охлаждающего агента.Итак, следует помнить, если в системах видеонаблюдения мы не используем телекамерыхорошего качества, то температура может сыграть существенную роль в снижении качестваизображения. Таким образом, очень важно сохранять температуру корпуса телекамеры какможно более низкой.Цветные ПЗС-телекамерыЦветное телевидение — это очень сложная наука.
Основная концепция цветного телевидения, какуже говорилось, заключена в комбинировании трех основных цветов: красного, зеленого, синего.Цветовое смешение происходит в нашем глазу, когда мы смотрим на экран видеомонитора с некоторого расстояния. Дискретные цветные элементы (R, G и В) столь малы, что на самом деле мывидим результирующий цвет, получившийся в результате аддитивного смешения трех компонент.Как мы говорили выше, это называется аддитивным смешением, в противоположность субтрактивному, потому что, добавляя дополнительные цвета, мы получаем большую яркость, и при корректном смешении первичных цветов может быть получен белый цвет.Большинство цветных телекамер в телевещании имеют три ПЗС-матрицы, каждая получает своюкомпоненту цвета.
Разделение белого цвета на компоненты R, G и В производится специальнойоптической светоделительной призмой, устанавливаемой между объективом и ПЗС-матрицами.Светоделительная призма — это очень дорогой и точный оптический блок с дихроическими зеркалами. Такие телекамеры называются трехматричными цветными телекамерами и нечасто применяются в системах видеонаблюдения, так как они значительно более дорогие, чем одноматричныетелекамеры. Однако они имеют очень высокую разрешающую способность и превосходные технические характеристики.В видеонаблюдении чаще всего используются одноматричные цветные телекамеры.
Они формируют композитный цветной видеосигнал, известный как CVBS. В главе 4 мы уже обсуждали цветнойвидеосигнал (см. уравнение (35)); три компоненты видеосигнала, входящие в состав CVBS: яркостной сигнал (Y), красный цветоразностный (V=R-Y) и синий цветоразностный (U=B-Y). Они квадратурно модулированы и вместе с яркостным образуют композитный цветной видеосигнал.
Затем в цветном видеомониторе эти компоненты обрабатываются и получаются первичные сигналы R, G и В.В одноматричных цветных ПЗС-телекамерах цветоделение может производиться одним из двухметодов фильтрации:О Фильтр полос RGB, где три вертикальные пиксельные колонки (полоски) расположены рядомдруг с другом: красная, зеленая, синяя.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV.
Библия видеонаблюдения»154CCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюденияРис. 5.47. Цветная ПЗС-телекамера с тремя матрицами используетсветоделителъную призму для разделения цветовО Комплементарный мозаичный цветовой фильтр, где пикселы ПЗС-матрицы не чувствительнык R, G и В цвету, а чувствительны к дополнительным (комплементарным) цветам — голубому,пурпурному, желтому и зеленому, расположенным в виде мозаики.Первый тип одноматричной цветной ПЗС-камеры дает очень хорошее цветовоспроизведение и требует более простых схем. Однако, такие матрицы «страдают» очень низкой разрешающей способностью по горизонтали, обычно порядка 50% от общего числа пикселов в горизонтальном направлении матрицы. Что касается разрешающей способности по вертикали, то она определяется полнымчислом пикселов по вертикали. Подобный тип телекамер формирует цветные сигналы RGB.Мозаичная одноматричная цветная ПЗС-телекамера требует более сложной электроники и можетотставать по качеству цветопередачи в сравнении с RGB моделями (ведь цветовые преобразованиядолжны относиться к компонентам Су, Ye, Mg, Gr), но дает гораздо более высокую разрешающуюспособность по горизонтали (более 65% горизонтальных пикселов).Рис.
5.48. Фильтр полос RGB одноцветнойПЗС-матрицыРис. 5.49. Комплементарный (Су, Ye, Mg, Gr)мозаичный фильтр одноцветной ПЗС-матрицы«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV5. Телекамеры в системах видеонаблюдения155Поскольку последние наиболее распространены в видеонаблюдении, мы уделимнемного больше места этому вопросу иобъясним, как цветовые компоненты преобразуются в композитный цветной видеосигнал.Мозаичный фильтр, обычно называемыйматрицей цветовых фильтров (CFA,Color Filter Array), разделяет свет на голубой, пурпурный, желтый и зеленый компоненты. Как уже упоминалось, эти цветаявляются дополнительными. И на практикеэтот тип одноматричных ПЗС-телекамериспользует цветовые компоненты Су, Ye, Mgи Gr для создания сигнала яркости Y ицветоразностных сигналов V=R-Yn U=B-YРис. 5.50.
Матрица цветовых фильтров (CFA) цветнойодноматричной ПЗС-телекамерыСледует отметить (для ясности), что одноматричная цветная ПЗС-телекамера имеет светочувствительные пикселы одинаковой кремниевой структуры, не различной для различных цветов, как можно подумать. Именно CFA-фильтр разделяет изображение на цветовые компоненты.Чтобы понять, как это происходит, посмотрите на матрицу цветовых фильтров на рис. 5.50.Такой тип CFA-фильтра относится к телекамере стандартной интеграции поля, т.е. к телекамере,время экспозиции которой составляет 1/50 с для PAL или 1/60 с для NTSC.Как видно из схемы, четыре ячейки горизонтального сдвигового регистра содержат сигналы(Gr+Cy), (Mg+Ye), (Gr+Cy) и (Mg+Ye) соответственно.
Обрабатывая соответствующим образом этичетыре сигнала, мы можем получить три компонента композитного цветного видеосигнала: яркостной (Y), красный цветоразностный сигнал (R-Y) и синий цветоразностный сигнал (B-Y).Во-первых, сигнал яркости получается из соотношения:7 = 1/2 [(Gr + Су) + (Mg + Ye)] = 1/2 (2В + 3G + 2R)(43)Приведенное выше соотношение показывает, как получается сигнал яркости в цветных одноматричных ПЗС-камерах с любым типом фильтрации (как с мозаичным типом фильтра, так и с фильтром полос RGB).Красный цветоразностный сигнал получается по линии А1:R - Y = f(Mg + Ye) - (Gr + Су)] = (2R - Gr) Синий(44)цветоразностный сигнал получается из значений по линии А2:В - Y = f(Gr + Ye) - (Mg + Су)] = (2В - Gr)(45)Итак, эти два сигнала вместе с яркостным замешиваются в композитный видеосигнал и представляют цветной видеосигнал стандарта PAL (или NTSC).Новые разработки постоянно совершенствуют технологию получения изображения (ПЗС и КМОП),и хотя бы одну из них следует упомянуть в этом разделе.
Компания Foveon создала многослойныйодноматричный фотоприемник, в котором разделение цветов происходит не фильтрами на разныхячейках матрицы, а за счет специальной многослойной технологии, где цвета разделяются по мерепроникновения в одну и ту же ячейку. В результате достигается лучшая цветопередача и болеевысокая разрешающая способность. Сейчас уже есть цифровые фотоаппараты с матрицейhttp://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV.
Библия видеонаблюдения»1565. Телекамеры в системах видеонаблюденияCCTVFoveon X3, и не будет ничего удивительного в том, если в будущем появятся и телекамеры сподобной матрицей для систем видеонаблюдения.Баланс белогоОт цветной телекамеры кроме разрешения и минимальной освещенности, мы требуем хорошей иточной цветопередачи.Первые цветные ПЗС-телекамеры имели внешние датчики для определения цвета объекта (обычноустанавливаемые на телекамеру сверху), и оценка света этим датчиком влияла на процесс цветовой обработки. Это называлось автоматический баланс белого (automatic white balance, AWB),но из-за разницы в углах обзора у датчика и объектива, устройство не отличалось большой точностью. В современных телекамерах автоматический баланс белого осуществляется через объектив(TTL-AWB, through-the-lens).Начальная калибровка телекамеры производитсяпутем экспонирования ПЗС-матрицы при включенномпитании.
Для этого перед телекамерой кладут листбелой бумаги и затем камеру включают. При этомкорректировочные коэффициенты запоминаются впамяти телекамеры и затем используются длямодификации всех остальных цветов. Этот процесс взначительнойстепенизависитотцветовойтемпературы источников света в зоне установкителекамеры.Многие телекамеры снабжены кнопкой перезагрузкиAWB без отключения камеры. Насколько хороша этаРис. 5.51. Спектральная чувствительность корректировка, зависит от самой ПЗС-матрицы ицветной телекамеры с ПЗС-матрицей смозаичным ПЗС-филътром Cy-Mg-Gr-Ye конструкции схемы баланса белого.Большинство современных телекамер имеют AWB, новсе-таки еще можно встретить модели с ручной настройкой баланса белого (manual whitebalance, MWB).
В MWB-телекамерах всего две настройки (выбираемых переключателем): впомещении и вне помещения. Первый режим обычно устанавливается для источников света сцветовой температурой порядка 2800° К - 3200° К, а наружный режим — для температур 5600°К - 6500° К. Это соответствует средним условиям освещенности внутри помещений и на улице.В некоторых простых телекамерах имеются регулировки, с помощью которых можнонастраивать телекамеру. Но если у вас нет образцовой камеры, направленной на ту же сцену,установка цветового баланса может оказатьсяделом непростым. Задача особо усложняется,если несколько телекамер подсоединены кодному видеокоммутатору, видеоквадратору(разделителюэкрана)иливидеомультиплексору.Цветные телекамеры новых моделей кроме AWBснабжены механизмом автоматического отслеживания баланса белого (automatic tracking whitebalance, ATWB), который непрерывно настраивает(отслеживает) цветовой баланс при измененииположения телекамеры или освещенности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
