Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 6
Текст из файла (страница 6)
(Прим. пер. 1.44 Мбайт = 1.44 х 1024 кбайт -1.44 х 1024 х 1024байт =1.44 х 220 байт). Нанометр — это 0.000000001 метра. Частота 12 ГГц — это 12-10 9 = 12 000000 000 Гц и т.д.Теперь, когда мы заложили фундамент технически корректной дискуссии, т.е. ввели основные единицыизмерения, мы можем приступить к рассмотрению основ всего зримого, включая фотографию,кинематографию и телевидение — к свету.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»CCTV _____________________________________________232. Свет и телевидениеДа будет свет.Немного историиСвет — это одно из основных и величайших явлений природы, свет является не только необходимым условием жизни на планете, но и играет важную роль в техническом прогрессе и изобретенияхв сфере визуальной коммуникации: фотографии, кинематографии, телевидении и недавно появившихся мультимедийных средствах.Хотя явление это «базовое», и мы видим его все время и всюду, но в науке — это самый большойкамень преткновения.
Физика, которая в конце XIX века представляла собой довольно простую,непосредственную науку, стала сложной и мистической. Ученым в начале XX века пришлось ввестипостулаты квантовой физики — «принципы неопределенности» и многое другое. И все это для того,чтобы получить теоретический аппарат, который объяснил бы множество экспериментов и, в то жевремя, имел бы разумный смысл.В этой книге мы не намерены углубляться во все эти теории: мы обсудим только те вопросы, которые связаны с телевидением и передачей видеосигналов.Основная «проблема», с которой сталкиваются ученые, изучающие свет, заключается в том, что светимеет двойственную природу: он ведет себя как волна (нематериальная природа) — это явления рефракции и отражения — и обладает также свойствами материальной природы — широко известныйфотоэффект, открытый Генрихом Герцем в XIX веке и объясненный Албертом Эйнштейном в 1905 г.Поэтому в последнее время в физике принято полагать, что свет имеет «двойственную» природу.На этом этапе следует отдать должное, по крайней мере, нескольким самым крупным ученымфизикам, и, в частности, специалистам по теории видимого излучения, без работ которых современный уровень технологий был бы невозможен.Одним из первых физиков, объяснивших многие природные явления, включая и свет, был ИсаакНьютон.
В XVII веке он доказал, что свет имеет корпускулярную природу. И так считалось до Христиана Гюйгенса, который позже, но тоже в XVII веке, выдвинул волновую теорию света. Многие ученыеглубоко уважали Ньютона и не изменили своих взглядов до самого начала XIX века, когда Томас Юнгпродемонстрировал интерференцию света. Август Френель тоже проделал ряд убедительныхэкспериментов, четко демонстрирующих волновую природу света.Важной вехой стало появление на научной сцене Джеймса Кларка Максвелла: в 1873 г. он доказал,что свет представляет собой высокочастотную электромагнитную волну.С помощью его теории удалось оценить величину скорости света, как она известна нам сегодня:300 000 км/сек.
Эксперименты Генриха Герца подтвердили теорию Максвелла. Герц открыл явление, которое известно как фотоэффект: свет может выбивать электроны с освещаемой металлической поверхности. Однако ему не удавалось объяснить тот факт, что энергия испускания электронов не зависит от интенсивности света, что в свою очередь противоречило волновой теории. Сточки зрения волновой теории, большая интенсивность света должна увеличивать энергию испускаемых электронов.Этот камень преткновения удалось обойти Эйнштейну: он использовал разработанную МаксомПланком теорию квантования энергии фотонов, представляющих минимальную порцию переносимой светом энергии.
В рамках этой теории свет обрел свою двойственную природу, т.е. сочетаниеволновых и корпускулярных свойств.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»242. Свет и телевидениеCCTVТаким образом, эта теория наилучшим образом объясняет большинство световых явлений, и поэтому в CCTV (замкнутое, кабельное охранное телевидение или видеонаблюдение) мы будем использовать теорию «двойственного подхода».При анализе линз, используемых в системах видеонаблюдения, мы будем в большинстве случаевопираться на волновую теорию света, но при этом не следует забывать и о том, что есть такие понятия,как функционирование ПЗС-матриц, например, отражающее корпускулярную природу света, т.е. егоматериальную природу.
Поэтому в этих случаях мы будем использовать корпускулярный подход.Естественно, что в реальности свет требует применения обоих подходов, и мы всегда должныпомнить о том, что они не являются взаимоисключающими.Основы теории света и глаз человекаСвет — это электромагнитное излучение. Человеческий глаз может реагировать на это излучение иразличать частоты, которые воспринимаются глазом как цвет. Посмотрите на рис. 2.1 электромагнитное излучение включает все частоты, или длины волн.
Видимый свет занимает лишь небольшое«окно» этого диапазона. Это окно лежит в диапазоне от 380 нм до 780 нм. Чтобы легче было запомнить, мы приближенно примем границы диапазона равными 400 нм и 700 нм.400 нм соответствует фиолетовому цвету, а 700 нм — красному. По мере увеличения длины волныцвет непрерывно переходит от фиолетового к голубому, зеленому, желтому, оранжевому и красно-Рис. 2.1. Электромагнитный спектр и чувствительность человеческого глаза«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV2. Свет и телевидение25му.
Для определения средней чувствительности человеческого глаза было проделано множествоэкспериментов и тестов, и, как видно из рисунка, не все цвета оказывают одинаковое воздействие на сетчатку глаза.Глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету. Другими словами, если собрать все длины волн сравной энергией, то зеленый будет иметь наибольший «выход» на сетчатке. Частоты выше фиолетового (длины волн короче 400 нм) и ниже красного (длины более 700 нм) не воспринимаются«средним» человеческим глазом. Я подчеркиваю здесь «средним», потому что чувствительностьчеловеческого глаза — это статистическая величина.
Есть люди с «цветовой слепотой», чья спектральная чувствительность отличается (обычно уже) от показанной на рисунке. Некоторые люди с«цветовой слепотой» не видят красный цвет, другие не различают голубой. Натренированный профессиональный глаз художника или фотографа может развить очень высокую чувствительность,различая такие частоты (цвета), которые другим могут казаться одинаковыми. Некоторые могутдаже выйти за минимальный и максимальный предел воспринимаемых частот, то есть различатьтемно-фиолетовый или красный цвет, невидимый для других индивидов.Есть один интересный вопрос, который мы можем задать сами себе: почему максимум спектральной чувствительности лежит в зеленом цветовом диапазоне (около 555 нм)? Возможно, это связано с тем фактом, что большая часть солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, сконцентрирована на длинах волн порядка 555 нм.В течение миллионов лет, когда проходила эволюция жизни на планете, у нас (и почти у всех животных)развивалось зрение, способное воспринимать те длины волн, которые были наиболее доступны (покрайней мере, в дневное время).
Альтернативой является ночное зрение животных, которые охотятся натеплокровных млекопитающих. Тепло, излучаемое телом, — это и есть инфракрасная радиация. Воттипичные представители: змеи, кошки и совы. Некоторые змеи, к примеру, кроме глаз для общегозрения, обладают инфракрасно-чувствительными органами, при помощи которых змея может определить температурные изменения менее 0.5° С (1° F). Кошки, в том числе и дикие — леопард, пума и другие члены семейства кошачьих, известны своим прекрасным ночным зрением, а это означает, что ихреакция в ближнем инфракрасном диапазоне намного лучше, чем реакция человеческого глаза.Мы остановимся на глазе человека, а для этого важно понимать его «конструкцию».Эти вопросы и сами по себе интересны, но, кроме этого, мы найдем еще и массу концептуальных аналогий между устройством глаза и ТВ-камеры.Рис. 2.2.
Схема устройства глазаhttp://www. itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»262. Свет и телевидениеCCTVРис. 2.3. Аналогии между устройством глаза и камеройНа рис. 2.2 мы видим глазную линзу (хрусталик), которая и фокусирует изображение на сетчатке.Сетчатка — это на самом деле «фоточувствительная область», состоящая из миллионов клеток —колбочек и палочек.
Эти клетки можно рассматривать как часть нашей нервной системы. Колбочки чувствительны к средней и яркой интенсивности света и воспринимают цвета. Палочкичувствительны к низким уровням света и не способны различать цвета. Ночью мы видим благодаря палочкам, поэтому в темноте мы не можем различать цвета.Число колбочек в каждом глазе приблизительно составляет 10 млн., а палочек — около 100млн. Колбочки сконцентрированы вокруг области прохождения оптической оси. Эта областьокрашена желтым пигментом и называется желтым пятном. Желтое пятно является основнойобластью, которую обрабатывает наш мозг, и, хотя она очень мала, концентрация колбочек в нейсоставляет около 50 000.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
