Тел.:

+7 (499) 502-54-85

Адрес:

Москва, пр-т Маршала Жукова, д. 6

Динамический диапазон

Динамический диапазон нечасто упоминается в технических характеристиках телекамер систем видеонаблюдения. 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, и выражается в дБ, а динамический диапазон - это отношение, не логарифм.

Это число показывает световой диапазон, обра­батываемый ПЗС-матрицей, только этот диапазон выражается не в фотометрических единицах, а в значениях сформированного электрического сигнала. Он начинается с очень низких уровней света, равных среднеквадратическому значению шума 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 свет может легко превысить уровень насыщения ПЗС-матрицы, так как динамический диапазон вариаций света в уличных условиях гораздо шире, чем может обработать ПЗС-матрица.  Например,  в ясный солнечный день ПЗС-матрица быстро дости­гает насыщения, особенно если телекамера не имеет АРУ, автодиафрагму или электронный затвор. Автодиафрагма оптически блокирует избыточный свет и снижает его до верхнего уровня ПЗС-мат­рицы, в то время как электронный затвор делает то же, электронным образом снижая время экспо­зиции матрицы (которое в нормальных 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 ев PAL и 1/60 cbNTSC), может проявиться эффект «заплывания» (blooming), когда избыточный свет насыщает не только те элементы изображения (пикселы), на которые он падает, но и соседние тоже. В результате у телекамеры снижается разрешающая способность и детальная информация в ярких зонах. Чтобы решить 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 больший заряд, чем могут передать сдвиговые регистры. Итак, даже если динамический диапазон тако­го сигнала ограничен, детали в ярких областях изображения не теряются. Это может оказать­ся чрезвычайно важным в сложных условиях освещения: если телекамера «смотрит» на свет фар автомобиля 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. 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 экспозиции. 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 яркие зоны экспонируются более короткое время и дают детали в ярком, а более темные области экспонируются дольше, что позволяет получить детали в темной части изображения, суммарный эффект - увеличение динамического диапазона телекамеры в 40 раз (как утверждает Panasonic).

Следует упомянуть, что кроме конструкции самой ПЗС-матрицы важную роль для ее динамического диапазона, как и для  отношения сигнал/шум, играет температура. Более низкие температуры дают меньший уровень шума в любом электронном устройстве, так что динамический диапазон увеличится. В научных исследованиях, где нежелателен любой, даже ничтожно малый, шум, используются специально охлажденные ПЗС-головки, а рабочая температура ПЗС-матрицы сохраняется 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 телекамеры хорошего качества, то температура может сыграть существенную роль в снижении качества изображения. Таким образом, очень важно сохранять температуру корпуса телекамеры как можно более низкой.

Компания «ВидеоИнспектор» © 2003-2016 Копирование информации запрещено.