Za pretvaranje svjetlosnog toka u elektronički signal, koji se zatim pretvara u digitalni kod snimljen na memorijskoj kartici fotoaparata.
Matrica se sastoji od piksela, a svrha svakog je da emitira elektronički signal koji odgovara količini svjetla koje pada na njega.
Razlika u CCD i CMOS matricama je tehnika pretvorbe signal primljen od piksela. U slučaju CCD-a - sekvencijalno i uz minimum šuma, u slučaju CMOS-a - brzo i uz manju potrošnju energije (a zahvaljujući dodatnim krugovima, količina šuma je značajno smanjena).
Ipak, prvo, prvo...

Postoje CCD i CMOS matrice

CCD matrica

Uređaj s spregnutim nabojem (CCD, na engleskom - CCD) je tako nazvan zbog metode prijenosa naboja između fotoosjetljivih elemenata - od piksela do piksela i u konačnici uklanjanje naboja sa senzora .

Naboji se pomiču duž matrice u linijama od vrha prema dolje. Dakle, naboj se kreće niz retke više registara (stupaca) odjednom.
Prije napuštanja CCD senzora, naboj svakog piksela se pojačava, a izlaz je analogni signal s različitim naponom (ovisno o količini svjetlosti koja pada na piksel). Prije obrade ovaj signal se šalje na odvojiti (off-chip) analogno-digitalni pretvarač, a rezultirajući digitalni podaci pretvaraju se u bajtove koji predstavljaju liniju slike koju je uhvatio senzor.

Budući da CCD isporučuje električni naboj koji ima mali otpor i manje je osjetljiv na smetnje drugih elektroničkih komponenti, rezultirajući signal obično sadrži manje buke u usporedbi sa signalom CMOS senzora.

CMOS matrica

U CMOS matrica (CMOS - komplementarni metal - oksidni poluvodič, na engleskom - CMOS), nalazi se uređaj za obradu pored svakog piksela (ponekad montiran na samu matricu), zbog čega se povećava izvođenje sustava. Također, zbog nedostatka dodatnih uređaja za obradu, napominjemo niska razina potrošnja energije CMOS matrice.

Neke ideje o procesu čitanja informacija iz matrica mogu se dobiti iz sljedećeg videa

Tehnologije se stalno poboljšavaju, a danas prisutnost CMOS matrice u fotoaparatu ili video kameri ukazuje na model više klase. Proizvođači se često fokusiraju na modele s CMOS matricama.
Nedavno je popularan razvoj CMOS matrice sa stražnjim postavljanjem vodiča, koja pokazuje bolje rezultate pri snimanju u uvjetima slabog osvjetljenja, a također ima nižu razinu buke.

Trenutačno većina sustava za snimanje slika koristi CCD (charge-coupled device) matrice kao fotoosjetljive uređaje.

Princip rada CCD matrice je sljedeći: matrica fotoosjetljivih elemenata (sekcija akumulacije) stvorena je na bazi silicija. Svaki fotoosjetljivi element ima svojstvo akumuliranja naboja proporcionalnog broju fotona koji ga pogode. Tako se kroz neko vrijeme (vrijeme ekspozicije) u dijelu nakupljanja dobije dvodimenzionalna matrica naboja proporcionalna svjetlini izvorne slike. Akumulirani naboji se prvo prenose u odjeljak za pohranu, a zatim red po red i piksel po piksel na izlaz matrice.

Veličina skladišnog dijela u odnosu na akumulacijski dio varira:

• po okviru (matrice s prijenosom okvira za progresivno skeniranje);
• po poluokviru (matrice s prijenosom okvira za isprepleteno skeniranje);

Postoje i matrice u kojima nema odjeljka za pohranu, a zatim se prijenos linije provodi izravno kroz odjeljak za akumulaciju. Očito, da bi takve matrice radile, potreban je optički zatvarač.

Kvaliteta modernih CCD matrica je takva da naboj ostaje gotovo nepromijenjen tijekom procesa prijenosa.

Unatoč prividnoj raznolikosti televizijskih kamera, CCD matrice koje se u njima koriste praktički su iste, budući da masovnu i veliku proizvodnju CCD matrica provodi samo nekoliko tvrtki. To su SONY, Panasonic, Samsung, Philips, Hitachi Kodak.

Glavni parametri CCD matrica su:

• dimenzija u pikselima;
• fizička veličina u inčima (2/3, 1/2, 1/3, itd.). Štoviše, same brojke ne određuju točnu veličinu osjetljivog područja, već određuju klasu uređaja;
• osjetljivost.

Rezolucija CCD kamera.

Razlučivost CCD kamera uglavnom je određena veličinom CCD matrice u pikselima i kvalitetom leće. Donekle na to može utjecati i elektronika kamere (ako je loše napravljena, može pogoršati rezoluciju, ali danas rijetko rade nešto iskreno loše).

Ovdje je važno napraviti jednu napomenu. U nekim slučajevima, visokofrekventni prostorni filtri ugrađeni su u kamere kako bi se poboljšala prividna razlučivost. U tom slučaju, slika objekta dobivena manjom kamerom može izgledati čak oštrija od slike istog objekta dobivene objektivno boljom kamerom. Naravno, to je prihvatljivo kada se kamera koristi u sustavima vizualnog nadzora, ali je potpuno neprikladno za izgradnju mjernih sustava.

Rezolucija i format CCD matrica.

Trenutno različite tvrtke proizvode CCD matrice koje pokrivaju širok raspon dimenzija od nekoliko stotina do nekoliko tisuća. Ovako je prijavljena matrica dimenzija 10000x10000, a ova poruka ukazuje ne toliko na problem cijene ove matrice koliko na problem pohranjivanja, obrade i prijenosa dobivenih slika. Kao što znamo, matrice dimenzija do 2000x2000 danas se više ili manje koriste.

U najraširenije, točnije masovno korištene CCD matrice svakako spadaju matrice rezolucije orijentirane na televizijski standard. Ovo su matrice uglavnom dva formata:

• 512*576;
• 768*576.

Matrice 768*576 (ponekad malo više, ponekad malo manje) omogućuju vam da dobijete maksimalnu razlučivost za standardni televizijski signal. Istodobno, za razliku od matrica formata 512 * 576, imaju mrežni raspored fotoosjetljivih elemenata blizu kvadrata, a time i jednaku vodoravnu i okomitu razlučivost.

Proizvođači kamera često označavaju razlučivost u televizijskim linijama. To znači da vam kamera omogućuje da vidite N/2 tamna okomita poteza na svijetloj pozadini, raspoređenih u kvadrat upisan u polje slike, gdje je N deklarirani broj televizijskih linija. U odnosu na standardni televizijski stol, to podrazumijeva sljedeće: odabirom udaljenosti i fokusiranjem slike stola potrebno je osigurati da se gornji i donji rub slike stola na monitoru poklapaju s vanjskom konturom stola, označena vrhovima crne i bijele prizme; zatim se nakon konačnog subfokusiranja broj očitava na mjestu okomitog klina gdje se okomiti potezi prvi put prestaju razrješavati. Zadnja primjedba je vrlo važna jer... a na slici testnih polja tablice sa 600 i više linija često su vidljive naizmjenične pruge, koje su zapravo moiré nastale udarcima prostornih frekvencija linija tablice i mreže osjetljivih elemenata CCD matrica. Ovaj efekt je posebno izražen kod kamera s visokofrekventnim prostornim filterima (vidi gore)!

Napominjem da je, pod svim ostalim uvjetima (na to uglavnom može utjecati leća), razlučivost crno-bijelih kamera jedinstveno određena veličinom CCD matrice. Tako će kamera formata 768*576 imati rezoluciju od 576 televizijskih linija, iako se u nekim prospektima može naći vrijednost od 550, au drugima 600.

Leće.

Fizička veličina CCD ćelija je glavni parametar koji određuje zahtjev za rezoluciju leće. Drugi takav parametar može biti zahtjev da se osigura rad matrice u uvjetima laganog preopterećenja, o čemu će biti riječi u nastavku.

Za SONY ICX039 matricu od 1/2 inča, veličina piksela je 8,6µm*8,3µm. Stoga objektiv mora imati razlučivost bolju od:

1/8,3*10e-3= 120 linija (60 pari linija po milimetru).

Za leće izrađene za matrice od 1/3 inča, ova bi vrijednost trebala biti još veća, iako to, čudno, ne utječe na cijenu i takav parametar kao što je otvor blende, budući da su ove leće izrađene uzimajući u obzir potrebu za formiranjem slike na manjem svjetlosno osjetljivom polju matrice. Također slijedi da leće za manje matrice nisu prikladne za velike matrice zbog značajnog pogoršanja karakteristika na rubovima velikih matrica. U isto vrijeme, leće za velike senzore mogu ograničiti razlučivost slika dobivenih s manjih senzora.

Nažalost, uz sve moderno obilje leća za televizijske kamere, vrlo je teško dobiti informacije o njihovoj razlučivosti.

Općenito, ne biramo često leće, budući da gotovo svi naši kupci instaliraju video sustave na postojeću optiku: mikroskope, teleskope itd., tako da su naše informacije o tržištu leća u prirodi bilješki. Možemo samo reći da je rezolucija jednostavnih i jeftinih leća u rasponu od 50-60 pari linija po mm, što je uglavnom nedovoljno.

S druge strane, imamo informaciju da specijalne leće Zeissa s rezolucijom od 100-120 parova linija po mm koštaju više od 1000 dolara.

Dakle, pri kupnji objektiva potrebno je provesti preliminarno testiranje. Moram reći da većina moskovskih prodavača nudi leće za testiranje. Ovdje je još jednom prikladno prisjetiti se efekta moire, čija prisutnost, kao što je gore navedeno, može dovesti u zabludu u pogledu rezolucije matrice. Dakle, prisutnost moirea na slici dijelova stola s potezima iznad 600 televizijskih linija u odnosu na leću ukazuje na određenu rezervu rezolucije potonje, što, naravno, ne boli.

Još jedna stvar možda važna nota za one koje zanimaju geometrijska mjerenja. Sve leće imaju izobličenje u jednom ili onom stupnju (jastučasto izobličenje geometrije slike), a što je leća kraća, to su ta izobličenja u pravilu veća. Po našem mišljenju, leće sa žarišnom duljinom većom od 8-12 mm imaju prihvatljivu distorziju za 1/3" i 1/2" kamere. Iako razina "prihvatljivosti", naravno, ovisi o zadacima koje televizijska kamera mora riješiti.

Razlučivost kontrolera ulaza slike

Razlučivost ulaznih regulatora slike treba shvatiti kao frekvenciju pretvorbe analogno-digitalnog pretvarača (ADC) regulatora, čiji se podaci zatim bilježe u memoriju kontrolera. Očito postoji razumna granica povećanja učestalosti digitalizacije. Za uređaje koji imaju kontinuiranu strukturu fotoosjetljivog sloja, na primjer vidikone, optimalna frekvencija digitalizacije jednaka je dvostrukoj gornjoj frekvenciji korisnog signala vidikona.

Za razliku od takvih svjetlosnih detektora, CCD matrice imaju diskretnu topologiju, pa se optimalna frekvencija digitalizacije za njih određuje kao frekvencija pomaka izlaznog registra matrice. U ovom slučaju, važno je da ADC kontrolera radi sinkrono s izlaznim registrom CCD matrice. Samo u ovom slučaju može se postići najbolja kvaliteta pretvorbe i sa gledišta osiguravanja "krute" geometrije rezultirajućih slika i sa gledišta minimiziranja šuma od impulsa takta i prijelaznih procesa.

Osjetljivost CCD kamera

Od 1994. koristimo SONY kartične kamere u našim uređajima temeljene na ICX039 CCD matrici. SONY opis za ovaj uređaj ukazuje na osjetljivost od 0,25 luksa na objektu s otvorom leće od 1,4. Već smo nekoliko puta naišli na kamere sličnih parametara (veličina 1/2 inča, rezolucija 752*576) i deklarirane osjetljivosti 10 pa čak i 100 puta veće od “našeg” SONY-ja.

Provjeravali smo ove brojke nekoliko puta. U većini slučajeva, u kamerama različitih tvrtki, pronašli smo istu ICX039 CCD matricu. Štoviše, sve "cijevne" mikrosklopove također je proizveo SONY. A usporedno testiranje pokazalo je gotovo potpunu identičnost svih ovih kamera. Dakle, koje je pitanje?

I cijelo je pitanje na kojem se omjeru signala i šuma (s/n) određuje osjetljivost. U našem slučaju Tvrtka SONY savjesno je pokazao osjetljivost na s/n = 46 dB, dok druge tvrtke to nisu naznačile ili su to naznačile na način da je nejasno pod kojim uvjetima su ta mjerenja obavljena.

To je, općenito, česta pošast većine proizvođača fotoaparata - neodređivanje uvjeta mjerenja parametara fotoaparata.

Činjenica je da kako se zahtjev za omjerom S/N smanjuje, osjetljivost kamere raste obrnuto proporcionalno kvadratu potrebnog omjera S/N:

Gdje:
I - osjetljivost;
K - faktor pretvorbe;
s/n - odnos s/n u linearnim jedinicama,

Stoga su mnoge tvrtke u iskušenju da naznače osjetljivost kamere pri niskom omjeru S/N.

Možemo reći da je sposobnost matrice da "vidi" bolje ili lošije određena brojem naboja pretvorenih iz fotona koji upadnu na njegovu površinu i kvalitetom isporuke tih naboja na izlaz. Količina akumuliranih naboja ovisi o površini fotoosjetljivog elementa i kvantnoj učinkovitosti CCD matrice, a kvalitetu prijenosa određuju mnogi čimbenici, koji se često svode na jedno - šum očitanja. Šum očitanja za moderne matrice je reda veličine 10-30 elektrona ili čak i manje!

Područja elemenata CCD matrica su različita, ali tipična vrijednost za matrice od 1/2 inča za televizijske kamere je 8,5 µm * 8,5 µm. Povećanje veličine elemenata dovodi do povećanja veličine samih matrica, što povećava njihovu cijenu ne toliko zbog stvarnog povećanja cijene proizvodnje, već zbog činjenice da je serijska proizvodnja takvih uređaja nekoliko redova veličine manji. Osim toga, na područje fotoosjetljive zone utječe topologija matrice do te mjere da je postotak ukupne površine kristala zauzet osjetljivim područjem (faktor punjenja). U nekim posebnim matricama faktor punjenja je naveden kao 100%.

Kvantna učinkovitost (koliko se u prosjeku promijeni naboj osjetljive ćelije u elektronima kada jedan foton padne na njenu površinu) za moderne matrice je 0,4-0,6 (za neke matrice bez anti-bloominga doseže 0,85).

Dakle, može se vidjeti da se osjetljivost CCD kamera, vezana uz određenu S/N vrijednost, približila fizičkoj granici. Prema našem zaključku, tipične vrijednosti osjetljivosti kamera za opću uporabu pri s/w = 46 leže u rasponu od 0,15-0,25 luksa osvjetljenja na objektu s otvorom leće od 1,4.

U tom smislu, ne preporučamo slijepo vjerovati brojkama osjetljivosti navedenim u opisima televizijskih kamera, osobito kada nisu navedeni uvjeti za određivanje ovog parametra i, ako vidite u putovnici kamere koja košta do 500 USD, osjetljivost od 0,01-0,001 lux u televizijskom modu, onda ste pred sobom primjer, blago rečeno, netočne informacije.

O načinima povećanja osjetljivosti CCD kamera

Jedan od načina da se to riješi je gomilanje slika tijekom vremena. Implementacija ove metode može značajno povećati osjetljivost CCD-a. Naravno, ova se metoda može primijeniti na stacionarne objekte promatranja ili u slučajevima kada se kretanje može kompenzirati, kao što se to radi u astronomiji.

Slika 1 Planetarna maglica M57.

Teleskop: 60 cm, ekspozicija - 20 sec., temperatura tijekom ekspozicije - 20 C.
U središtu maglice nalazi se zvjezdani objekt magnitude 15.
Sliku je dobio V. Amirkhanyan na Specijalnom astrofizičkom opservatoriju Ruske akademije znanosti.

Može se s priličnom točnošću tvrditi da je osjetljivost CCD kamera izravno proporcionalna vremenu ekspozicije.

Na primjer, osjetljivost pri brzini zatvarača od 1 sekunde u odnosu na originalne 1/50 s povećat će se 50 puta, tj. bit će bolje - 0,005 luksa.

Naravno, na tom putu postoje problemi, a to je, prije svega, tamna struja matrica, koja donosi naboje koji se skupljaju istodobno s korisnim signalom. Tamna struja određena je, prvo, tehnologijom proizvodnje kristala, drugo, razinom tehnologije i, naravno, u velikoj mjeri radnom temperaturom same matrice.

Obično, da bi se postigla duga vremena akumulacije, reda veličine nekoliko minuta ili desetaka minuta, matrice se hlade na minus 20-40 stupnjeva. C. Problem hlađenja matrica na takve temperature je riješen, ali jednostavno je nemoguće reći da se to ne može učiniti, budući da uvijek postoje problemi dizajna i rada povezani sa zamagljivanjem zaštitnih stakala i oslobađanjem topline iz vrućeg spoja termoelektrični hladnjak.

Istodobno, tehnološki napredak u proizvodnji CCD matrica također je utjecao na takav parametar kao što je tamna struja. Ovdje su postignuća vrlo značajna i tamna struja nekih dobrih modernih matrica je vrlo mala. Prema našem iskustvu, kamere bez hlađenja omogućuju izradu ekspozicija na sobnoj temperaturi unutar desetaka sekundi, a s kompenzacijom tamne pozadine do nekoliko minuta. Kao primjer, ovdje je fotografija planetarne maglice M57, dobivena video sustavom VS-a-tandem-56/2 bez hlađenja s ekspozicijom od 20 s.

Drugi način povećanja osjetljivosti je korištenje elektronsko-optičkih pretvarača (EOC). Pojačivači slike su uređaji koji povećavaju svjetlosni tok. Suvremene cijevi za pojačivače slike mogu imati vrlo velike vrijednosti pojačanja, međutim, ne ulazeći u detalje, možemo reći da se upotrebom cijevi za pojačivače slike može samo poboljšati prag osjetljivosti kamere, te stoga njegovo pojačanje ne bi trebalo biti preveliko.

Spektralna osjetljivost CCD kamera

Za neke je primjene spektralna osjetljivost CCD-a važan faktor. Budući da su svi CCD-ovi napravljeni na bazi silicija, u svom "golom" obliku spektralna osjetljivost CCD-a odgovara ovom parametru silicija (vidi sliku 2).

Kao što vidite, uz svu raznolikost karakteristika, CCD matrice imaju maksimalnu osjetljivost u crvenom i bliskom infracrvenom (IR) području i ne vide apsolutno ništa u plavo-ljubičastom dijelu spektra. Blizu infracrvenu osjetljivost CCD-a koristi se u sustavima tajnog nadzora osvijetljenih IR izvorima svjetlosti, kao i pri mjerenju toplinskih polja visokotemperaturnih objekata.

SONY proizvodi sve svoje crno-bijele matrice sa sljedećim spektralnim karakteristikama (vidi sliku 3). Kao što možete vidjeti na ovoj slici, osjetljivost CCD-a u bliskoj IR je značajno smanjena, ali je matrica počela opažati plavo područje spektra.

Za razne posebne namjene razvijaju se matrice osjetljive na ultraljubičasto, pa čak i na rendgensko zračenje. Obično su ti uređaji jedinstveni i njihova je cijena prilično visoka.

O progresivnom i isprepletenom skeniranju

Standardni televizijski signal razvijen je za televizijski sustav emitiranja, a sa stajališta modernih sustava za unos i obradu slike ima jedan veliki nedostatak. Iako TV signal sadrži 625 redaka (od kojih oko 576 sadrži videoinformacije), uzastopno se prikazuju 2 polusličice koje se sastoje od parnih linija (parni polusličica) i neparnih linija (neparna polusličica). To dovodi do činjenice da ako se unese pokretna slika, tada analiza ne može koristiti Y rezoluciju veću od broja redaka u jednom polukadru (288). Osim toga, u modernim sustavima, kada se slika vizualizira na monitoru računala (koji ima progresivno skeniranje), ulaz slike iz interlaced kamere kada se objekt kreće uzrokuje neugodan vizualni efekt udvostručenja.

Sve metode za borbu protiv ovog nedostatka dovode do pogoršanja okomite rezolucije. Jedini način da se prevlada ovaj nedostatak i postigne razlučivost koja odgovara razlučivosti CCD-a je prebacivanje na progresivno skeniranje u CCD-u. Proizvođači CCD-a proizvode takve matrice, ali zbog malog obujma proizvodnje cijena takvih matrica i kamera znatno je viša od konvencionalnih. Na primjer, cijena SONY matrice s progresivnim skeniranjem ICX074 je 3 puta veća od ICX039 (interlace scan).

Ostale mogućnosti kamere

Ovi drugi uključuju takav parametar kao što je "cvjetanje", tj. širenje naboja po površini matrice kada su njeni pojedinačni elementi preeksponirani. U praksi se takav slučaj može dogoditi, na primjer, pri promatranju predmeta s bljeskom. To je prilično neugodan učinak CCD-a, jer nekoliko svijetlih točaka može iskriviti cijelu sliku. Srećom, mnoge moderne matrice sadrže uređaje protiv cvjetanja. Tako smo u opisima nekih od najnovijih SONY matrica pronašli 2000, što karakterizira dopušteno svjetlosno preopterećenje pojedinačnih ćelija, što još ne dovodi do širenja naboja. To je prilično visoka vrijednost, tim više što se ovaj rezultat može postići, kako je naše iskustvo pokazalo, samo posebnim podešavanjem drivera koji izravno upravljaju matricom i kanalom predpojačanja video signala. Osim toga, leća također daje svoj doprinos "širenju" svijetlih točaka, budući da kod tako velikih svjetlosnih preopterećenja čak i malo raspršenje izvan glavne točke daje uočljivu svjetlosnu podršku za susjedne elemente.

Ovdje je također potrebno napomenuti da prema nekim podacima, koje nismo sami provjerili, matrice s anti-bloomingom imaju 2 puta manju kvantnu učinkovitost od matrica bez anti-bloominga. S tim u vezi, u sustavima koji zahtijevaju vrlo visoku osjetljivost, možda ima smisla koristiti matrice bez anti-bloominga (obično su to posebni zadaci poput astronomskih).

O kamerama u boji

Materijali u ovom odjeljku donekle izlaze iz okvira razmatranja mjernih sustava koje smo uspostavili, međutim, raširena uporaba kamera u boji (čak i više od crno-bijelih) prisiljava nas da razjasnimo ovo pitanje, pogotovo zato što kupci često pokušavaju koristiti crno-bijele kamere s našim kamerama za televiziju u boji s bijelim hvatačima kadrova, i jako se iznenade kada na dobivenim slikama nađu neke mrlje, a rezolucija slika se pokaže nedovoljnom. Objasnimo što se ovdje događa.

Postoje 2 načina za generiranje signala u boji:

• 1. korištenje jedne matrične kamere.
• 2. korištenje sustava od 3 CCD matrice s glavom za odvajanje boja za dobivanje R, G, B komponenti signala boja na tim matricama.

Drugi način pruža najbolju kvalitetu i jedini je način za dobivanje mjernih sustava; međutim, kamere koje rade na ovom principu su prilično skupe (više od 3000 USD).

U većini slučajeva koriste se CCD kamere s jednim čipom. Pogledajmo njihov princip rada.

Kao što je jasno iz prilično širokih spektralnih karakteristika CCD matrice, ona ne može odrediti "boju" fotona koji udara u površinu. Stoga, kako bi se unijela slika u boji, ispred svakog elementa CCD matrice postavlja se svjetlosni filtar. U tom slučaju ukupan broj elemenata matrice ostaje isti. SONY, na primjer, proizvodi potpuno iste CCD matrice za crno-bijele i verzije u boji, koje se razlikuju samo u prisutnosti rešetke svjetlosnih filtara u matrici u boji, apliciranih izravno na osjetljiva područja. Postoji nekoliko shema bojanja matrice. Ovdje je jedan od njih.

Ovdje se koriste 4 različita filtera (vidi sl. 4 i sl. 5).

Slika 4. Raspodjela filtara na elementima CCD matrice

Slika 5. Spektralna osjetljivost CCD elemenata s različitim filterima.

Y=(Cy+G)+(Ye+Mg)

U liniji A1 "crveni" signal razlike u boji dobiva se kao:

R-Y=(Mg+Ye)-(G+Cy)

a u liniji A2 dobiva se "plavi" signal razlike u boji:

-(B-Y)=(G+Ye)-(Mg+Cy)

Iz ovoga je jasno da je prostorna razlučivost CCD matrice u boji, u usporedbi s istom crno-bijelom, obično 1,3-1,5 puta gora vodoravno i okomito. Zbog upotrebe filtara, osjetljivost CCD-a u boji također je lošija od crno-bijelog. Dakle, možemo reći da ako imate prijemnik s jednom matricom 1000 * 800, tada zapravo možete dobiti oko 700 * 550 za signal svjetline i 500 * 400 (700 * 400 je moguće) za signal boje.

Ostavljajući po strani tehnička pitanja, želio bih napomenuti da mnogi proizvođači elektroničkih kamera u reklamne svrhe navode potpuno nerazumljive podatke o svojoj opremi. Na primjer, tvrtka Kodak najavljuje rezoluciju svoje elektroničke kamere DC120 kao 1200*1000 s matricom od 850x984 piksela. Ali gospodo, informacije se ne pojavljuju niotkuda, iako vizualno izgledaju dobro!

Za prostornu rezoluciju signala u boji (signala koji nosi informaciju o boji slike) može se reći da je barem 2 puta lošija od rezolucije crno-bijelog signala. Osim toga, “izračunata” boja izlaznog piksela nije boja odgovarajućeg elementa izvorne slike, već samo rezultat obrade svjetline različitih elemenata izvorne slike. Grubo govoreći, zbog oštre razlike u svjetlini susjednih elemenata objekta, može se izračunati boja koje uopće nema, dok će blagi pomak kamere dovesti do oštre promjene izlazne boje. Na primjer: rub tamno i svijetlo sivog polja izgledat će kao da se sastoji od raznobojnih kvadrata.

Sva ova razmatranja odnose se samo na fizički princip dobivanja informacija na CCD matricama u boji, pri čemu se mora uzeti u obzir da se obično video signal na izlazu kamera u boji prikazuje u jednom od standardnih formata PAL, NTSC ili rjeđe S-video.

Formati PAL i NTSC su dobri jer se mogu odmah reproducirati na standardnim monitorima s video ulazom, ali moramo imati na umu da ovi standardi daju znatno uži pojas za signal boje, pa je ispravnije ovdje govoriti o koloriranom, a ne slika u boji. Još jedna neugodna značajka kamera s video signalom koji nosi komponentu boje je pojava gore navedenih pruga na slici dobivenoj crno-bijelim grabberima. Ovdje se radi o tome da se signal boje nalazi gotovo u sredini pojasa video signala, stvarajući smetnje pri ulasku u okvir slike. Ovu smetnju ne vidimo na televizijskom monitoru jer se faza ove "smetnje" obrne nakon četiri sličice i usrednjava okom. Otuda i zbunjenost Kupca, koji prima sliku sa smetnjama koju ne vidi.

Iz ovoga slijedi da ako trebate izvršiti neka mjerenja ili dešifrirati objekte po boji, tada se ovom pitanju mora pristupiti uzimajući u obzir i gore navedene i druge značajke vašeg zadatka.

O CMOS matricama

U svijetu elektronike sve se jako brzo mijenja, a iako je područje fotodetektora jedno od najkonzervativnijih, odnedavno se i ovdje približavaju nove tehnologije. Prije svega, to se odnosi na pojavu CMOS televizijskih matrica.

Doista, silicij je element osjetljiv na svjetlost i bilo koji poluvodički proizvod može se koristiti kao senzor. Korištenje CMOS tehnologije pruža nekoliko očitih prednosti u odnosu na tradicionalnu tehnologiju.

Prvo, CMOS tehnologija je dobro ovladana i omogućuje proizvodnju elemenata s visokim prinosom korisnih proizvoda.

Drugo, CMOS tehnologija omogućuje postavljanje na matricu, osim fotoosjetljivog područja i razne uređaje okviri (do ADC), koji su prethodno instalirani "vani". To omogućuje proizvodnju kamera s digitalnim izlazom "na jednom čipu".

Zahvaljujući ovim prednostima, postaje moguće proizvoditi znatno jeftinije televizijske kamere. Osim toga, raspon tvrtki koje proizvode matrice značajno se širi.

U ovom trenutku proizvodnja televizijskih matrica i kamera pomoću CMOS tehnologije tek je na početku. Podaci o parametrima takvih uređaja vrlo su oskudni. Možemo samo primijetiti da parametri ovih matrica ne prelaze ono što se trenutno postiže; što se tiče cijene, njihove prednosti su neosporne.

Dopustite mi da dam kao primjer kameru u boji s jednim čipom iz Photobit PB-159. Kamera je izrađena na jednom čipu i ima sljedeće tehničke parametre:

• razlučivost - 512*384;
• veličina piksela - 7,9µm*7,9µm;
• osjetljivost - 1 luks;
• izlaz - digitalni 8-bitni SRGB;
• tijelo - 44 PLCC noge.

Dakle, kamera gubi četiri puta na osjetljivosti, osim toga, iz informacija o drugoj kameri jasno je da ova tehnologija ima problema s relativno velikom tamnom strujom.

O digitalnim fotoaparatima

U u posljednje vrijeme Pojavio se i ubrzano raste novi tržišni segment koji koristi CCD i CMOS matrice - digitalne kamere. Štoviše, u ovom trenutku postoji nagli porast kvalitete ovih proizvoda istovremeno s naglim padom cijene. Doista, prije samo 2 godine, samo matrica s rezolucijom od 1024*1024 koštala je oko 3000-7000 dolara, ali sada kamere s takvim matricama i hrpa zvona i zviždaljki (LCD zaslon, memorija, vari-objektiv, prikladno tijelo itd. .) može se kupiti za manje od 1000 USD. To se može objasniti samo prelaskom na veliku proizvodnju matrica.

Budući da se ove kamere temelje na CCD i CMOS matricama, sve rasprave u ovom članku o osjetljivosti i principima formiranja signala boje vrijede za njih.

Umjesto zaključka

Praktično iskustvo koje smo prikupili omogućuje nam da izvučemo sljedeće zaključke:

• Tehnologija proizvodnje CCD matrica u pogledu osjetljivosti i šuma vrlo je blizu fizičkih granica;
• na tržištu televizijskih kamera možete pronaći kamere prihvatljive kvalitete, iako su možda potrebne prilagodbe za postizanje viših parametara;
• Neka vas ne zavaraju brojke visoke osjetljivosti navedene u brošurama fotoaparata;
• Pa ipak, cijene za kamere koje su apsolutno identične kvalitete, pa čak i za jednostavno identične kamere od različitih prodavača mogu se razlikovati više od dva puta!

Dobavljači sada nude veliki izbor kamera za videonadzor. Modeli se razlikuju ne samo po parametrima koji su zajednički svim kamerama - žarišnoj duljini, kutu gledanja, osjetljivosti na svjetlo itd. - već i po raznim vlastitim značajkama kojima svaki proizvođač nastoji opremiti svoje uređaje.

Stoga, često Kratki opis karakteristike kamere za video nadzor je zastrašujuća lista nerazumljivih pojmova, npr. 1/2.8" 2.4MP CMOS, 25/30fps, OSD izbornik, DWDR, ICR, AWB, AGC, BLC, 3DNR, Smart IR, IP67, 0.05 Lux i to nije sve.

U prethodnom članku smo se fokusirali na video standarde i klasifikaciju kamera ovisno o njima. Danas ćemo pogledati glavne karakteristike kamera za video nadzor i dešifrirati simbole posebnih tehnologija koje se koriste za poboljšanje kvalitete video signala:

1. Žarišna duljina i kut gledanja
2. Otvor blende (F broj) ili otvor blende objektiva
3. Podešavanje blende (automatska blenda)
4. Elektronski zatvarač (AES, brzina zatvarača, brzina zatvarača)
5. Osjetljivost (osjetljivost na svjetlo, minimalno osvjetljenje)
6. Klase zaštite IK (Vandal-proof, anti-vandal) i IP (od vlage i prašine)

Vrsta matrice (CCD CCD, CMOS CMOS)

Postoje 2 vrste matrica CCTV kamera: CCD (na ruskom - CCD) i CMOS (na ruskom - CMOS). Razlikuju se u dizajnu i principu rada.

Dugo se vremena vjerovalo da CCD matrica proizvodi mnogo kvalitetnije slike od CMOS-a. Međutim, moderne CMOS matrice često praktički nisu inferiornije od CCD-a, pogotovo ako zahtjevi za sustav video nadzora nisu previsoki.

Veličina matrice

Označava veličinu dijagonale matrice u inčima i piše se kao razlomak: 1/3", 1/2", 1/4" itd.

Općenito se vjeruje da što je veća veličina matrice, to bolje: manje šuma, jasnija slika, veći kut gledanja. Međutim, u stvari, najbolja kvaliteta slike nije osigurana veličinom matrice, već veličinom njezine pojedinačne ćelije ili piksela - što je veća, to bolje. Stoga pri odabiru kamere za videonadzor morate uzeti u obzir veličinu matrice zajedno s brojem piksela.

Ako matrice veličine 1/3" i 1/4" imaju isti broj piksela, tada će u ovom slučaju matrica od 1/3" prirodno dati bolju sliku. Ali ako ima više piksela, tada morate odabrati kalkulator i izračunajte približnu veličinu piksela.

Na primjer, iz izračuna veličine ćelije matrice u nastavku možete vidjeti da se u mnogim slučajevima veličina piksela na matrici od 1/4" ispostavlja većom nego na matrici od 1/3", što znači da video slika ima 1/ 4", iako je manjih dimenzija, bit će bolji.

Žarišna duljina i kut gledanja

Ovi parametri su od velike važnosti pri odabiru kamere za video nadzor i međusobno su usko povezani. Zapravo, žarišna duljina leće (često označena kao f) je udaljenost između leće i senzora.

U praksi, žarišna duljina određuje kut gledanja i raspon kamere:

• što je kraća žarišna duljina, to je širi kut gledanja i manje se detalja može vidjeti na objektima koji se nalaze u daljini;
• Što je žarišna duljina veća, to je uži kut gledanja video kamere i detaljnija slika udaljenih objekata.

Ako vam je potreban opći pregled određenog područja, a za to želite koristiti što manje kamera, kupite kameru s malom žarišnom duljinom i, sukladno tome, širokim kutom gledanja.

Ali u onim područjima gdje je potrebno detaljno promatranje relativno malog područja, bolje je instalirati kameru s povećanom žarišnom duljinom, usmjeravajući je na objekt promatranja. Ovo se često koristi na blagajnama supermarketa i banaka, gdje je potrebno vidjeti nominalnu vrijednost novčanica i druge podatke o plaćanju, kao i na ulazima na parkirališta i druga mjesta gdje je potrebno razlikovati registarsku pločicu od velika udaljenost.

Najčešća žarišna duljina je 3,6 mm. Otprilike odgovara kutu gledanja ljudskog oka. Kamere ove žarišne duljine koriste se za videonadzor u malim prostorima.

Donja tablica sadrži informacije i odnose između žarišne duljine, kuta gledanja, udaljenosti prepoznavanja itd. za najčešće fokuse. Brojke su približne jer ovise ne samo o žarišnoj duljini, već i o drugim parametrima optike fotoaparata.

Ovisno o širini kuta gledanja, kamere za video nadzor najčešće se dijele na:

• konvencionalni (kut gledanja 30°-70°);
• širokokutni (kut gledanja od približno 70°);
• dugi fokus (kut gledanja manji od 30°).

Slovo F, samo obično veliko, označava i otvor blende - stoga pri čitanju karakteristika obratite pozornost na kontekst u kojem se parametar koristi.

Vrsta leće

Fiksna (monofokalna) leća- najjednostavniji i najjeftiniji. Žarišna duljina je fiksna i ne može se mijenjati.

U variofokalne (variofokalne) leće možete promijeniti žarišnu duljinu. Njegovo podešavanje se vrši ručno, obično jednom prilikom postavljanja kamere na mjesto snimanja, a zatim po potrebi.

Transfaktorske ili zoom leće Također pružaju mogućnost promjene žarišne duljine, ali daljinski, u bilo kojem trenutku. Žarišna duljina mijenja se pomoću električnog pogona, zbog čega se nazivaju i motorizirani objektivi.

"Riblje oko" (riblje oko, riblje oko) ili panoramski objektiv omogućuje instalaciju samo jedne kamere i postizanje pogleda od 360°.

Naravno, dobivena slika ima efekt "mjehurića" - ravne linije su zakrivljene, ali u većini slučajeva kamere s takvim lećama omogućuju vam da jednu opću panoramsku sliku podijelite na nekoliko zasebnih, s prilagodbama za percepciju poznatu ljudskom oku. .

Pinhole leće omogućuju tajni videonadzor zbog svoje minijaturne veličine. Zapravo, rupica kamera nema leću, već samo minijaturnu rupicu. U Ukrajini je korištenje tajnog videonadzora ozbiljno ograničeno, kao i prodaja uređaja za njega.

Ovo su najčešći tipovi leća. Ali ako idemo dublje, leće se dijele i prema drugim parametrima:

Otvor blende (F broj) ili otvor blende objektiva

Određuje sposobnost fotoaparata za snimanje visokokvalitetnih slika u uvjetima slabog osvjetljenja. Kako veći broj F, što je otvor blende manji i fotoaparatu treba više svjetla. Što je otvor blende manji, to je otvor blende širi, a kamkorder može proizvesti jasne slike čak i pri slabom osvjetljenju.

Slovo f (obično malo) također označava žarišnu duljinu, pa pri čitanju karakteristika obratite pozornost na kontekst u kojem se parametar koristi. Na primjer, na gornjoj slici, otvor blende je označen malim f.

Montaža objektiva

Postoje 3 vrste nosača za pričvršćivanje objektiva na video kameru: C, CS, M12.

• C nosač se više rijetko koristi. Objektivi C mogu se montirati na kameru s bajonetom CS pomoću posebnog prstena.
• CS nosač je najčešći tip. CS objektivi nisu kompatibilni s C fotoaparatima.
• M12 bajonet se koristi za male objektive.

Podešavanje blende (automatska blenda), ARD, ARD

Dijafragma je odgovorna za protok svjetlosti na matricu: kod povećanog protoka svjetlosti ona se sužava i tako sprječava preeksponiranje slike, a pri slabom svjetlu se, naprotiv, otvara tako da više svjetla pada na matricu. .

Postoje dvije velike skupine kamera: fiksni otvor blende(ovo također uključuje kamere bez njega) i s podesivim.

Otvor blende se može podešavati u različitim modelima kamera za video nadzor:

• Ručno.
• Automatski korištenje video kamere istosmjerna struja, na temelju količine svjetlosti koja pada na senzor. Ovo automatsko podešavanje šarenice (ADA) naziva se DD (izravni pogon) ili DD/DC.
• Automatski poseban modul ugrađen u leću i prati svjetlosni tok koji prolazi kroz relativni otvor. Ova metoda ARD-a u specifikacijama video kamera označena je kao VD (video pogon). Učinkovit je čak i kada izravna sunčeva svjetlost udari u objektiv, ali nadzorne kamere s njim su skuplje.

Elektronički zatvarač (AES, brzina zatvarača, brzina zatvarača, zatvarač)

U različitih proizvođača Ovaj parametar se može nazvati automatskim elektroničkim zatvaračem, brzinom zatvarača ili brzinom zatvarača, ali u biti znači isto - vrijeme tijekom kojeg je svjetlost izložena senzoru. Obično se izražava kao 1/50-1/100000s.

Djelovanje elektroničkog zatvarača donekle je slično automatskom podešavanju irisa - prilagođava svjetlosnu osjetljivost matrice kako bi se prilagodila razini osvjetljenja prostorije. Na slici ispod možete vidjeti kvalitetu slike u uvjetima slabog osvjetljenja sa različite brzine zatvarač (na slici je prikazano ručno podešavanje, dok AES to radi automatski).

Za razliku od ARD-a, podešavanje se ne događa podešavanjem svjetlosnog toka koji ulazi u matricu, već podešavanjem brzine zatvarača, trajanja akumulacije električnog naboja na matrici.

Međutim mogućnosti elektroničkog zatvarača puno su slabije od automatskog podešavanja irisa, Stoga je na otvorenim prostorima gdje razina osvjetljenja varira od sumraka do jakog sunčevog svjetla, bolje koristiti kamere s ADS-om. Video kamere s elektroničkim zatvaračem optimalne su za prostorije u kojima se razina osvjetljenja malo mijenja tijekom vremena.

Karakteristike elektroničkog zatvarača ne razlikuju se mnogo od razni modeli. Korisna značajka je mogućnost ručnog podešavanja brzine zatvarača (brzine zatvarača), budući da se u uvjetima slabog osvjetljenja niske vrijednosti automatski postavljaju, a to dovodi do zamućenih slika pokretnih objekata.

Sens-UP (ili DSS)

To je funkcija akumuliranja naboja matrice ovisno o razini osvjetljenja, odnosno povećanja njezine osjetljivosti nauštrb brzine. Neophodno za snimanje visokokvalitetnih slika u uvjetima slabog osvjetljenja, kada praćenje događaja velike brzine nije kritično (na objektu promatranja nema objekata koji se brzo kreću).

Usko je povezana s gore opisanom brzinom zatvarača (brzinom zatvarača). Ali ako je brzina zatvarača izražena u vremenskim jedinicama, tada se Sens-UP izražava u faktoru povećanja brzine zatvarača (xN): vrijeme nakupljanja naboja (brzina zatvarača) povećava se za N puta.

Dopuštenje

U prošlom članku malo smo se dotakli teme dopuštenja CCTV kamera. Rezolucija kamere zapravo je veličina dobivene slike. Mjeri se u TVL (televizijskim linijama) ili u pikselima. Što je veća rezolucija, to ćete više detalja moći vidjeti u videu.

Rezolucija video kamere u TVL- ovo je broj okomitih linija (prijelaza svjetline) postavljenih vodoravno na slici. Smatra se preciznijim jer daje ideju o veličini izlazne slike. Dok razlučivost u megapikselima navedena u dokumentaciji proizvođača može dovesti kupca u zabludu - često se ne odnosi na veličinu konačne slike, već na broj piksela na matrici. U ovom slučaju morate obratiti pozornost na takav parametar kao što je "Efektivni broj piksela"

Rezolucija u pikselima- ovo je vodoravna i okomita veličina slike (ako je navedeno kao 1280x960) ili ukupan broj piksela na slici (ako je navedeno kao 1 MP (megapiksel), 2 MP, itd.). Zapravo, rezoluciju u megapikselima je vrlo jednostavno dobiti: trebate pomnožiti broj vodoravnih piksela (1280) s brojem okomitih piksela (960) i podijeliti s 1.000.000. Ukupno 1280×960 = 1,23 MP.

Kako pretvoriti TVL u piksele i obrnuto? Ne postoji točna formula za pretvorbu. Da biste odredili razlučivost videa u TVL-u, morate koristiti posebne ispitne tablice za video kamere. Za približan prikaz omjera možete koristiti tablicu:

Efektivni pikseli

Kao što smo gore rekli, često veličina u megapikselima navedena u karakteristikama video kamera ne daje točnu ideju o rezoluciji rezultirajuće slike. Proizvođač navodi broj piksela na matrici (senzoru) kamere, ali nisu svi uključeni u stvaranje slike.

Stoga je uveden parametar “Broj (broj) efektivnih piksela” koji točno pokazuje koliko piksela čini konačnu sliku. Najčešće odgovara stvarnoj razlučivosti dobivene slike, iako postoje iznimke.

IR (infracrveno) osvjetljenje, IR

Omogućuje snimanje noću. Mogućnosti matrice (senzora) kamere za videonadzor puno su veće od onih ljudskog oka - na primjer, kamera može "vidjeti" u infracrvenom zračenju. Ovo svojstvo počelo se koristiti za snimanje noću iu neosvijetljenim/slabo osvijetljenim prostorijama. Kada se postigne određena minimalna osvjetljenost, videokamera prelazi u način snimanja u infracrvenom području i uključuje infracrveno osvjetljenje (IR).

IR LED diode ugrađene su u kameru na način da svjetlost s njih ne pada u leću kamere, već osvjetljava njen kut gledanja.

Slika dobivena u uvjetima slabog osvjetljenja pomoću infracrvenog osvjetljenja uvijek je crno-bijela. Kamere u boji koje podržavaju noćnu fotografiju također se prebacuju u crno-bijeli način rada.

Vrijednosti IR osvjetljenja u video kamerama obično se daju u metrima - odnosno koliko metara od kamere vam osvjetljenje omogućuje da dobijete jasnu sliku. IC osvjetljenje velikog dometa naziva se IR iluminator.

Što je Smart IR, Smart IR?

Pametno IR osvjetljenje (Smart IR) omogućuje povećanje ili smanjenje snage infracrvenog zračenja ovisno o udaljenosti do objekta. Ovo se radi kako bi se osiguralo da objekti koji su blizu kamere nisu preeksponirani u videu.

IR filter (ICR), dan/noć način rada

Korištenje infracrvenog osvjetljenja za snimanje noću ima jednu osobitost: matrica takvih kamera proizvodi se s povećanom osjetljivošću na infracrveni raspon. To stvara problem za snimanje po danu, budući da matrica registrira infracrveni spektar tijekom dana, što remeti normalnu boju dobivene slike.

Stoga takve kamere rade u dva načina - danju i noću. Tijekom dana, matrica je prekrivena mehaničkim infracrvenim filtrom (ICR), koji prekida infracrveno zračenje. Noću se filter pomiče, dopuštajući zrakama infracrvenog spektra da slobodno uđu u matricu.

Ponekad je prebacivanje dnevnog/noćnog moda implementirano u softver, ali to rješenje daje slike slabije kvalitete.

ICR filtar također se može ugraditi u kamere bez infracrvenog osvjetljenja - kako bi se odrezao infracrveni spektar danju i poboljšao prikaz boja videa.

Ako vaš fotoaparat nema IGR filter jer nije izvorno dizajniran za noćno fotografiranje, ne možete mu dodati funkciju noćnog snimanja jednostavnom kupnjom posebnog IR modula. U tom će slučaju boja dnevnog videa biti značajno izobličena.

Osjetljivost (osjetljivost na svjetlo, minimalno osvjetljenje)

Za razliku od kamera, kod kojih se svjetlosna osjetljivost izražava parametrom ISO, svjetlosna osjetljivost kamera za videonadzor najčešće se izraženo u luksima (Lux) i označava minimalno osvjetljenje pri kojem kamera može proizvesti video sliku dobra kvaliteta- jasno i bez šuma. Što je niža vrijednost ovog parametra, to je veća osjetljivost.

Kamere za videonadzor odabiru se u skladu s uvjetima u kojima se planiraju koristiti: na primjer, ako je minimalna osjetljivost kamere 1 luks, tada neće biti moguće dobiti jasnu sliku noću bez dodatnog infracrvenog osvjetljenja .

Omjer signala i šuma (S/N) određuje kvalitetu video signala. Šum u video slikama uzrokovan je lošim osvjetljenjem i pojavljuje se kao obojeni ili crno-bijeli snijeg ili zrno.

Parametar se mjeri u decibelima. Slika ispod pokazuje prilično dobru kvalitetu slike već na 30 dB, ali kod modernih kamera, za dobivanje visokokvalitetnog videa, S/N bi trebao biti najmanje 40 dB.

DNR smanjenje šuma (3D-DNR, 2D-DNR)

Naravno, problem šuma u videu nije prošao nezapaženo od strane proizvođača. Na ovaj trenutak Postoje dvije tehnologije za smanjenje šuma na slici i odgovarajuće poboljšanje slike:

• 2-DNR. Starija i manje napredna tehnologija. Osim toga, uklanja se samo šum u blizini zemlje, ponekad je slika blago zamućena zbog čišćenja.
• 3-DNR. Najnovija tehnologija, koji radi prema složeni algoritam i uklanja ne samo buku u blizini, već i snijeg i žitarice u dalekoj pozadini.

Broj sličica u sekundi, fps (brzina protoka)

Broj sličica u sekundi utječe na glatkoću video slike - što je veći, to bolje. Za postizanje glatke slike potrebna je frekvencija od najmanje 16-17 sličica u sekundi. Standardi PAL i SECAM podržavaju broj sličica u sekundi pri 25 fps, a NTSC standard podržava 30 fps. Za profesionalne kamere, broj sličica može doseći do 120 fps i više.

Međutim, mora se uzeti u obzir da što je veći broj sličica u sekundi, to će biti potrebno više prostora za pohranjivanje videa i više će biti učitan prijenosni kanal.

Kompenzacija svjetla (HLC, BLC, WDR, DWDR)

Uobičajeni problemi video nadzora su:

• pojedinačni svijetli predmeti koji padaju u kadar (farovi, svjetiljke, lampioni), koji osvjetljavaju dio slike, a zbog kojih je nemoguće vidjeti važne detalje;
• previše svijetlo osvjetljenje u pozadini (sunčana ulica iza vrata sobe ili izvan prozora itd.), protiv koje se obližnji objekti čine pretamnim.

Za njihovo rješavanje postoji nekoliko funkcija (tehnologija) koje se koriste u nadzornim kamerama.

HLC - kompenzacija jakog svjetla. Usporedi:

BLC - kompenzacija pozadinskog osvjetljenja. Provodi se povećanjem ekspozicije cijele slike, zbog čega objekti u prvom planu postaju svjetliji, ali je pozadina presvijetla da bi se vidjeli detalji.

WDR (ponekad se naziva i HDR) - širok dinamički raspon. Također se koristi za kompenzaciju pozadinskog osvjetljenja, ali učinkovitije od BLC-a. Kada koristite WDR, svi objekti u videu imaju približno istu svjetlinu i jasnoću, što vam omogućuje da detaljno vidite ne samo prednji plan, već i pozadinu. To se postiže zahvaljujući činjenici da kamera snima slike s različitim ekspozicijama, a zatim ih kombinira kako bi se dobio okvir s optimalnom svjetlinom svih objekata.

D-WDR- implementacija softveraširok dinamički raspon , što je nešto lošije od punopravnog WDR-a.

Klase zaštite IK (Vandal-proof, anti-vandal) i IP (od vlage i prašine)

Ovaj je parametar važan ako birate kameru za vanjski videonadzor ili u prostoriji s visokom vlagom, prašinom itd.

IP klase- ovo je zaštita od ulaska stranih predmeta različitih promjera, uključujući čestice prašine, kao i zaštita od vlage. NastavaIK- ovo je zaštita od vandala, tj. od mehaničkog udara.

Najčešće klase zaštite među vanjskim CCTV kamerama su IP66, IP67 i IP67 IK10.

• Klasa zaštite IP66: Kamera je potpuno otporna na prašinu i zaštićena od jakih vodenih mlaznica (ili morskih valova). Voda ulazi u male količine i ne ometa rad video kamere.
• Klasa zaštite IP67: Kamera je potpuno otporna na prašinu i može izdržati kratkotrajno potpuno uranjanje pod vodu ili dugotrajno pod snijegom.
• Klasa zaštite od vandala IK10: Kućište kamere izdržat će opterećenje od 5 kg s visine od 40 cm (energija udarca 20 J).

Skrivena područja (maska ​​privatnosti)

Ponekad je potrebno sakriti se od promatranja i snimanja nekih područja koja ulaze u vidno polje kamere. Najčešće je to zbog zaštite privatnosti. Neki modeli fotoaparata omogućuju vam podešavanje postavki nekoliko od ovih zona, pokrivajući određeni dio ili dijelove slike.

Na primjer, na slici ispod, prozori susjedne kuće skriveni su na slici kamere.

Ostale funkcije CCTV kamera (DIS, AGC, AWB, itd.)

OSD izbornik- prilika ručne postavke mnogi parametri kamere: ekspozicija, svjetlina, žarišna duljina (ako postoji takva opcija) itd.

- snimanje u uvjetima slabog osvjetljenja bez infracrvenog osvjetljenja.

DIS- funkcija stabilizacije slike fotoaparata pri snimanju u uvjetima vibracija ili kretanja

EXIR tehnologija- tehnologija infracrvenog osvjetljenja koju je razvio Hikvision. Zahvaljujući njemu postiže se veća učinkovitost pozadinskog osvjetljenja: veći domet uz manju potrošnju energije, disperziju itd.

AWB- automatsko podešavanje ravnoteže bijele na slici, tako da je prikaz boja što bliži prirodnom, vidljivom ljudskom oku. Posebno relevantno za sobe s umjetnom rasvjetom i raznim izvorima svjetlosti.

AGC (AGC)- automatska kontrola pojačanja. Koristi se kako bi se osiguralo da je izlazni video tok iz kamera uvijek stabilan, bez obzira na snagu ulaznog video toka. Najčešće je pojačanje video signala potrebno u uvjetima slabog osvjetljenja, a smanjenje - naprotiv, kada je osvjetljenje prejako.

Detektor pokreta- zahvaljujući ovoj funkciji, kamera se može uključiti i snimati samo kada postoji kretanje na objektu koji se nadzire, a također odašilje signal alarma kada se detektor aktivira. To pomaže uštedjeti prostor za pohranu videa na DVR-u, rasterećuje kanal prijenosa video streama i organizira obavještavanje osoblja o kršenju koje se dogodilo.

Ulaz za alarm kamere- ovo je mogućnost uključivanja kamere i početka snimanja videa kada se dogodi bilo koji događaj: aktivacija povezanog senzora pokreta ili drugog senzora povezanog s njim.

Izlaz alarma omogućuje vam da pokrenete reakciju na alarmni događaj snimljen kamerom, na primjer, uključite sirenu, pošaljite upozorenje poštom ili SMS-om itd.

Niste pronašli značajku koju ste tražili?

Pokušali smo prikupiti sve karakteristike kamera za videonadzor koje se često susreću. Ako ovdje niste pronašli objašnjenje nekog parametra koji vam nije jasan, napišite u komentarima, pokušat ćemo dodati te podatke u članak.

Pisali smo o matricama o odabiru video kamere za obitelj. Tu smo se lako dotakli ovog pitanja, ali danas ćemo pokušati detaljnije opisati obje tehnologije.

Što je matrica u video kameri? Ovo je mikro krug koji pretvara svjetlosni signal u električni signal. Danas postoje 2 tehnologije, tj 2 vrste matrica – CCD (CCD) i CMOS (CMOS). Oni se razlikuju jedni od drugih, svaki ima svoje prednosti i mane. Nemoguće je sa sigurnošću reći koji je bolji, a koji lošiji. Razvijaju se paralelno. Nećemo ulaziti u tehničke detalje, jer... oni će biti pomalo neshvatljivi, ali općenito ćemo definirati njihove glavne prednosti i nedostatke.

CMOS tehnologija (CMOS)

CMOS matrice Prije svega, hvale se malom potrošnjom energije, što je plus. Video kamera s ovom tehnologijom radit će malo duže (ovisno o kapacitetu baterije). Ali to su manje stvari.

Glavna razlika i prednost je nasumično očitavanje ćelija (u CCD-u se očitavanje provodi istovremeno), što eliminira razmazivanje slike. Jeste li ikada vidjeli "vertikalne stupove svjetlosti" od točkastih svijetlih objekata? Dakle, CMOS matrice isključuju mogućnost njihovog pojavljivanja. A kamere temeljene na njima su jeftinije.

Postoje i nedostaci. Prva od njih je mala veličina fotoosjetljivog elementa (u odnosu na veličinu piksela). Ovdje većinu površine piksela zauzima elektronika, stoga je površina fotoosjetljivog elementa smanjena. Posljedično, smanjuje se osjetljivost matrice.

Jer Budući da se elektronička obrada provodi na pikselu, povećava se količina šuma na slici. To je također nedostatak, kao i kratko vrijeme skeniranja. Zbog toga dolazi do efekta "rolling shutter": kada se operater pomiče, objekt u okviru može biti iskrivljen.

CCD tehnologija

Video kamere s CCD matricama omogućuju vam dobivanje visokokvalitetnih slika. Vizualno je lako primijetiti manje šuma u videu snimljenom kamkorderom baziranim na CCD-u u usporedbi s videom snimljenim CMOS kamerom. Ovo je prva i najvažnija prednost. I još nešto: učinkovitost CCD matrica je jednostavno nevjerojatna: faktor popunjavanja se približava 100%, omjer registriranih fotona je 95%. Uzmite obično ljudsko oko - ovdje je omjer otprilike 1%.

Visoka cijena i velika potrošnja energije su nedostaci ovih matrica. Stvar je u tome što je proces snimanja ovdje nevjerojatno težak. Snimanje slike provodi se zahvaljujući mnogim dodatnim mehanizmima koji se ne nalaze u CMOS matricama, zbog čega je CCD tehnologija znatno skuplja.

CCD matrice se koriste u uređajima koji zahtijevaju slike u boji i visokoj kvaliteti, a koji se mogu koristiti za snimanje dinamičnih scena. To su uglavnom profesionalne video kamere, iako ima i onih za kućanstvo. To su i nadzorni sustavi, digitalne kamere itd.

CMOS matrice koriste se tamo gdje nema posebno visokih zahtjeva za kvalitetom slike: senzori pokreta, jeftini pametni telefoni... No, tako je bilo i prije. Moderne matrice CMOS ima različite modifikacije, što ih čini vrlo kvalitetnim i dostojnim sa stajališta natjecanja s CCD matricama.

Sada je teško procijeniti koja je tehnologija bolja, jer obje pokazuju izvrsne rezultate. Stoga je postavljanje tipa matrice kao jedinog kriterija odabira u najmanju ruku glupo. Važno je uzeti u obzir mnoge karakteristike.

Po prvi put, CCD princip s idejom pohranjivanja i potom očitavanja elektroničkih naboja razvila su dva inženjera iz BELL Corporation u kasnim 60-ima tijekom potrage za novim vrstama računalne memorije koja bi mogla zamijeniti memoriju s feritni prstenovi(da, da, bilo je takvo sjećanje). Ova ideja se pokazala neperspektivnom, ali je uočena sposobnost silicija da reagira na vidljivi spektar zračenja i razvijena je ideja o korištenju ovog principa za obradu slike.

Počnimo s dešifriranjem pojma.

Kratica CCD znači "uređaji s spregom naboja" - ovaj izraz je izveden iz engleskog "uređaji s spregom naboja" (CCD).

Ovaj tip uređaja trenutno ima vrlo širok raspon primjena u širokom spektru optoelektroničkih uređaja za snimanje slike. U svakodnevnom životu to su digitalni fotoaparati, video kamere i razni skeneri.

Što razlikuje CCD prijemnik od konvencionalne poluvodičke fotodiode, koja ima fotoosjetljivu podlogu i dva električna kontakta za primanje električnog signala?

Prvo, takva fotoosjetljiva područja (često nazvana pikselima - elementi koji primaju svjetlost i pretvaraju je u električni naboji) u CCD prijemniku je vrlo velik, od nekoliko tisuća do nekoliko stotina tisuća pa čak i nekoliko milijuna. Veličine pojedinačnih piksela su iste i mogu varirati od jedinica do desetaka mikrona. Pikseli mogu biti poredani u jedan red - tada se prijemnik naziva CCD polje ili mogu ispuniti područje površine u jednakim redovima - tada se prijemnik naziva CCD matrica.

Položaj elemenata za primanje svjetlosti (plavi pravokutnici) u CCD polju i CCD matrici.

Drugo, u CCD prijemniku, koji izgleda kao običan mikro krug, nema ogromnog broja električnih kontakata za izlaz električnih signala, koji bi, čini se, trebali dolaziti od svakog elementa za primanje svjetla. Ali elektronički sklop spojen je na CCD prijamnik, što omogućuje izvlačenje električnog signala iz svakog fotoosjetljivog elementa proporcionalnog njegovom osvjetljenju.

Rad CCD-a može se opisati na sljedeći način: svaki element osjetljiv na svjetlost - piksel - radi kao kasica prasica za elektrone. Elektroni se stvaraju u pikselima pod utjecajem svjetlosti koja dolazi iz izvora. Tijekom određenog vremenskog razdoblja, svaki piksel postupno se puni elektronima proporcionalno količini svjetlosti koja ulazi u njega, poput kante postavljene vani za vrijeme kiše. Na kraju tog vremena, električni naboji akumulirani u svakom pikselu prenose se na "izlaz" uređaja i mjere. Sve je to moguće zahvaljujući specifičnoj kristalnoj strukturi u kojoj se nalaze elementi osjetljivi na svjetlo, te električni dijagram upravljanje.

CCD matrica radi gotovo na isti način. Nakon ekspozicije (osvjetljavanja projicirane slike), elektronički upravljački krug uređaja opskrbljuje ju složenim skupom impulsnih napona, koji počinju pomicati stupce s elektronima nakupljenim u pikselima do ruba matrice, gdje se slično mjerenje vrši. Nalazi se CCD registar u kojem se naboji pomaknu okomito i padaju na mjerni element stvarajući u njemu signale koji su proporcionalni pojedinačnim nabojima. Tako za svaki sljedeći trenutak u vremenu možemo dobiti vrijednost akumuliranog naboja i odrediti kojem pikselu na matrici (broj retka i broj stupca) on odgovara.

Ukratko o fizici procesa.

Za početak napominjemo da CCD uređaji spadaju u proizvode tzv. funkcionalne elektronike. Ne mogu se zamisliti kao skup pojedinačnih radioelemenata - tranzistora, otpornika i kondenzatora. Rad se temelji na principu sprege naboja. Načelo spajanja naboja koristi dvije odredbe poznate iz elektrostatike:

1. poput naboja se međusobno odbijaju
2. naboji se talože tamo gdje je njihova potencijalna energija minimalna. Oni. otprilike - "riba gleda gdje je dublje."

Prvo, zamislimo MOS kondenzator (MOS je skraćenica za metal-oxide-semiconductor). To je ono što ostaje od MOS tranzistora ako uklonite odvod i sors s njega, to jest samo elektrodu odvojenu od silicija slojem dielektrika. Definitivnosti radi, pretpostavit ćemo da je poluvodič p-tipa, tj. da je koncentracija šupljina u uvjetima ravnoteže mnogo (nekoliko redova veličine) veća od koncentracije elektrona. U elektrofizici, "rupa" je naboj koji je suprotan naboju elektrona, tj. pozitivan naboj.

Što se događa ako se na takvu elektrodu dovede pozitivan potencijal (naziva se vrata)? Električno polje koje stvaraju vrata, prodirući u silicij kroz dielektrik, odbija pokretne rupe; pojavljuje se depletion region – određeni volumen silicija bez većinskih nositelja. S parametrima poluvodičkih podloga tipičnih za CCD, dubina ovog područja je oko 5 μm. Naprotiv, elektroni koji se ovdje generiraju pod utjecajem svjetlosti privući će vrata i akumulirati će se na sučelju oksid-silicij neposredno ispod vrata, tj. pasti će u potencijalnu jamu (slika 1).

Riža. 1
Formiranje potencijalne jame kada se napon primijeni na vrata

U tom slučaju elektroni, dok se nakupljaju u jažici, djelomično neutraliziraju električno polje stvoreno u poluvodiču pomoću vrata, a na kraju ga mogu potpuno kompenzirati, tako da će cijelo električno polje pasti samo na dielektrik, a sve će se vratiti početno stanje- s iznimkom da se na granici formira tanki sloj elektrona.

Neka se sada uz vrata nalaze još jedna vrata, na koja je također doveden pozitivan potencijal, štoviše, veći nego na prva (slika 2). Ako su samo vrata dovoljno blizu, njihove se potencijalne jame spajaju, a elektroni iz jedne potencijalne jame prelaze u susjednu, ako je "dublja".
Riža. 2
Preklapanje potencijalnih jažica dva blisko smještena vrata. Naboj teče do mjesta gdje je dublja potencijalna jama.

Sada bi trebalo biti jasno da ako imamo lanac vrata, tada je moguće, primjenom odgovarajućih upravljačkih napona na njih, prenijeti lokalizirani paket naboja duž takve strukture. Izvanredno svojstvo CCD-a - svojstvo samoskeniranja - je da su za kontrolu lanca vrata bilo koje duljine dovoljne samo tri linije sata. (Termin sabirnica u elektronici je vodič električna struja, povezujući slične elemente, taktnu sabirnicu - vodiče kroz koje se prenosi fazno pomaknuti napon.) Doista, za prijenos paketa naboja potrebne su i dovoljne tri elektrode: jedna predajna, jedna prijamna i jedna izolacijska, razdvajajući parove prijemnika i odašilju jedna od druge, a istoimene elektrode takvih tripleta mogu se međusobno spojiti u jednu taktnu sabirnicu, zahtijevajući samo jedan vanjski izlaz (slika 3).

Riža. 3
Najjednostavniji trofazni CCD registar.
Naboj u svakoj potencijalnoj jažici je različit.

Ovo je najjednostavniji trofazni pomakni registar na CCD-u. Satni dijagrami rada takvog registra prikazani su na sl. 4.

Riža. 4
Satni dijagrami za upravljanje trofaznim registrom su tri meandra pomaknuta za 120 stupnjeva.
Kada se potencijali mijenjaju, naboji se kreću.

Vidi se da za svoj normalan rad u svakom trenutku vremena, barem jedna taktna sabirnica mora imati visok potencijal, a najmanje jedna mora imati nizak potencijal (potencijal barijere). Kada se potencijal povećava na jednoj sabirnici, a smanjuje na drugoj (prethodnoj), svi paketi naboja se istovremeno prenose na susjedna vrata, a za puni ciklus (jedan ciklus na svakoj faznoj sabirnici), paketi naboja se prenose (pomiču) na jedan element registra.

Za lokalizaciju paketa naboja u poprečnom smjeru formiraju se takozvani zaustavni kanali - uske trake s povećanom koncentracijom glavnog dopanta, koje se protežu duž kanala prijenosa (slika 5).

Riža. 5.
Pogled odozgo na registar.
Prijenosni kanal u bočnom smjeru ograničen je zaustavnim kanalima.

Činjenica je da koncentracija dopirajuće nečistoće određuje na kojem se specifičnom naponu vrata ispod njega formira osiromašeno područje (ovaj parametar nije ništa više od napona praga MOS strukture). Iz intuitivnih razmatranja jasno je da što je veća koncentracija nečistoća, tj. što je više rupa u poluvodiču, to ih je teže probiti dublje, tj. što je veći napon praga ili, pri jednom naponu, niži potencijal u potencijalnoj bušotini.

Problemi

Ako u proizvodnji digitalnih uređaja raspršenost parametara po pločici može doseći nekoliko puta bez primjetnog utjecaja na parametre rezultirajućih uređaja (budući da se rad obavlja s diskretnim razinama napona), tada u CCD-u promjena, recimo , koncentracija dopanta od 10% već je vidljiva na slici. Veličina kristala i nemogućnost redundancije, kao kod LSI memorije, dodaju svoje probleme, tako da defektna područja dovode do neupotrebljivosti cijelog kristala.

Poanta

Različiti pikseli CCD matrice tehnološki imaju različitu osjetljivost na svjetlost i tu razliku treba ispraviti.

U digitalnom KMA-u ova se korekcija naziva sustavom automatske kontrole pojačanja (AGC).

Kako radi AGC sustav

Radi jednostavnosti razmatranja, nećemo uzeti ništa konkretno. Pretpostavimo da postoje određene razine potencijala na izlazu ADC-a CCD čvora. Pretpostavimo da je 60 prosječna razina bijele boje.

1. Za svaki piksel CCD linije očitava se vrijednost kada se obasja referentnom bijelom svjetlošću (a kod ozbiljnijih uređaja očitava se i “crna razina”).
2. Vrijednost se uspoređuje s referentnom razinom (na primjer, prosjekom).
3. Razlika između izlazne vrijednosti i referentne razine pohranjuje se za svaki piksel.
4. Kasnije, tijekom skeniranja, ta razlika se kompenzira za svaki piksel.

AGC sustav se inicijalizira svaki put kada se inicijalizira sustav skenera. Vjerojatno ste primijetili da kada uključite stroj, nakon nekog vremena nosač skenera počinje se pomicati naprijed-nazad (puzeći duž crnih i bijelih pruga). Ovo je proces inicijalizacije AGC sustava. Sustav također uzima u obzir stanje žarulje (starenje).

Vjerojatno ste također primijetili da mali višenamjenski uređaji opremljeni skenerom u boji "pale lampu" s tri boje: crvenom, plavom i zelenom. Tada samo originalno pozadinsko osvjetljenje postaje bijelo. Ovo je učinjeno kako bi se bolje ispravila osjetljivost matrice zasebno za RGB kanale.

Test polutonova (TEST SJENJENJA) omogućuje vam pokretanje ovog postupka na zahtjev inženjera i dovođenje vrijednosti podešavanja u stvarne uvjete.

Pokušajmo sve ovo razmotriti na pravom, "borbenom" stroju. Uzmimo dobro poznati i popularni uređaj kao osnovu. SAMSUNG SCX-4521 (Xerox Pe 220).

Treba napomenuti da u našem slučaju CCD postaje CIS (Contact Image Sensor), ali suština onoga što se događa ne mijenja se bitno. Jednostavno, linije LED dioda koriste se kao izvor svjetlosti.

Tako:

Signal slike iz CIS-a ima razinu od oko 1,2 V i dovodi se u ADC dio (SADC) kontrolera uređaja (SADC). Nakon SADC-a, analogni CIS signal će se pretvoriti u 8-bitni digitalni signal.

Procesor slike u SADC-u prvo koristi funkciju korekcije tona, a zatim funkciju korekcije gama. Nakon toga, podaci se dostavljaju različitim modulima prema načinu rada. U tekstualnom načinu, slikovni podaci idu u LAT modul, u foto načinu, slikovni podaci idu u modul "Error Diffusion", u PC-Scan načinu rada, slikovni podaci idu izravno u Osobno računalo putem DMA pristupa.

Prije testiranja stavite nekoliko praznih listova bijelog papira na staklo za ekspoziciju. Podrazumijeva se da se optika, c/b traka i općenito sklop skenera iznutra prvo moraju “oblizati”

1. Odaberite u TEHNIČKOM NAČINU
2. Pritisnite tipku ENTER za skeniranje slike.
3. Nakon skeniranja ispisat će se "CIS PROFIL SJENJENJA". Primjer takvog lista prikazan je u nastavku. Ne mora biti kopija vašeg rezultata, ali bi trebao biti sličan slici.
4. Ako se ispisana slika jako razlikuje od slike prikazane na ilustraciji, CIS je neispravan. Imajte na umu da na dnu lista izvješća piše "Rezultati: OK". To znači da sustav nema ozbiljnih pritužbi na CIS modul. U protivnom će se prikazati rezultati pogreške.

Primjer ispisa profila:

Sretno ti!!

Osnova se temelji na materijalima iz članaka i predavanja nastavnika St. Petersburg State University (LSU), St. Petersburg Electrotechnical University (LETI) i Axl. Hvala im.

Građu pripremio V. Schelenberg