Автодіафрагма - студопедія
Таблиця 5. Орієнтовна освітленість об'єктів
Таблиця 4. Коефіцієнти відбиття деяких об'єктів
Чутливість - ще один важливий параметр ТВ камери. Цей параметр визначає якість роботи камери при низькій освітленості.
Виробники по-різному трактують це поняття. Найчастіше під чутливістю розуміють мінімальну освітленість на об'єкті (scene illumination), при якій можна розрізнити перехід від чорного до білого, але іноді мають на увазі мінімальну освітленість на матриці (image illumination). З теоретичної точки зору правильніше було б вказувати освітленість на матриці, т. К. В цьому випадку не потрібно обумовлювати характеристики використовуваного об'єктива. Але користувачеві при підборі камери зручніше працювати з освітленістю на об'єкті, яку він заздалегідь знає (або може виміряти). Тому зазвичай вказують мінімальну освітленість на об'єкті, виміряну в стандартизованих умовах: коефіцієнт відображення об'єкта 0,75 і світлосила об'єктива 1,4.
Формула, що зв'язує освітленість на об'єкті та на матриці, наведена нижче:
де liirage - освітленість на ПЗС - матриці, Iscene - освітленість на об'єкті, R - коефіцієнт відбиття об'єкта, F - світлосила об'єктиву.
Місце для паркування з машинами
Одиниця виміру чутливості - люкс. Значення мінімальної освітленості на матриці і на об'єкті відрізняються, як правило, більше, ніж в 10 разів. Наприклад, якщо вказано, що мінімальна освітленість на матриці дорівнює 0,01 люкс, то це означає, що при об'єктиві F1,4 мінімальна освітленість об'єкту - 0,1 люкс, а це - середнє значення для сучасної ТВ камери. Відомі фірми в паспортах і каталогах зазвичай ставлять значення освітленості саме на об'єкті. Виробники ж середнього рівня прагнуть виділити свою продукцію за рахунок більш привабливих характеристик чутливості, при цьому, як правило, «забуваючи» вказувати, що вимірювання проводилися на матриці. Але навіть ці дані не дадуть вам ясної картини про чутливість, ще є багато факторів, що впливають на результати вимірювань.
Вимірювання проводяться за допомогою люксметра. Якщо телекамера зберігає необхідні параметри зображення при освітленості об'єкта в 0,1 люкса, можна стверджувати, що її чутливість становить 0,1 люкса. Але при цьому необхідно враховувати наступне. рівень сигналу (величина вихідного сигналу з камери дорівнює 1,0 В або ж менше), місце виміру (чи було проведено вимірювання рівня освітленості безпосередньо на сенсорі, або на об'єкті), чи використовувався об'єктив (якщо так, яке відносне отвір), відбивну здатність тестованого об'єкта. Ось чому для проведення подібних вимірів необхідно використовувати спеціальну кімнату.
У порівнянні з людським оком чутливість монохромних ТВ камер істотно зрушена в інфрачервону область. Ця обставина дозволяє при недостатньому освітленні використовувати спеціальні інфрачервоні прожектори. Інфрачервоне випромінювання не видно людському оку, але прекрасно фіксується ТВ камерами на ПЗС.
Для кольорових ТВ камер характерні значно менша чутливість в порівнянні з монохромними і відсутність чутливості в інфрачервоній області спектра. Чутливість більшості сучасних монохромних ТВ камер - близько 0,01-1 люкс (при F1,2). Найбільш чутливі камери можуть використовуватися для нічних спостережень без ІЧ-підсвічування. Для ефективної роботи таких камер цілком достатньо місячного світла.
Безхмарний, сонячний день
Більше 100 000 люкс (кут сонця 55 °)
Сонячний день з легкими хмарами
Ясна ніч, повний місяць
Ясна ніч, неповна місяць
Ніч, місяць в хмарах
Ясна, безмісячна ніч
Безмісячна ніч з легкими хмарами
Темна, хмарна ніч
В освітленому приміщенні без вікон
Добре освітлені приміщення, офіси
Іноді виробники або просто дилери, щоб показати переваги в чутливості однієї камери над іншими демонструють дуже ефектний трюк (зазвичай на спеціалізованих виставках).
Робиться це так: стоять поруч кілька камер, які працюють на свої телевізійні монітори. Потім перед усіма камерами по черзі опускають дуже темний світлофільтр. Результат: камери, крім однієї, «сліпнуть» і крім яскравих відблисків одна трохи краще, інша трохи гірше не бачать нічого. Дуже ефектно і зрозуміло. Які тут можуть бути питання? Тим більше, що оком крізь фільтр і яскравих відблисків не видно.
Проте, цей «переконливий експеримент» не зовсім, але в значній мірі, лише ілюзія фантастичною чутливості цієї єдиної камери.
Що ж є насправді.
Насправді та єдина «надчутлива» камера дійсно має більш високу здатність перетворювати падаючі на неї світлові фотони в вихідна напруга, але зовсім не в те видиме на око n-кількість разів. Тут на глядача «грає» два чинники.
Один полягає в тому, що в поле зору очі, крім об'єктів, що знаходяться за темним фільтром, потрапляє і весь інший фон, який не дозволяє оці відкритися у відповідній мірі. Якби це сталося, очей би бачив приблизно на рівні інших камер.
Що ж стосується тієї єдиної камери, то вона дуже добре бачить в області ближнього інфрачервоного випромінювання, де око не бачить зовсім, а темний світлофільтр, який опускають перед усіма камерами, є темним у видимій області, а для ближнього ІК світла він майже прозорий! Таким властивістю володіють багато оптичне скло. Тому тоді, коли треба добитися більш-менш однакового коефіцієнта пропускання фільтра в широкому спектральному діапазоні, застосовують складові фільтри. Не важко здогадатися, що в розглянутій установці додаткових фільтрів немає і це другий і основний фактор ілюзії надчутливості камери.
Ну і найголовніше: переважна більшість чорно-білих «охоронних» камер насправді є побічним продуктом масового виробництва кольорових «братів». Що це означає? За технологією виробництва кольорових матриць вживаються спеціальні заходи для придушення їх чутливості в області ближнього інфрачервоного діапазону і розділення зображення на складові кольору - на їх поверхню наноситься мозаїка кольорових світлофільтрів. Кольорові матриці, параметри яких не вкладаються в необхідні допуски йдуть на виробництво чорно-білих камер. Кольорові світлофільтри, природно ніхто не видаляє.
В умовах же денного освітлення все камери, як ви розумієте, покажуть приблизно рівні результати. Звідси висновок: не всі чорно-білі камери однаково чутливі в області ІЧ-діапазону!
Останнім часом з'явилися телевізійні камери нового типу, що дозволяють ефективно працювати як вночі, так і вдень. Йдеться про камери зі змінною кольоровістю: при достатній кількості світла (близько 3 Люкс) вони працюють як кольорові, а при поганій освітленості стрибком переходять в чорно-білий режим роботи, забезпечуючи тим самим мінімальну освітленість 0,2 Люкс (всі освітленості наведені на стандартному об'єктиві F1.4). Подібні камери отримали назву «TRI-Q камери». Важливо також відзначити, що вони забезпечують високу роздільну здатність у всьому робочому діапазоні освітленості. Для більш повного задоволення останньої вимоги ці камери мають розширений спектральний діапазон від 380 нм до 1000 нм, що дозволяє досить ефективно працювати в системах з інфрачервоним підсвічуванням.
З чутливістю тісно пов'язаний параметр «ставлення сигнал / шум» (S / N = signal to noise). Ця величина вимірюється в децибелах.
Наприклад, сигнал / шум, що дорівнює 60 дБ. означає, що амплітуда сигналу в 1000 разів більше шуму. При параметрах сигнал / шум 50 дБ і більше на моніторі буде видна чиста картинка без видимих ознак шуму. При 40 дБ іноді помітні мелькають точки, а при 30 дБ - «сніг» по всьому екрану, 20 дБ - зображення практично неприйнятно, хоча великі контрастні об'єкти через суцільну «снігову» пелену розгледіти ще можна.
У даних, наведених в описах камер, вказуються значення сигнал / шум для оптимальних умов, наприклад, при освітленості на матриці 10 люкс і при вимкненому автоматичного регулювання посилення і гамма - корекції. У міру зменшення освітленості сигнал стає менше, а шум, внаслідок дії АРУ і гамма корекції, більше.
Протягом доби освітленість на контрольованому об'єкті, як правило, зазнає суттєвих змін. Для підтримки на постійному рівні кількості світла на матриці використовують вбудований в камеру автоматичний електронний затвор (electronic shutter) або об'єктив з автодіафрагмою (autoiris).