Статьи

К списку статей

Как измерять разрешающую способность (попытка осмысления)

Наверное, не будет преувеличением сказать, что в последнее время в среде специалистов по охранному телевидению наметился некоторый кризис в понимании корректной трактовки результатов измерений разрешающей способности. Причиной этому послужило все большее возрастание на рынке и в головах специалистов роли мегапиксельных и IP-видеокамер.

Надо отметить, что разрешающая способность относится к числу важнейших параметров, определяющих класс прибора и его цену - недаром при экспертном ранжировании видеокамер разрешающая способность наряду с чувствительностью оценивается специалистами как наиболее значимый параметр.

О каких проблемах идет речь?
Вот о каких.
  1. С ростом числа пикселов возрастают требования к точности измерений, а измерение "по клину" не дает точности, большей 10%. Более того, на изображении реальных охраняемых объектов "клина" как правило нет, а вот вертикальные штрихи встречаются (забор, припаркованные вдали автомобили, группа людей и пр.).
  2. Вследствие повышения разрешающей способности видеокамер возможности телевизионных испытательных таблиц "Мост Безопасности" в ряде случаев оказывает недостаточным, так как в настоящее время они позволяют измерять разрешающую способность лишь до 690 ТВЛ.
  3. Некоторым специалистам требуется знать разрешающую способность по вертикали, в то время как указанные таблицы рассчитаны на измерение разрешающей способности по горизонтали.
  4. Выходным сигналом обычных видеокамер является стандартный телевизионный видеосигнал, поэтому с помощью осциллографа с выбором строки можно измерить падение размаха видеосигнала от "узких" штрихов, например, до 10% по сравнению с размахом, соответствующим размаху от "широких" штрихов, то есть измерить частотно-контрастную характеристику. Для IP-видеокамер такой возможности нет (на выходе цифровой сигнал) - остается оценивать разрешение по экрану монитора (с учетом влияния его разрешающей способности).
  5. Используемая компрессия цифровых сигналов ухудшает разрешающую способность видеосистемы, на изображении появляются артефакты.
  6. На субъективное восприятие человеком разрешающей способности на изображении оказывают влияние различные факторы, включая контрастность, динамический диапазон, наличие или отсутствие гамма-коррекции, апертурной коррекции, уровень освещенности в месте установки монитора и пр.
  7. На штрихах испытательной таблицы, возможно появление биений, муара, затрудняющего измерение - следствие взаимодействия дискретных регулярных структур таблицы и ПЗС-матрицы.
  8. При большом количестве элементов ПЗС-матрицы на результирующую разрешающую способность видеокамеры существенное влияние оказывает объектив, причем это влияние по всему кадру неравномерно.
Как можно решить перечисленные проблемы? Сразу же оговорюсь, что я не знаю ответа на все эти вопросы, и данную публикацию прошу рассматривать как приглашение к обсуждению перечисленных проблем. Более того, я искренне рассчитываю, что в результате плодотворного обсуждения сообщество специалистов сможет сформулировать требования к испытательным таблицам; на основании этих требований таблицы "Мост Безопасности" могут быть модифицированы. Однако до этого надо, наверное, выяснить особенности применения таких таблиц.

Идеальный вариант
Рассмотрим несколько отвлеченный пример, который, возможно, подскажет нам направление движения к цели.

Для простоты будем считать, что существует некая оптическая мира, состоящая из черных и белых равномерных вертикальных штрихов (например, аналогичная таблицам). И существует видеокамера с ПЗС-матрицей. А в качестве основы для рассмотрения вопроса возьмем чертеж, подготовленный Рустамом Валеевым. Из этого рисунка виден механизм образования мешающего измерению муара. Следует отметить очень важную особенность: в общем случае при смещении штрихов таблицы по горизонтали относительно видеокамеры характер муара изменяется.

Рассмотрим идеальный случай: взаимное расположение видеокамеры и штрихов таблицы, сами толщины штрихов, а также расстояние от таблицы до камеры таковы, что с каждого белого штриха таблицы свет точно попадает на одни вертикальные ячейки ПЗС-матрицы, а с черных штрихов таблицы на соседние элементы ПЗС-матрицы свет не поступает. На выходе фотоприемника появляется сигнал, пропорциональный количеству фотонов (и соответствующий площади светового сигнала от белых штрихов), которые попали на соответствующие элементы ПЗС-матрицы, причем, при идеально точном совмещении штрихов и элементов ПЗС-матрицы этот сигнал максимален (фиг. 1).

Как измерять разрешающую способность

А теперь проведем следующий эксперимент: начнем смещать испытательную таблицу по горизонтали (в данном случае вправо, но это не принципиально) и наблюдать, что будет происходить с выходным сигналом ПЗС-матрицы. Мы видим, что сигнал от белых штрихов уменьшается (пунктирые линии показывают перераспределение фотонов между ячейками ПЗС-матрицы), зато появляется сигнал на элементах ПЗС-матрицы, соответствующих черным штрихам (фиг.2):

начнем смещать испытательную таблицу по горизонтали

Если продолжать смещать штрихи относительно ПЗС-матрицы, то при смешении на пол-штриха количество фотонов, попавших на каждый из элементов ПЗС-матрицы, будет одинаковым, штрихи становятся неразличимы (фиг. 3):

каждый из элементов ПЗС-матрицы

При дальнейшем перемещении таблицы начнет увеличиваться сигнал от элементов ПЗС-матрицы, ранее соответствующий черным штрихам (фиг. 4),

При дальнейшем перемещении таблицы начнет увеличиваться сигнал от элементов ПЗС-матрицы, ранее соответствующий черным штрихам

вплоть до своего максимального значения (фиг. 5):
изменение сигнала с ПЗС-матриц

Если продолжить движение таблицы по горизонтали в ту или иную сторону, изменение сигнала с ПЗС-матрицы будет происходить с ранее рассмотренной закономерностью.

Здесь можно сделать очень важный вывод для указаных выше условий: при горизонтальном перемещении вертикальных штрихов телевизионной испытательной таблицы относительно элементов ПЗС-матрицы приосходит яркостная модуляция штрихов с поочередным сдвигом яркостного элмента на изображении на один пиксел (был белым, стал черным, потом опять белый и т.д.). На глаз это практически незаметно, поэтому кажется, что штрихи неподвижны.

Это очень важно!
Потому что на всех остальных блоках с вертикальными штрихами образуется муар, который при движении таблицы перемещается по горизонтали. К слову сказать, это же относится и к измерению разрешающей способности "по клину".

Таким образом, значение разрешающей способности видеокамеры соответствует блоку вертикальных штрихов, которые остаются неподвижными при движении испытательной таблицы по горизонтали.

"Тот, кто нам мешает, тот нам поможет"

Теперь попытаемся отойти от идеального случая - ведь может оказаться, что шаг различных штрихов (например, через 50 ТВЛ) оказывается недостаточным для получения описанного выше результата (реальное значение где-то в середине между фиксированными значениями штрихов). Как быть в этом случае?

Вот здесь я допускаю предположение: для получения значения разрешающей способности можно попытаться использовать интерполяцию с учетом биений. (Радисты знают, что раньше были кварцевые частотомеры, которые использовали метод нулевых биений - "вилка" между точками с интерференционнами свистами, когда звук становится не слышен).

Будет ли это работать реально - поиск места равноудаленных от идеальной точки биенй, не знаю, надо проверять.

И вот тут, оказывается, можно будет уйти от проблемы измерения разрешающей способности IP-камер, вызванной наличием на их выходе цифрового сигнала. Дело в том, что даже на мониторе компьютера и даже при использовании компрессии сигналов можно будет рассмотреть муар, а также смещение биений при перемещении испытательной таблицы и пр. Повторюсь, сказанное - лишь предполжение, требующее подтверждения или опровержения путем экспериментов.

А как быть с существующим ограничением по измерению на уровне 690 ТВЛ?
Предлагаю на время поисков решений использовать существующие таблицы, но размещать их по реперным знакам не по высоте экрана, а по его половине (умножая все значения в ТВЛ на 2). Если принципиально это все будет работать - выпустим новые таблицы.

Вобщем, кто хочет и кто может - давайте улучшать эти испытательные таблицы и сами методы измерения разрешающей способности, предпосылки для этого есть. Дело за экспериментаторами.


Ю.М. Гедзберг, Генеральный директор ООО " Мост Безопасности "

Видеонаблюдение

Внешний вид AN5-43B3.6NIL-P Внешний вид AN5-43B3.6NIL-P
Уличная IP видеокамера
6 596

Производитель Axycam
Внешний вид AD-43B3.6NIL-P Внешний вид AD-43B3.6NIL-P
Купольная антивандальная IP камера
6 188

Производитель Axycam
Внешний вид ED3-331V12I-AHD Внешний вид ED3-331V12I-AHD
Купольная AHD видеокамера
- 1.3 Mp Sony Exmor CMOS
- 2,8-12 мм
- 960p (до 30к/с)
- ИК - 20 -25 м
8 704

Производитель Expert
Внешний вид AD10-43V12NIL-P Внешний вид AD10-43V12NIL-P
Купольная антивандальная IP камера
9 044

Производитель Axycam
Внешний вид AD7-43V12NIL-P Внешний вид AD7-43V12NIL-P
Купольная пластиковая IP (сетевая) видеокамера
8 432

Производитель Axycam
Внешний вид AN10-43V12NIL-P Внешний вид AN10-43V12NIL-P
Уличная IP видеокамера
9 180

Производитель Axycam
Внешний вид AN10-43V12NIL-P NEW Внешний вид AN10-43V12NIL-P NEW
Уличная IP видеокамера
9 180

Производитель Axycam
Внешний вид EN10-331V12I-AHD Внешний вид EN10-331V12I-AHD
Уличная AHD видеокамера
- 1.3 Mp Sony Exmor CMOS
- 2,8-10 мм
- 960p (до 30к/с)
- ИК - 40 - 45 м
10 540

Производитель Expert
Внешний вид EN10-431V12I-AHD Внешний вид EN10-431V12I-AHD
Уличная AHD видеокамера
- 1/3" PS-Panasonic CMOS
- 1080p/720p/960H
- 2.8 – 12 мм.
- ИК - 40 - 45 м.
12 512

Производитель Expert
Внешний вид AX-84AHD-M Внешний вид AX-84AHD-M
- Гибридный AHD / 960H / IP
- 8 видео / 4 аудио
- 15 к/с (1080N)
- 1 HDD SATA  6Тб(до)
6 528

Производитель Axycam
Найдено товаров: 617

Возврат к списку