Статьи

К списку статей

Резкость изображения и оборудование CCTV

Резкость как термин, который мы часто используем при общении друг с другом, характеризует наше ощущение, когда мы рассматриваем то или иное изображение. При этом нас мало интересует причина, по которой изображение не резко. Но одно дело разговоры в быту, и совсем другое дело, когда резкость изображения обсуждается в кругу специалистов, профессионально занимающихся техническими средствами, у которых изображение является конечным продуктом и его качество должно оцениваться через набор определенных параметров. Но, к сожалению, понятие резкость среди широкого круга пользователей CCTV сводится к недостаточной фокусировке объектива. В этой статье мы будем считать, что объектив безупречно сфокусирован, а вот резкость на мониторе все равно плохая. Следовательно, на резкость изображения оказывают свое влияние еще какие-то параметры, на которые мы не обращаем никакого внимания.

Давайте зададим себе вопрос: а что нам известно об объективе, который мы хотим использовать в видеотракте с точки зрения его резкости? Ответ однозначный - ничего. Но если вспомнить, что оптика CCTV досталась нам от фотографии, то можно косвенно предположить, какая резкость у наших объективов. В фотографии объективы делятся на мягкие, нормальные и жесткие. Жесткий объектив - это самый резкий объектив, но его использование в фотографии очень ограничено. Причина заключается в том, что фотография - это, прежде всего, искусство, а уж потом отображение реальной действительности. И когда фотограф делает женский портрет, на котором прорисовываются все поры, кровеносные сосуды и, не дай бог, следы от сбритых усиков, то для фотографа это катастрофа. Поэтому фотографы, в основном, используют нормальные или мягкие объективы. Такие объективы скрывают мелкие дефекты натуры, и портреты получаются великолепными. Но мягкий объектив - это объектив, который имеет невысокую резкость.
Объективы для CCTV, наоборот, должны быть очень резкими (жесткими), потому что каждая морщинка или еле заметный шрам на лице - это бесценная информация для следственных органов. Но в CCTV, в отличие от фотографии, даже нет градации объективов по этому параметру.

А что нам известно о резкости в идеокамеры или видеорегистратора? Таких понятий в нашей действительности вообще не существует.
Мы меняем радиочастотный кабель на витую пару, радуемся, что можем передать видеосигнал на 2 км, и никогда не интересовались, а какая при этом резкость у усилительно-согласующих устройств. Как они работают с витой парой? Ухудшают они резкость изображения или она остается на исходном уровне?
Но, поскольку CCTV из примитива - видеокамера плюс монитор - превратилась в серьезный комплекс технических средств, каждый элемент которого вносит свою лепту в качество получаемого изображения, знать или хотя бы понимать, от чего зависит резкость и какими параметрами она характеризуется, просто необходимо.

Итак, о какой резкости мы говорим?

Понятие «резкость» можно разделить на три составляющие:
  1. Резкость как характеристика фокусировки объектива на объект наблюдения.
  2. Резкость как характеристика оборудования, позволяющая воспроизводить без искажений яркостный переход максимального контраста.
  3. Резкость как результат специальной обработки исходного изображения.
Поскольку первый пункт, я надеюсь, не вызывает у читателей никаких вопросов, то начнем сразу со второго.
Чтобы не было путаницы в терминологии, будем использовать термин «аппаратная резкость», когда рассматриваем характеристики оборудования. А термин просто «резкость» оставим для фокусировки объектива.
Под оборудованием будем понимать любой элемент в видеотракте, который используется для формирования изображения, его обработки и транспортировки до устройства отображения. В простейшем видеотракте это объектив, видеокамера, каналообразующий тракт передачи видеосигнала, устройство обработки и архивации изображений и монитор.
Что скрывается под термином «аппаратная резкость» любого элемента в видеотракте CCTV? Прежде всего, этот параметр показывает, как рассматриваемый элемент в видеотракте способен обработать смену одного цвета на другой. Идеальное оборудование должно обеспечить вывод информации о смене цвета в элементе изображения таким образом, чтобы никакого промежутка между цветами не было.
Количественная оценка аппаратной резкости Процесс смены цвета во времени должен произойти мгновенно, а на экране граница между цветами должна отсутствовать (рис. 1, верхняя часть). Но реальная действительность такова, что выполнить эти условия ни один из элементов видеотракта не в состоянии (это касается любого оборудования - не только оборудования CCTV).
Вопрос только в том, насколько оборудование может исказить эту переходную область. Чем она больше, тем сильнее эти искажения заметны на экране монитора и тем аппаратная резкость хуже. На рисунке 1 в качестве примера приведен переход от белого к черному. На верхнем рисунке - идеальный переход, а на нижнем - переход искажен аппаратурой плохого качества. Искажение как раз и заключается в том, что граница между двумя цветами размыта. Вот эта размытость на границе перехода двух цветов и создает ощущение нерезкости при просмотре изображения на мониторе.
Несмотря на то что внешние проявления плохой аппаратной резкости на экране монитора одинаковые, причина их возникновения в каждом элементе видеотракта разная. Для объективов это одна причина, для видеокамер - другая, а для радиочастотного кабеля - третья. Но разбираться с причинами мы не будем. Оставим их устранение на совести разработчиков оборудования.

Для количественной оценки аппаратной резкости используется переходная характеристика, которая показывает, как быстро во времени происходит процесс смены цвета. Пример переходной характеристики приведен на рисунке 2.
Что представляет собой переходная характеристика?
Что представляет собой переходная характеристика? Прежде всего, ось абсцисс - это временная ось, по которой определяют, сколько времени необходимо, чтобы цвет из черного стал белым. И ось ординат, на которой отложены уровни сигнала или в абсолютном их значении, или в процентах.
Переходная характеристика дает следующую информацию об оборудовании:
1. Аппаратная резкость изображения в микросекундах (мкс).
2. Окантовки как в области белого, так и в области черного в процентах.
3. Тянущиеся продолжения в процентах. Рассмотрим каждую характеристику отдельно.
Аппаратная резкость, как мы уже выше отметили, определяется временем, которое необходимо оборудованию, чтобы из черного цвета перейти к белому. В зависимости от того, какой контраст между цветами, время перехода разное. Чем меньше контраст, тем быстрее происходит смена цвета. Для тестирования оборудования используют переход между черным и белым цветами при контрасте между ними, равном единице. Это самые сложные условия работы оборудования с точки зрения сохранения резкости. С уменьшением контраста величина аппаратной резкости улучшается, т.е. переходная область делается уже.
Для определения численного значения величины аппаратной резкости на уровнях переходной характеристики 0,1 и 0,9 определяют время начала (Tн) и время завершения (Тк) переходного процесса (рис. 2). Аппаратная резкость вычисляется как Р = Тк - Тн.
Качество картинки в CCTV Окантовки - это искажения в виде колебательного процесса на вершине или спаде переходной характеристики (рис. 2). На изображении окантовки проявляются в виде темной или светлой полосы, проходящей вдоль границы перехода от одного цвета к другому (рис. 3). Степень отличия цвета окантовки от цветов, между которыми осуществляется переход, зависит от амплитуды колебательного процесса. На рисунке 2 это +UU и -UU. Чем амплитуда больше, тем окантовка становится все более заметной на изображении. Окантовки на переходной характеристике могут быть как в области белого (называются «кайма»), так и в области черного («бахрома»).
искусственные способы повышения резкости изображения Тянущиеся продолжения характеризуют, насколько быстро заканчивается колебательный процесс. На изображении тянущиеся продолжения выглядят как полосы с убывающей интенсивностью цвета. Для определения количественных значений тянущихся продолжений определяют, как угасает их амплитуда на интервале от t1 к t2.
В технике вещательного телевидения переходная характеристика имеет строго определенные параметры, которые не должны выходить за пределы допустимых значений. Допустимые значения задаются в виде шаблона (рис. 4), внутри которого должна укладываться переходная характеристика (кривая синего цвета). Если характеристика оборудования не укладывается в отведенный шаблоном диапазон значений, то оборудование не проходит испытания. Эти требования в телевидении очень жесткие, и именно поэтому качество телевизионных изображений не идет ни в какое сравнение с качеством картинки в CCTV.
Для представления о том, какие ограничения задаются в вещательном телевидении на переходную характеристику, приведу выдержку из «Правил применения оборудования систем телевизионного вещания », утвержденных приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 10 января 2006 года № 1:
Предельные значения
В современных фото- и видеокамерах, в том числе и CCTV, все шире стали применяться искусственные способы повышения резкости изображения. Эта необходимость обусловлена тем, что возможности оборудования формировать резкое изображение ограничены, а желание иметь резкую картинку всегда имеет место. Поэтому искусственное повышение резкости сейчас стало применяться очень часто. Способов, а точнее алгоритмов создания фильтров, позволяющих увеличивать резкость, много, но мы рассмотрим только один и на его примере попробуем объяснить принцип повышения резкости.
Резкость увеличивают на стадии формирования или обработки изображения. Процесс увеличения резкости может происходить как в видеокамере, так и в устройствах обработки видеосигнала. В русском языке пока нет термина, который адекватно характеризовал бы этот процесс, в то же время в фотографии широко используется термин «шарпинг» (от английского sharpness - величина, характеризующая качество воспроизведения границ участков изображений и контуров). Это понятие резкости - шарпинг - имеет уже третий физический смысл, который мы рассматриваем в этой статье. Основа увеличения резкости с использованием шарпинга заключается в том, что на границах яркостных переходов искусственно увеличивают контраст. Как это происходит? На рисунке 5 приведена переходная характеристика процесса изменения цвета с «темного» на «светлый».
Переходная область состоит из двух оттенков серого, являющихся промежуточными цветами между «темным» и «светлым». Причем в исходном изображении этих оттенков нет. Они появились как следствие плохой аппаратной резкости оборудования. На мониторе эти оттенки присутствуют и вызывают эффект размытия границ яркостных переходов, что снижает визуально оцениваемую наблюдателем резкость. Чтобы эффект размытия не был так заметен, цвета полутонов переходной области (рис.6) заменяют на другие. Принцип замены цвета состоит в том, чтобы контраст цветов переходной области был больше контраста цветов, между которыми происходит переход. В результате такой замены длительность переходной области (рис. 6) значительно сократилась, при этом увеличенный контраст подчеркнул границу перехода между цветами. Результат работы этого эффекта хорошо виден на фотографиях (рис. 7), приведенных на сайте http://www.fototest.ru/articles/59/ в статье «Да здравствует резкость».

какова должна быть разница исходных полутонов изображения Анализ видеосигнала

Шарпинг описывается несколькими параметрами. Первый из них - это радиус.
Радиус (рис. 6) фактически определяет ширину области, в которой будет повышен контраст. Маленький радиус говорит о том, что будет повышен контраст только близлежащих к границе перехода пикселов. А чем больше радиус, тем больше пикселов «вглубь» от границы будет подвержено изменению контраста. Использование минимальной величины радиуса чревато появлением на изображении искажений в виде ступенек (рис. 8).
Порог (рис. 5) определяет, какова должна быть разница исходных полутонов изображения, чтобы к ним было применено увеличение резкости (шарпинг). При малой величине порога увеличение резкости не происходит. Как только порог превысил заданное значение, включается алгоритм увеличения резкости.
Шарпинг описывается несколькими параметрами Использование технологий шарпинга
Интенсивность (рис. 6) характеризует, насколько сильно будет увеличен контраст между исходными полутонами на границах деталей изображения. Другими словами, насколько темнее станут темные полутона и насколько светлее - светлые. Чрезмерная величина интенсивности может привести и к искажениям, сходным с теми, что мы рассматривали выше (рис. 3), а именно - к окантовке.
Использование технологий шарпинга не всегда приводит к 100% положительным результатам. Причина заключается в том, что для каждого изображения, к которому необходимо применить шарпинг, нужно подбирать оптимальные значения параметров. Для нашего примера это радиус, порог и интенсивность. В этом случае успех обеспечен. Оборудование CCTV, какой бы алгоритм усиления резкости ни использовало, все равно имеет фиксированные значения параметров, выбранные разработчиками только по известным им критериям. Поэтому и результат повышения резкости изображения пользователь видит не всегда. В ближайшей перспективе наверняка в CCTV появится шарпинг с адаптивными способами выбора параметров. Вот тогда аппаратная резкость оборудования за счет шарпинга порадует пользователей.

А. Гонта, Е. Седов
"Алгоритм Безопасности" № 1, 2007 год.



Видеонаблюдение

Внешний вид AN5-21B3.6I Внешний вид AN5-21B3.6I
Уличная аналоговая видеокамера
- 1/3" Pixel plus 1099 - 800 ТВЛ - 3,6 мм - ИК- 20 м
1 890

Производитель Axycam
Внешний вид AD4-P37B3.6I-MG Внешний вид AD4-P37B3.6I-MG
  • - 1/4" 1Мр H42
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
Доступно: 10 шт.
1 250

Производитель Axycam
Внешний вид AN4-37B3.6I-MG white Внешний вид AN4-37B3.6I-MG white
  • - 1/4" 1Мр H42
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
Доступно: 62 шт.
1 350

Производитель Axycam
Внешний вид AD-P31B3.6I-AHD Внешний вид AD-P31B3.6I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
1 197

Производитель Axycam
Внешний вид AD-P31B2.8I-AHD Внешний вид AD-P31B2.8I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 2.8mm
  • - подсветка - 20м
1 323

Производитель Axycam
Внешний вид AN5-31B3.6I-AHD white/dark grey Внешний вид AN5-31B3.6I-AHD white/dark grey
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 20м
2 331

Производитель Axycam
Внешний вид AD-31B3.6I-AHD Внешний вид AD-31B3.6I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 3.6mm
  • - подсветка - 25м
1 953

Производитель Axycam
Внешний вид AD7-31V12I-AHD Внешний вид AD7-31V12I-AHD
  • - 1/4" 1Мр Omnivision
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 2.8-12mm
  • - подсветка - 25м
3 213

Производитель Axycam
Внешний вид AN4-37V12I-MG Внешний вид AN4-37V12I-MG
  • - 1/4" 1Мр H42
  • - 720p ( 30 к/с)
  • - 2.8-12mm
  • - подсветка - 40м
3 827

Производитель Axycam
Внешний вид AN4-33V12I-AHD Внешний вид AN4-33V12I-AHD
  • - 1/4" 1.3Мр Aptina
  • - 960p ( 30 к/с)
  • - 2.8-12mm
  • - подсветка - 40м
4 121

Производитель Axycam
Найдено товаров: 1722
1 2 3 4 5

Возврат к списку

Создание проекта системы видеонаблюдения всего за несколько минут;
Все РЕАЛЬНО: в т.ч. сектора наблюдения, параметры кабельных трасс;
Загрузка готовых планов и их масштабирование;
Спецификация обрудования и смета создается автоматически;
Дружелюбный интерфейс;
Индивидуальные настройки программы и оборудования.
Техподдержка встроена непосредственно в программу.
Регистрация занимает одну минуту.

ОТ ЗАПРОСА ДО ОФОРМЛЕННОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ - 15 МИНУТ