Статьи

К списку статей

Характеристики изображения: контраст, динамический диапазон, резкость

Начало статьи

Функция передачи модуляции незаменима при определении предельной разрешающей способности оборудования и видеотрактов, а также их линейности во всем диапазоне пространственных частот. Эта характеристика является полным аналогом амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), которая широко используется в технике связи, звуковоспроизведении и в акустических системах. Отличие состоит в том, что АЧХ - это зависимость амплитуды сигнала от частоты, а ФПМ - это зависимость модуляции видеосигнала от пространственной частоты.
Характеристики изображения: контраст, динамический диапазон, резкость Идеальная ФПМ должна во всем диапазоне пространственных частот иметь максимальный контраст, близкий к единице. Диапазон, в котором изменяется контраст, находится в пределах от 0 до 1. Но реальные ФПМ видеооборудования CCTV далеки от идеала. На рисунке 6 представлены ФПМ двух видеорегистраторов и компьютерной платы видеозахвата. Ось ординат на графике - это значение модуляции (контраста). Ось абсцисс представляет количество линий, изображенных на мире, но пересчитанных в телевизионные линии. В чем же достоинства этих зависимостей? Прежде всего, давайте вспомним, что всегда, когда нужно построить любую систему видеонаблюдения, единственный элемент видеотракта, разрешающая способность которого нас интересует, - это видеокамера. При этом на состав видеотракта с точки зрения разрешающей способности мы мало обращаем внимание. Это связано с тем, что никаких характеристик по тому, с каким разрешением видеосигнала работает используемое нами оборудование, мы не имеем. Это относится к видеорегистраторам, платам видеозахвата, мультиплексорам и т.д. и т.п. А то, что видеотракт с установленным в нем видеооборудованием «съедает» все достоинства видеокамеры (разрешающую способность, контраст, резкость ), мы как-то не задумывались. Хотя, рассматривая изображение на мониторе, очень часто высказываем свои недовольства получаемой картинкой.
Вот для того чтобы осмысленно подбирать оборудование видеотрактов, и нужны ФПМ каждого элемента. Вернемся к графикам на рисунке 6. Что бросается в глаза? Прежде всего, что плата видеозахвата значительно превосходит видеорегистраторы по предельному разрешению и по максимальному уровню контраста. Но, к сожалению, все эти превосходства не позволяют этой плате работать даже с видеокамерами среднего разрешения 420 - 470 твл. Предельное разрешение платы видеозахвата по уровню модуляции 0,1 составляет величину 380 твл. Это говорит о том, что использование видеокамеры с высоким разрешением бессмысленно. Плата видеозахвата не «пропустит» через себя изоображение с разрешением выше 380 твл. На рисунке 7 приведена ФПМ-характеристика видеотракта с рассматриваемой платой видеозахвата и видеокамерой с разрешением 470 твл.
По графику на рисунке нетрудно заметить, что контраст ухудшился, и, как следствие, разрешающая способность видеотракта стала еще меньше. Если у платы видеозахвата предельная разрешающая способность была 380 твл, то результирующее разрешение всего видеотракта упало до 300 твл.Градации качества
Вот на мониторе мы и видим картинку с такой разрешающей способностью. Причем максимальный контраст на ФПМ имеет величину 0,94, что соответствует динамическому диапазону изображения на мониторе всего 24 дБ (рис. 1) из 48 дБ возможных. Если с большими оговорками предположить, что в системах видеонаблюдения динамический диапазон и отношение сигнал-шум имеют где-то близкие значения, то можно воспользоваться рекомендациями CCIR (The International Radio Consultative Committee) для оценки качества изображения (рис. 8). По этой таблице оказывается, что наш видеотракт не дотягивает и до очень плохого качества. А что мы видим в рекламных проспектах на платы видеозахвата в качестве характеристик? «Средний размер кадра на разрешении 768 x 576, ч/б - 7,7 кб». Но ведь разрешение 768 х 576 пикселов говорит нам о том, что в этот кадр можно вывести изображение с разрешением 576 телевизионных линий. Если этот параметр характеризует предельную возможность экранной области, то это вполне возможно. Единственное, что не понятно, - зачем эта характеристика нужна пользователям. Если она показывает возможности платы видеозахвата работать с таким разрешением, то этого просто не может быть.
Но вернемся к контрасту, который передает плата видеозахвата.
Для того чтобы сравнить оборудование или весь видеотракт, не прибегая к анализу их ФПМ, используют параметр «четкость» или «реальная разрешающая способность». Четкость соответствует количеству телевизионных линий на уровне ФПМ = 0,5 и для нашего случая записывается следующим образом: ФПМ(0,5) = 140 твл.
Имея характеристику «четкость», не составит труда сравнить оборудование или видеотракты и выбрать тот, характеристики которого лучше. Чем больше значение «четкость», тем лучше.
Многие читатели зададут естественный вопрос: «А что мне делать с этой зависимостью контраста от разрешения?» Чтобы на него ответить, давайте сначала посмотрим, как на этот вопрос отвечают фотографы:
1. ФПМ укладывается в диапазон от 70% до 100% - хороший объектив.
2. ФПМ падает до 30% - удовлетворительный объектив.
3. ФПМ ниже 30% - плохой объектив.
Я думаю, что эту классификацию можно использовать не только для объективов, но и для всего видеооборудования, используемого в CCTV. Имея такую шкалу качества, мы сможем количественно характеризовать любое устройство, применяемое в системах видеонаблюдения, или оборудование видеотракта в целом. По этой градации рассматриваемая плата видеозахвата (рис. 6) имеет хорошие показатели до 200 твл и удовлетворительные от 200 твл до 340 твл. Свыше 340 твл плата видеозахвата работает плохо.
Теперь немного о том, как интерпретировать графики ФПМ.
1. Если значения ФПМ близки к 100%, то изображение будет исключительно резким и контрастным.
2. Качество оборудования или видеотрактов, имеющих ФПМ на уровне 70-80% и выше, вполне достаточно для профессионального уровня.
Ну а видеотракт, чей график ФПМ опускается ниже 30% отметки, можно считать как плохой видеотракт.
3. Высокие значения ФПМ, полученные на участке миры с частым следованием полос (высокие значения твл), говорят о том, что даже при выводе изображения на мониторы с большей диагональю оно будет резким, с хорошей проработкой мелких деталей.
4. Близкие к 100% показатели ФПМ для миры с редким следованием полос (до 100 твл) свидетельствуют о высокой контрастности получаемого изображения.
5. Если при хороших показателях ФПМ с редким следованием полос график с частым следованием полос лежит в области низких значений твл, то исследуемый видеотракт при хорошем контрасте имеет проблемы с четкостью и резкостью изображения, что будет особенно заметно при больших диагоналях мониторов.
А ведь ни для кого не секрет, что когда мы изображение из мультикартинки разворачиваем на весь экран, то оно действительно превращается в размытое нерезкое изображение, на которое, если и можно смотреть, то только с больших расстояний. Причины этого эффекта опять же кроются в очень плохих характеристиках оборудования, которые нигде не приводятся и до настоящего времени даже не имеют своего названия.
Чтобы изображение было всегда резким и контрастным, необходимо тестировать оборудование и получать зависимость, которая называется переходной характеристикой или иногда ее называют «пограничная кривая».
Переходная характеристика предназначена для оценки резкости изображения и искажений формы сигнала на границе перехода от черного к белому или наоборот. Она определяет длительность переходного процесса и вид кривой, которой и описывается. Чем ширина переходного процесса уже, тем резкость лучше - и наоборот. Переходную характеристику обычно представляют в виде графика (рис. 9). По оси ординат отложены уровни сигнала. Уровни могут быть представлены как абсолютные значения (для Windows это диапазон от 0 до 255) или относительные, нормированные к максимальному уровню. Ось абсцисс - это пиксели, количество которых и определяет длительность перехода от белого к черному. Идеальная переходная характеристика должна иметь максимальную крутизну спада, а на горизонтальных участках представлять собой прямую линию.
Уровень сигнала - пикселы На графике (рис. 9) представлены две переходные характеристики. Мы видим, что переходная область синего графика узкая и составляет всего одно деление по шкале пикселов. На прямолинейных участках, как в области белого, так и в области черного, присутствуют искажения в виде выбросов (провалов), которые создают окантовку на изображении при переходе от одного цвета к другому. Но выбросы имеют маленькую амплитуду и на изображении будут едва ли заметны.Красный график не имеет никаких «выбросов», но зато протяженность переходной области составляет два деления по шкале пикселов, что с точки зрения резкости изображения уже хуже. На переходной характеристике могут встречаться и серьезные искажения (рис. 10). Обратите внимание, какой глубокий провал имеет характеристика в области черного. На экране монитора переход от яркого к темному будет разделен черной полосой. Такое искажение на мониторе невозможно не заметить. Причины этих искажений нужно искать в аппаратной части устройств обработки видеосигнала.
Теперь давайте посмотрим реальные переходные характеристики. На рисунках 11, 12 представлены переходные характеристики платы видеозахвата и видеорегистратора соответственно. Переходная область у них занимает всего два пиксела, что говорит о достаточно хорошей резкости изображении. Вообще, диапазон переходной области для подобных устройств, присутствующих на нашем рынке, от 2 до 7 пикселов. Естественно, что чем уже переходная область, тем лучше. Но основная проблема нерезких изображений на экране монитора кроется не в видеорегистраторах и в видеокамерах - объективы, вот в чем наши проблемы.
Переходные характеристики платы видеозахвата и видеорегистратора Из всех объективов, которые мне удалось посмотреть, их переходная область очень редко составляет 5 пикселов - в основном, эта величина равна 8-9 пикселов. Ожидать резкого изображения от таких объективов не приходится. На 21” мониторе 9 пикселов - это 6 мм смазанного изображения при видеокамере 470 твл. Но рекордсменом среди плохих объектив стал объектив с характеристикой на рисунке 13. С такой шириной переходной области 12-13 пикселов изображение на мониторе лучше вообще не смотреть.
В ходе изложения материала использовались термины «резкость», «четкость» и «размытость». Для однозначного понимания того, что под этим подразумевается, приведу формулировки этих понятий.
1. Резкость - характеристика изображения, определяющая ширину переходной области при яркостном перепаде от черного к белому. Чем эта область шире, тем резкость хуже. Резкость имеет размерность - пиксель - и определяется по переходной характеристике (рис. 11-13).
Между понятиями «резкость» и «глубина резкости» у многих читателей присутствует определенная путаница. Резкость - это параметр, который зависит только от технического совершенства оборудования и его характеристик. Глубина резкости как понятие появилась только потому, что зрительный аппарат человека весьма несовершенен. И глубина резкости, прежде всего, зависит от условий, в которых человек что-то рассматривает, а уж потом от характеристик оборудования. В аналитических выражениях, по которым рассчитывают глубину резкости, хоть и входят параметры объектива (фокусное расстояние, диафрагма ), но на самом деле самый главный параметр в этих формулах - это диаметр кружка рассеяния. Этот параметр как раз и характеризуют остроту человеческого зрения. Если его убрать из формул, то и глубина резкости не будет существовать. Когда условия наблюдения человеком за каким-то процессом меняются, то меняется и величина кружка рассеяния, а следовательно, и глубина резкости.
2. Четкость -
а) как характеристика изображения определяет, насколько хорошо проработаны границы яркостных переходов (переход от яркого к темному);
б) как параметр определяет реальную разрешающую способность и используется для сравнения оборудования на уровне ФПМ, равном 0,5.
3. Размытость - характеристика изображения, определяющая яркостной переход как широкую расплывчатую зону с неоформленными границами.
Все характеристики, а именно функции передачи модуляции и переходные характеристики, получены при помощи программы «Проектировщик CCTV», с которой можно ознакомиться на http://www.lonacomputerservices.com/CCTV/CCTVrus.html

Литература
1. Самойлов В.Ф., Хромой Б.П. Телевидение. М.: Связь, 1975.
А. Гонта

Журнал "Алгоритм Безопасности" № 5, 2006 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
1 947

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: 58 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: 197 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
1 233

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
1 363

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
2 402

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
2 012

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
3 310

Производитель Axycam
Внешний вид AD-P33B3.6NIL Внешний вид AD-P33B3.6NIL
Купольная металлическая IP камера
Доступно: 3 шт.
4 024

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
4 219

Производитель Axycam
Найдено товаров: 1807
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