Видеонаблюдение,

Основой современной видеокамеры является так называемая ПЗС-матрица (ПЗС - прибор с зарядовой связью) - прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3 : 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. Радужную поверхность ПЗС-матрицы можно увидеть через отверстие, в которое вворачивается объектив (большинство видеокамер стандартного прямоугольного дизайна поставляется без объективов!). От используемой ПЗС-матрицы произошло название "ПЗС-видеокамера" (в отличие от первых телекамер, использующих передающие трубки).

ПЗС-матрица состоит из большого числа фоточувствительных ячеек (пиксел - элементов изображения), которое нередко указывается в паспорте на видеокамеру (например, 752 х 582). Ясно, что чем больше элементов преобразования, тем менее заметной будет дискретность результирующего изображения. Для того, чтобы повысить световую чувствительность каждой ячейки, нередко формируют специальную структуру, которая создает микролинзу перед каждой ячейкой.

Для получения цветного изображения перед ячейками формируются микрофильтры основных цветов R, G, B (очевидно, что для цветных видеокамер количество результирующих ячеек будет в 3 раза меньше, чем у черно-белых видеокамер, а чувствительность ниже). Кстати, дискретная структура ПЗС-матрицы является предпосылкой для создания современных цифровых видеокамер, что позволяет их использовать, например, в компьютерных сетях; на выходе таких видеокамер формируется цифровой код (в отличие от большинства существующих в настоящее время видеокамер, на выходе которых имеется стандартный аналоговый видеосигнал размахом 1 В). Не следует путать цифровую видеокамеру и видеокамеру с цифровой обработкой сигнала (DSP).

Видеокамеры характеризуются специальным параметром, который называется формат ПЗС-матрицы (format)- это не что иное, как округленное значение длины диагонали ПЗС-матрицы, выраженное в дюймах. Например, наиболее популярная в настоящее время матрица 1/3 дюйма имеет размеры: (4,8 х 3,6) мм. Существуют также матрицы 1" - (12,8 х 9,6) мм, 2/3" - (8,8 х 6,6) мм, 1/2" - (6,4 х 4,8) мм, 1/4" - (3,6 х 2,7) мм, причем тенденция такова, что размеры матрицы у современных видеокамер становится все меньше (это экономически выгодно), а разрешающая способность и чувствительность видеокамер практически не ухудшаются.

Знание формата ПЗС-матрицы необходимо для выбора подходящего объектива - диаметр окружности, в которой отображается сфокусированное объективом изображение, по сути, является диагональю матрицы (так как матрица имеет форму прямоугольника, то на нее приходится только часть кругового изображения; если формат матрицы и объектива совпадают, прямоугольник матрицы точно вписывается в окружность). Отметим, что если видеокамера поставляется со своим объективом, то информация о формате ПЗС-матрицы в документации на видеокамеру является избыточной.

При выборе видеокамеры следует в первую очередь определиться - видеокамера должна быть цветной или черно-белой, а это, в свою очередь, непосредственно вытекает из технического задания на видеосистему. Следует оговориться, что в одной и той же системе можно одновременно использовать и цветные, и черно-белые видеокамеры (если есть такая необходимость). Например, вся видеосистема цветная, и среди видеокамер есть так называемый видеоглазок (черно-белая видеокамера со сверхширокоугольной оптикой, устанавливаемая во входной двери) - при этом изображение на цветном видеомониторе (или телевизоре) от видеоглазка будет черно-белым. Или, к примеру, вся видеосистема (включая видеомонитор) черно-белая, а одна видеокамера цветная - все изображения будут черно-белыми.

Как уже говорилось, черно-белые видеокамеры более чувствительные (то есть могут работать при меньшей освещенности, почти в полной темноте) и имеют лучшую разрешающую способность, чем цветные видеокамеры (то есть они способны различать более мелкие детали и удаленные объекты); к тому же, что немаловажно, черно-белые видеокамеры существенно дешевле.

Цветные видеокамеры имеют всего одно, но очень существенное преимущество - высокую информативность. И это подчас является решающим аргументом, несмотря на их сравнительно высокую стоимость, а также зависимость качества изображения от типа источника света.

3.2. Разрешающая способность

Разрешающая способность (Resolution) является одной из важнейших характеристик систем видеонаблюдения. Она характеризует способность видеосистемы различать мелкие детали и удаленные предметы. Разрешающая способность измеряется в так называемых телевизионных линиях (ТВЛ) - количестве различимых на экране видеомонитора черных и белых штрихов минимальной толщины. Чем больше это значение, тем мельче детали и более удаленные предметы можно наблюдать (что особенно важно вне помещений). Например, черно-белая видеокамера с 600 ТВЛ лучше, чем с 380 ТВЛ (первую относят к видеокамерам высокого разрешения, вторую - стандартного разрешения).

Надо отметить, что к паспортным данным поставщиков видеокамер следует относиться очень осторожно. Так, результаты измерений ряда японских, корейских и тайваньских видеокамер показали, что в отдельных случаях их реальная разрешающая способность составляла 360 ТВЛ (против заявленных в паспортах 380 ТВЛ, 420 ТВЛ и даже 460 ТВЛ).

Следует подчеркнуть, что разрешающая способность видеокамеры в первую очередь определяется параметрами ПЗС-матрицы, поэтому разрешающая способность черно-белых видеокамер выше разрешающей способности цветных видеокамер. Кроме того, на разрешающую способность оказывает влияние ширина полосы пропускания тракта видеосигнала. Ориентировочное значение необходимой для передачи видеосигнала верхней граничной полосы тракта (МГц) может быть получено делением значения разрешающей способности (ТВЛ) на число 80. Например, если требуется разрешающая способность 420 ТВЛ, то полоса пропускания должна быть: 420 : 80 = 5,25 (МГц).

Для цветных видеосистем обязательным условием является передача спектра видеосигналов вблизи поднесущей цветности PAL (4,43 МГц). Отметим, что абсолютное большинство цветных охранных видеосистем, эксплуатирующихся в России, работает в стандарте PAL. Как правило, ширина полосы пропускания тракта видеосигнала в этих системах составляет около 5 МГц.

Что касается результирующей разрешающей способности всей видеосистемы, то на ее значение оказывают влияние параметры всех входящих в систему элементов: видеокамер, объективов, усилителей, устройств обработки видеосигналов, видеомониторов, устройств видеозаписи, кабелей. При этом общая разрешающая способность будет хуже худшей разрешающей способности входящих в видеосистему элементов. К примеру, если видеокамера, имеющая разрешающую способность 420 ТВЛ, кабелем соединена с видеомонитором, у которого разрешающая способность 800 ТВЛ, то результирующая разрешающая способность может быть, например, 390 ТВЛ или 350 ТВЛ, но никак не будет равна 420 ТВЛ.

К сожалению, в настоящее время отсутствует методика, позволяющая аналитически рассчитать результирующую разрешающую способность видеосистемы по значениям разрешающих способностей входящих в нее элементов. Более того, нет единого международного стандарта на измерение параметров видеосистем вообще, и видеокамер в частности; многие параметры измеряются в разных фирмах по-разному, при различных условиях. Поэтому еще раз подчеркнем, что следует быть весьма осторожным в отношении параметров, указываемых в рекламных буклетах, каталогах и даже технических инструкциях.

В этом отношении особенно ценными представляются телевизионные испытательные таблицы. Они позволяют:
смакетировать всю видеосистему на рабочем столе (включая бухты используемого кабеля) и предъявить ее для согласования будущему заказчику,
выявить элемент видеосистемы с наихудшей разрешающей способностью, проанализировать, что дает его замена,
использовать таблицы для разрешения конфликтных ситуаций с заказчиком,
осуществлять входной контроль оборудования,
производить сравнение оборудования различных производителей.

Применительно к измерению разрешающей способности по горизонтали мною были разработаны испытательные таблицы, которые можно скачать с сайта и распечатать с помощью лазерного принтера на стандартных листах формата А4. В чем их отличие от существующих таблиц? Обычно измерение разрешающей способности осуществляется по так называемому "испытательному клину", то есть по границе различимости узких сходящихся линий. Реально в силу дискретного характера ПЗС-матрицы строки начинают "биться" в нескольких местах клина, проявляется муар. Чтобы определить реальное место, соответствующее, например, разрешающей способности по горизонтали, следует поперемещать в небольших пределах видеокамеру в горизонтальной плоскости - при этом места биений будут перемещаться, а место, соответствующее пределу разрешающей способности будет неподвижно.

Надо отметить, что чем выше разрешающая способность тестируемого элемента, тем труднее по "клину" получить точное значение параметра, а ведь именно это подчас и является решающим аргументом в пользу выбора того или иного прибора. Кроме того, наличие таблиц со штрихами позволяет судить и о равномерности передачи видеосигналов в полосе частот.

Для правильного использования таблиц каждую из них следует располагать перпендикулярно оси объектива видеокамеры на таком расстоянии, чтобы реперные знаки (черные треугольники вверху и внизу таблицы) своими вершинами совпадали с верхним и нижним краем экрана видеомонитора. Более точный результат получится, если регулировкой частоты кадров видеомонитора добиться появления на экране черной горизонтальной полосы (кадровый гасящий импульс) - таблица должна находиться на таком расстоянии от видеокамеры, чтобы реперные треугольники упирались в края этой черной полосы. Только в этом случае измеренное число ТВЛ будет соответствовать действительности. После фиксации видеокамеры на указанном расстоянии следует восстановить кадровую синхронизацию.

Для тестирования собственно видеокамер объектив должен быть очень высокого качества. Оценка разрешающей способности осуществляется по экрану видеомонитора - число в последнем из различимых блоков четкости укажет искомую разрешающую способност. Данные таблицы также позволяют оценивать качество фокусировки, нелинейные и геометрические искажения, вносимые видеомонитором или широкоугольным объективом видеокамеры.