Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии

• Название: CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
• Автор: Владо Дамьяновски
• Издательство: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс»
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2006
• ISBN: 5-87049-260-2

Это 2-е издание популярной за рубежом и в России книги Владо Дамьяновски — всемирно известного эксперта в области видеонаблюдения и охранного телевидения, в которой обобщено около десяти лет теоретических исследований и более двадцати лет практического опыта. Книга ориентирована на довольно широкую читательскую аудиторию — менеджеров по системам безопасности, инсталляторов и интеграторов оборудования, консультантов, разработчиков и конечных пользователей. Кроме того, книга будет по достоинству оценена теми, кто собирается заняться системами видеонаблюдения и охранным телевидением.

---

Рис. 9.48. Мозаичный фильтр на ПЗС-матрице

Логично было бы предположить, что разрешение в ТВ-линиях цветной одноматричной ПЗС-телекамеры рассчитывается путем деления количества горизонтальных (трехцветных) пикселов на 3/4 (соотношение сторон), на практике оно считается иначе. Учитывая чересстрочную развертку и мозаичное расположение, реальное разрешение цветной одноматричной ПЗС-телекамеры будет порядка 70–80 % от приведенных ранее расчетов. Таким образом, ПЗС-матрица размером 768x582 пиксела будет иметь разрешение приблизительно 768/4x3x0.8=460 ТВ-линий. А цветные трехматричные ПЗС-телекамеры имеют как минимум на 100 ТВ-линий больше только потому, что используются все трехцветные пикселы и отсутствует мозаичный фильтр.

В качестве необходимого отступления от темы мы напомним нашим читателям, что до изобретения ПЗС-телекамер (когда использовались телекамеры с передающими трубками) в связи с тем, что изображение считывается с мишени трубки в результате сканирования непрерывным электронным лучом, не существовало дискретных и конечных мельчайших элементов изображения (как в случае с ПЗС-матрицами).

Дискретные элементы изображения появились только с изобретением цветного телевидения, когда стали изготовлять телевизоры с электронно-лучевыми трубками, в которых использовалась цветоделительная решетка. Именно она разделяла световой поток на красные, зеленые и синие точки.

Когда речь идет о черно-белых телекамерах, мы говорим о разрешении, а не о пикселах, что напрямую связано с мельчайшим электронным лучом, который может сгенерировать телекамера и отобразить монохромный экран. Если вы помните, черно-белые мониторы имели довольно высокое разрешение только потому, что в них не использовались решетки, или сетки, и, соответственно, не было связанных с этим физических ограничений, которые появились позже с изобретением цветного телевидения. Все зависело только от того, насколько точно электронный луч воспроизводит детали, зафиксированные электронным лучом телекамеры. Возвращаясь снова к технологиям современного видеонаблюдения, подчеркнем, что необходимо четко понимать, что разрешение изображения в основном определяется источником, то есть разрешением ПЗС-телекамеры, что зависит от количества пикселов на ПЗС-матрице.

Нам не удастся отобразить на мониторе больше деталей (даже если сам монитор способен на это), чем зафиксировала ПЗС-матрица телекамеры. И, хотя всегда возможно точно определить количество пикселов на ПЗС-матрице, мы по-прежнему пользуемся ТВ-линиями при оценке качества деталей изображения, получаемого от телекамеры. Разрешение в ТВ-линиях измеряется с помощью тестовых таблиц, и в реальности вам вряд ли удастся идеально точно расположить таблицу перед телекамерой, поэтому ТВ-линии показывают несколько меньше деталей, чем получится в результате вышеприведенного попиксельного расчета. Когда видеосигнал отображается на экране монитора, самый маленький элемент изображения определяется либо пикселом ПЗС-телекамеры, либо пикселом монитора. Если у нас монитор с низким разрешением, например, маленький ЭЛТ-монитор с диагональю 23 см и с разрешением 330 ТВ-линий, а наша телекамера способна различать до 480 ТВ-линий, то мы увидим только то, на что способен монитор, то есть 330 ТВ-линий. А если у нас телевизионный монитор, который способен показывать около 700 ТВ-линий, то при той же самой телекамере мы увидим только 480 ТВ-линий.

Чтобы получить полное представление об измерении разрешения, необходимо сказать еще несколько слов о разрешающей способности объектива, которая измеряется в линиях на миллиметр. Есть оптические испытательные таблицы, которые измеряют эту функцию как разрешающую способность объектива в сравнении с контрастом. Это функция передачи модуляции (ФПМ). Тут все немного усложняется, так как ФПМ учитывает только черные линии на белом фоне (в отличие от учета черных и белых линий при измерении разрешения в ТВ-линиях, как мы это делаем в видеонаблюдении).

Рис. 9.49. Разрешение объектива, выраженное в парах линий на миллиметр

Разрешение в точках на дюйм (DPI)

Термин «точки на дюйм» (DPI) широко употребляется в настоящее время. Но под словом «точка» зачастую подразумеваются разные вещи, что и породило путаницу и неправильное толкование (нечто похожее происходит, когда в видеонаблюдении определяют разрешение в линиях и ТВ-линиях). В печати мы выражаем разрешение в точках на дюйм. С учетом того, что дюйм равен 2.54 мм, можно пересчитать в точки на миллиметр, но такие единицы измерения не будут стандартными. Поэтому, когда мы говорим о 300 точках на дюйм, на практике это означает, что на миллиметр приходится более 10 точек. Естественно, это очень маленький размер, и человеческий глаз не в состоянии различить две мельчайшие цветные точки, когда они расположены очень близко при печати с разрешением 300 точек на дюйм. Теоретически для сравнения возможно перевести телевизионное разрешение, которое используется в видеонаблюдении, в точки на дюйм.

Но есть одно большое «но»… В печати смешивание цветов реализуется совершенно иначе, чем при аддитивном смешивании, когда используются основные цвета RGB. В данном случае мы имеем дело с субтрактивным смешиванием, при котором в качестве основных используются голубой, пурпурный и желтый. Для дополнительных темных тонов добавляется черный, хотя теоретически цветов CMY достаточно для отображения всей палитры цветов. Все вы знаете, что такая печать называется CMYK. Таким образом, при печати цветных журналов и книг в основном используется 4 цвета красок. Для получения результирующего цвета в печати мельчайших элементов изображения все элементарные цветовые точки располагаются очень близко друг к другу (схожим образом происходит смешение на телевизионном экране). Основное отличие от телевидения заключается в том, что цветовые точки не располагаются в линию одна за другой (как это в настоящее время происходит на люминофоре большинства электронно-лучевых трубок и на экране жидкокристаллических мониторов). При печати четыре цветовые точки расположены под разными углами: 45 градусов для черного, 75 градусов для пурпурного, 90 градусов для желтого и 105 градусов для голубого. Для печати качественных журналов и брошюр в полиграфии требуется разрешение 300 точек на дюйм. Таким образом, когда мы читаем при нормальном расстоянии для чтения (обычно 50 см), человеческий глаз не различает цветные пикселы, и мы видим уже результат цветового смешения.

Рис. 9.50. К сожалению, по техническим причинам в черно-белом издании мы не сможем проиллюстрировать принципы цветной печати CMYK, но некоторое представление о структуре пикселов вы получите, взглянув на увеличенную область (нижний правый угол) иллюстрации.

Психофизиология восприятия мелких деталей

Многочисленные эксперименты и тесты показали, что человеческий глаз может различить самое большее 5–6 пар линий на миллиметр. Этот показатель подразумевает оптимальное расстояние между глазом и объектом 30 см, то есть, когда мы, например, читаем достаточно мелкий текст. Это дает минимальный угол примерно в 1/60 градуса. Таким образом, это значение 1/60 градуса считается пределом угловой разрешающей способности для нормального зрения. Мы можем использовать угловую разрешающую способность глаза для лучшего понимания того, как человек воспринимает мелкие детали, что позволит нам затем применить наши теоретические познания на практике, в частности, в видеонаблюдении.

При расчете расстояния между человеком и монитором существует простая рекомендация, которая предписывает умножать высоту экрана монитора на семь. Вообще, необходимо понимать, что расстояние до монитора — это крайне важный аспект психофизиологического восприятия деталей в изображении. Человеку, который смотрит в монитор, совершенно не нужно находиться слишком близко к экрану, но и очень далеко от экрана располагаться зрителю тоже не стоит. При стандарте аналогового телевидения PAL с его 576 активными строками, расстояние до экрана монитора для оптимального восприятия деталей изображения рассчитывается исходя из предельного для глаза человека значения 5–6 пар линий на миллиметр, проецируемых на расстояние, где находится экран монитора. Так, если мы используем правило семикратной высоты экрана и возьмем, например, обычный монитор с диагональю 15 дюймов (38 см), у которого высота экрана будет примерно 23 см, то рекомендуемое расстояние до экрана составит примерно 1.6 м. Максимальная разрешающая способность человеческого глаза на этом расстоянии уменьшится примерно в 5 раз по сравнению с тем, что указано на рисунке для дистанции 0.3 м (1.6/0.3=5.33). В то время как на расстоянии 0.3 м глаз человека различает 5–6 пар линий на миллиметр, для 1.6 м разрешающая способность глаза уменьшится уже до 1 пары линий на миллиметр (2 линии на миллиметр, 0.5 миллиметра на 1 линию), что примерно и получится у нас, если мы разделим 576 активных линий на высоту экрана 23 см (2.5 линии на миллиметр). Все эти расчеты подразумевают, конечно, что у нас высококачественный монитор с высоким разрешением. Если мы сильно приблизимся к такому монитору, то мы не увидим никакой дополнительной информации. Если же мы увеличим дистанцию между человеком и экраном монитора, то это тоже не даст никакого положительного эффекта. Когда мы приближаемся к монитору, то эффект будет таким же, как если бы мы заменили этот монитор на другой, но с большей диагональю. Если, допустим, вы замените цветной монитор с диагональю 21 дюйм на другой монитор с диагональю 23 дюйма при том же расстоянии 1.6 м, то качество изображения и мелкие детали будут визуально восприниматься зрителем хуже. Для оптимального восприятия деталей на мониторе с диагональю 21 дюйм расстояние будет уже 2.1 м.