Артюхин В.В.

Алматинский институт энергетики и связи

Инструментальное определение качественных характеристик видеокамер в системах охранного телевидения

Качество видеокамеры определяется целым рядом показателей и в спецификациях приводятся значительное количество параметров, которые создают определенные трудности при выборе камеры для конкретной системы. В то же время, производители оборудования, в целях продвижения своей продукции на рынке, завышают заявляемые характеристики, которые могут быть не реализованы и умалчивают о недостатках. Проблема несоответствия декларируемых характеристик привела к необходимости введения входного контроля, однако не все требуемые параметры могут быть однозначно определены.

В соответствии с [1] предусматривается обязательная проверка трёх технических характеристик видеокамер: разрешающая способность; рабочий диапазон освещённостей (световая характеристика чувствительности) и отношение сигнал/шум, однако в большинстве случаев эти требования просто игнорируются, а качество изображения оценивается субъективно по его контрасту, четкости, отсутствию искажений и помех. Но качество изображения системы видеонаблюдения определяется не только данными характеристиками, а и элементами, составляющими тракт: «объектив – видеокамера – линия передачи» при определенных внешних условиях. В работе [2] приводится описание установки для измерения качественных характеристик ТВ-системы. Сам испытательный стенд сконструирован для проведения испытаний объективов и видеокамер и представляет собой трансформированную оптическую скамью. Разработанная авторами методика измерений предназначена для оценки и сравнения характеристик объективов и видеокамер по методу субъективной визуальной оценки качества изображения в соответствии с ГОСТ 26320-84, принятым в системах телевидения. В Алматинском институте энергетики и связи, в лаборатории «Системы телевидения и видеонаблюдения» предложенный испытательный стенд был доработан для проведения объективной инструментальной оценки и сравнения характеристик видеокамер. Сама трансформированная оптическая скамья дополнена светонепроницаемыми шторками, встроенными прожекторами подсветки инфракрасной и видимой части спектра и люксметром, что позволяет при измерениях изменять освещенность в значительных пределах. Внешний вид лабораторного измерительного стенда приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Внешний вид лабораторного измерительного стенда

Самой неоднозначной характеристикой видеокамеры является ее чувствительность, то есть рабочий диапазон освещенностей. Реальная чувствительность видеокамеры зависит от многих параметров: чувствительности используемой ПЗС матрицы; схемотехники; выбранной элементной базы и схемы разводки печатной платы, поэтому полученные результаты измерений, зависящие от множества факторов, должны быть обеспечены максимально точными условиями проведения эксперимента. На практике чувствительность часто оценивают по минимальной освещенности наблюдаемого объекта, при которой видеокамера создает распознаваемое изображение. Понятия минимальной освещенности и распознаваемого изображения никак не регламентируются и трактуются производителями по-разному, например, на видеокамеру ч/б изображения LCL902HS (WATEC America Corp.) заявлена чувствительность 0,00015 Лк при F=1,4 , а в паспорте на видеокамеру NVC-HB200D (NOVUS) указана чувствительность 0,06 Лк при F=2,0 и при горизонтальном разрешении 600 ТВЛ. При этом не указано место измерения освещенности. Значения минимальной освещенности на матрице и на объекте отличаются, как правило, больше, чем в 10 раз. Например, если указано, что минимальная освещенность на матрице равна 0,01 Лк, то это значит, что при объективе F = 1.4 минимальная освещенность объекта - 0,1 Лк, а это - среднее значение для современной ТВ камеры. Известные фирмы в паспортах и каталогах обычно ставят значения освещенности именно на объекте. Производители же среднего уровня стремятся выделить свою продукцию за счет более привлекательных характеристик чувствительности, при этом, как правило, “забывая” указывать, что измерения проводились на матрице. Но даже эти данные не дадут вам ясной картины о чувствительности, еще есть много факторов, влияющих на результаты измерений.

На лабораторном стенде измерения проводятся при помощи люксметра. Если телекамера сохраняет необходимые параметры изображения при освещенности объекта в 0,1 Лк, можно утверждать, что ее чувствительность составляет 0,1 Лк. Но при этом необходимо учитывать следующее: уровень сигнала (величина выходного сигнала с камеры равна 0,7…1,0 В) и отражательную способность тестируемого объекта. Дополнительная проблема связана с тем, что единица измерения "люкс" определена для монохромного излучения с длиной волны 550 нм. Поэтому немаловажная характеристика - спектральная зависимость чувствительности видеокамеры. В большинстве случаев чувствительность монохромных камер существенно (по сравнению с человеческим глазом) сдвинута в инфракрасный диапазон. У некоторых модификаций чувствительность в ближней инфракрасной области даже выше, чем в видимой. Эти камеры предназначены для работы с инфракрасными прожекторами. Спектральная чувствительность цветных камер практически совпадает с человеческим глазом. Вот почему для проведения подобных измерений лабораторный стенд укомплектован необходимым оборудованием.

С чувствительностью тесно связан параметр "отношение сигнал / шум".
Например, отношение сигнал/шум, равное 60 дБ, означает, что амплитуда сигнала в 1000 раз больше шума. При параметрах сигнал/шум 50 дБ и более на мониторе будет видна чистая картинка без видимых признаков шума. При 40 дБ иногда заметны мелькающие точки, а при 30 дБ - "снег" по всему экрану, 20 дБ - изображение практически неприемлемо, хотя крупные контрастные объекты через сплошную "снежную" пелену разглядеть еще можно. В данных, приводимых в описаниях камер, указываются значения сигнал/шум для оптимальных условий, например, при освещенности на матрице 10 Лк и при выключенной автоматической регулировке усиления и гамма - коррекции. По мере уменьшения освещенности сигнал становится меньше, а шум, вследствие действия АРУ и гамма коррекции, больше. Нередко чувствительность камеры указывают для "приемлемого сигнала", под которым подразумевается такой сигнал, при котором отношение сигнал/шум составляет 24 дБ. Это эмпирически определенное предельное значение отношения сигнал/шум, при котором изображение еще можно записывать на видеопленку и надеяться при воспроизведении что-то увидеть. Другой способ определения "приемлемого" сигнала – шкала IRE (Institute of Rаdio Engineers). Полный видеосигнал (0,7В без синхросмеси) принимается за 100 единиц IRE. "Приемлемым" считается сигнал около 30 IRE. Некоторые производители, например BURLE, “приемлемым” указывают сигнал 25 IRE, другие - 50 IRE (уровень сигнала - 6дБ). Выбор "приемлемого" уровня определяется отношением "сигнал/шум". Усилить электронный сигнал нетрудно, но и шум усилится тоже. Наибольшей чувствительностью среди ПЗС - матриц массового применения обладают Hyper-CAD матрицы Sony, имеющие микролинзу на каждой светочувствительной ячейке. Именно они применяются в большинстве ТВ камер высокого качества. Разброс приводимых параметров камер, построенных на их основе, означает разный подход производителей к определению понятия "приемлемый сигнал".
Таким образом, инструментальное определение качественных характеристик видеокамер с помощью лабораторного измерительного стенда позволяет оценивать реальные, а не декларируемые производителем показатели, и при необходимости выбирать видеокамеры в соответствии с требованиями ГОСТа.

Литература

1. ГОСТ Р 51558-2000. «Системы охранные телевизионные. Общие технические требования и методы испытаний». – 2001.

2. Б.Г. Бочаров. Объективный контроль качества изображения объектов наблюдения в охранных телевизионных системах // Грани безопасности (до 01.01.2005г. «Скрытая камера»). - № 4. – 2005.