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

Новые разработки постоянно совершенствуют технологию получения изображения (ПЗС и КМОП), и хотя бы одну из них следует упомянуть в этом разделе. Компания Foveon создала многослойный одноматричный фотоприемник, в котором разделение цветов происходит не фильтрами на разных ячейках матрицы, а за счет специальной многослойной технологии, где цвета разделяются по мере проникновения в одну и ту же ячейку. В результате достигается лучшая цветопередача и более высокая разрешающая способность. Сейчас уже есть цифровые фотоаппараты с матрицей Foveon X3, и не будет ничего удивительного в том, если в будущем появятся и телекамеры с подобной матрицей для систем видеонаблюдения.

Баланс белого

От цветной телекамеры кроме разрешения и минимальной освещенности, мы требуем хорошей и точной цветопередачи.

Первые цветные ПЗС-телекамеры имели внешние датчики для определения цвета объекта (обычно устанавливаемые на телекамеру сверху), и оценка света этим датчиком влияла на процесс цветовой обработки. Это называлось автоматический баланс белого ( automatic white balance , AWB), но из-за разницы в углах обзора у датчика и объектива, устройство не отличалось большой точностью. В современных телекамерах автоматический баланс белого осуществляется через объектив (TTL-AWB, through-the-lens ).

Начальная калибровка телекамеры производится путем экспонирования ПЗС-матрицы при включенном питании. Для этого перед телекамерой кладут лист белой бумаги и затем камеру включают. При этом корректировочные коэффициенты запоминаются в памяти телекамеры и затем используются для модификации всех остальных цветов. Этот процесс в значительной степени зависит от цветовой температуры источников света в зоне установки телекамеры.

Многие телекамеры снабжены кнопкой перезагрузки AWB без отключения камеры. Насколько хороша эта корректировка, зависит от самой ПЗС-матрицы и конструкции схемы баланса белого.

Рис. 5.51. Спектральная чувствительность цветной телекамеры с ПЗС-матрицей с мозаичным ПЗС-филътром Cy-Mg-Gr-Ye

Большинство современных телекамер имеют AWB, но все-таки еще можно встретить модели с ручной настройкой баланса белого ( manual white balance , MWB). В MWB-телекамерах всего две настройки (выбираемых переключателем): в помещении и вне помещения. Первый режим обычно устанавливается для источников света с цветовой температурой порядка 2800° К — 3200° К, а наружный режим — для температур 5600° К — 6500° К. Это соответствует средним условиям освещенности внутри помещений и на улице.

В некоторых простых телекамерах имеются регулировки, с помощью которых можно настраивать телекамеру. Но если у вас нет образцовой камеры, направленной на ту же сцену, установка цветового баланса может оказаться делом непростым. Задача особо усложняется, если несколько телекамер подсоединены к одному видеокоммутатору, видеоквадратору (разделителю экрана) или видеомультиплексору.

Цветные телекамеры новых моделей кроме AWB снабжены механизмом автоматического отслеживания баланса белого ( automatic tracking white balance , ATWB), который непрерывно настраивает (отслеживает) цветовой баланс при изменении положения телекамеры или освещенности. Это особенно удобно для телекамер, установленных на поворотном устройстве, а также для зон со смешанным освещением (естественным и искусственным). В системах видеонаблюдения, где используется поворотное устройство, обзор телекамеры может попадать в зоны с источниками различной цветовой температуры, например, с одной стороны — внутренний (в помещении) свет от ламп накаливания, а с другой — уличный естественный свет. Устройство ATWB динамически отслеживает цветовую температуру источников света в процессе панорамирования. Так что если у вас нет ATWB-телекамеры, то будьте очень внимательны к световым условиями в поле зрения телекамеры, принимая во внимание не только интенсивность, но и цветовую температуру.

И наконец, как уже упоминалось выше, не забудьте учесть цветовую температуру экрана видеомонитора. Большинство цветных кинескопов характеризуются температурой 6500° К, но некоторые могут иметь более высокую (9300° К) или низкую (5600° К) цветовую температуру.

Рис. 5.52. Настройка баланса белого может осуществляться вручную или автоматически

Рис. 5.53. Точность цветопередачи можно проверить с помощью вектороскопа

Технологии ПЗС уже около 30 лет. ПЗС-устройства вступили в пору зрелости и дают прекрасные изображения с низким уровнем шума. Хотя принципы работы ПЗС-матриц основаны на МОП-электронике (металл-окисел-полупроводник), но для изготовления ПЗС-матриц требуется особая кремниевая технология и специализированные линии производства.

Использовать ПЗС-процесс для интеграции других функций телекамеры — формирователей тактовых импульсов, логических схем синхронизации, обработки сигнала и пр. — было бы реальным решением с технической точки зрения, но не с экономической. Обычно эти функции реализованы в других микросхемах. Таким образом, большинство ПЗС-телекамер состоит из нескольких микросхем.

Кроме этой проблемы — интеграции всех электронных схем телекамеры в отдельную микросхему — есть еще одна: ахиллесовой пятой ПЗС-устройств является потребность в тактовом генераторе.

Для успешного функционирования важна амплитуда, и форма сигнала тактового генератора критична. Генерация импульсов необходимого размаха и формы обычно входит в задачу специализированной микросхемы, формирователя тактовых импульсов, а это приводит к двум серьезным затруднениям: несколько нестандартных напряжений питания и высокое энергопотребление. Если у пользователя имеется один вход подключения питания, то придется использовать несколько внутренних регуляторов для выполнения требований к электропитанию.

За последние несколько лет на рынке появилось фоточувствительное устройство нового типа — КМОП-чип (комплементарная МОП-ИС, КМОП-ИС).

КМОП-матрицы изготавливаются на базе стандартной КМОП-технологии, опираясь на так называемую VLSI-технологию ( Very Large Scale Integration — сверхвысокий уровень интеграции). Это гораздо более дешевый и стандартизованный метод производства микросхем, чем ПЗС-технология.

Рис. 5.54. Цветная однокристальная КМОП-телекамера