Приложение А.
(справочное)

Определение контраста, глубины модуляции, люкса, спектральной характеристики чувствительности матрицы, светосилы объектива, понятие чувствительности.

Контраст определяется как:

Глубина модуляции определяется как:

Примечание — измерение контраста и глубины модуляции проводить на фоне «белого».

Глубина модуляции показывает, какой контраст объекта относительно среднего значения яркостей объекта и фона.

Чувствительность зависит от отношения сигнал/шум, спектра излучения осветителя, относительного отверстия объектива (F-отношение фокусного расстояния к диаметру зрачка), количества кадров в секунду, получаемого при регистрации видеоизображения, разрешения в ТВЛ.

Не связывая их вместе нельзя корректно дать определение чувствительности, что создает почву для различных спекуляций и завышения такого параметра как чувствительность камеры.

Отношение сигнал/шум (S/N Ratio, Signal/Noise) — это отношение максимального уровня сигнала (уровень «белого» поля тестовой таблицы или уровень «черного» поля тестовой таблицы) к уровню шума матрицы и остальных электронных компонентов видеокамеры. Необходимо проводить измерение уровня шума матрицы как на уровне «черного», так и на уровне «белого», поскольку уровни шумов в общем случае отличаются друг от друга при этих измерениях. При этом за истинное значение шума следует принимать его большее значение.

Отношение сигнал/шум характеризует «количество» шума, присутствующего в видеосигнале. Связано это с тем, что максимальный уровень сигнала в видеокамере имеет постоянную величину, поддерживаемую системой АРУ и имеющую значение 0,7 В, а собственные шумы могут иметь различные значения. Чем больше отношение сигнал/шум, тем меньше шума присутствует в видеосигнале и тем лучше изображение на мониторе.

Измерение чувствительности камеры в люксах.

Измерение светового потока в люксах пришло к нам из фотографии, т.е. это световой поток в спектре, видимый человеком (обычно 0,4-0,7 мкм). Измерение этого потока производят люксметром.

Если говорить строго, то люкс = люмен/м, где люмен — мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, которое оно производит на глаз, т.е. мощность монохромного излучения с длиной волны 555 нм.

В свою очередь люмен=1кд/4л,

где, кандела — сила света в данном направлении от источника монохроматического излучения с частотой 540×1012 Гц (555 нм), и имеет интенсивность излучения в этом направлении, равную 1/683 Вт в телесном угле, равном одному стерадиану.

Однако современные ПЗС имеют чувствительность, существенно сдвинутую в инфракрасную область (особенно это ярко проявляется для ч/б камер). Спектральные характеристики чувствительности ПЗС и человеческого глаза приведены ниже.

Рис. А1 — Относительная видимость излучения электромагнитных волн человеком.

Рис. А2 — Спектральные характеристики чувствительности ПЗС:

— со строчным переносом,

— Exview ПЗС,

— ПЗС с кадровым переносом.

Поэтому измерение чувствительности в люксах не учитывает реальные спектральные характеристики излучения источника света и спектральные характеристики чувствительности матриц камер.

Более корректное понятие чувствительности можно получить, понимая под этим понятием отношение энергии электрического сигнала в единицу времени (после матрицы камеры) к энергии оптического излучения, попадающего на матрицу в единицу времени от излучателя. Тогда под чувствительностью можно понимать S=P Эл. фотоприемника/Ропт. излучения.

Для корректного определения Ропт. излучения необходимо учитывать энергию фотонов на разных длинах волн (поскольку, где h-постоянная планка, с — скорость света, λ — длина волны). Из-за кропотливости измерений данная методика определения чувствительности находит применение только в лабораторных условиях.

Поэтому допускается проведение измерения чувствительности в люксах с обязательным предоставлением спектральных характеристик, как источника излучения, так и спектральных характеристик матрицы (при использовании объектива необходимо учитывать сквозную спектральную характеристику камеры с учетом спектральных характеристик объектива).

Светосила объектива.

Светосила объектива — эффективная апертура объектива (D), деленная на его фокусное расстояние (f).

Поскольку светосила — это почти всегда небольшая десятичная дробь меньше 1 она трудна в практическом использовании. На практике используется обратная величина,

Рис. A3 — Светосила объектива

Обмен разрешающей способности или количество кадров/сек на чувствительность.

Чувствительность порядка 10 «3 люкс и ниже, как правило, в настоящее время можно получить только за счет обмена разрешающей способности (уменьшение количество ТВЛ от исходного значения) на чувствительность, или за счет увеличения времени накопления камеры (т. е. снижения количества кадров/сек). Иногда используют тот и другой метод одновременно. Естественно, камеры разных производителей в «ночном» режиме надо сравнивать при одинаковых параметрах по разрешению и частоте кадров.

При невозможности получения одинаковых параметров накопления, их необходимо пересчитать к единым значениям. В большинстве случаев накопление приводит к росту уровня полезного сигнала по закону квадратного корня (т.е. каждые 100 сложений улучшают соотношение сигнал/ шум только в 10 раз). Данное рассуждение верно, если накопление происходит после выходного устройства матрицы.

Технически более грамотным решением, является решение производить накопление в самой матрице, до того как сигнал попал в выходное устройство и к нему присоединился шум считывания. В этом случае соотношение сигнал/ шум растет линейно в зависимости от количества сложений.

Далее >>>