CCD matrisinin yapısının ve renk filtrelerinin düzeninin görüntünün çözünürlüğünü nasıl etkilediğini anlamak için çoğu dijital kamerada görüntünün nasıl oluştuğunu ve SuperCCD teknolojisi arasındaki temel farkların neler olduğunu hatırlamak gerekir.
Modern CCD matrisleri için standart olan birincil renklere sahip renk filtresi yapısı, daha çok Bayer modeli veya Bayer modeli olarak bilinir (bu filtre yapısının icadı için patent alan Kodak mühendisinin adından sonra). Böyle bir yapı, görüntünün özel bir prizma kullanılarak her biri kendi başına üç siyah beyaz CCD matrisine düşen üç görüntüye bölündüğü üç matrisli video kameralara ucuz ve basit bir alternatif olarak ortaya çıktı. ana renklerden birinin filtresi (kırmızı, yeşil, mavi) . Bu tür yapıların ana dezavantajı, çözünürlükte keskin bir düşüş (bir noktada dört pikselden oluşan neredeyse kesin sinyal rekonstrüksiyonu durumunda) veya parlaklık sinyalini tüm piksellerden ayırmaya çalışırken (aliasing) renk bozulmalarının ortaya çıkmasıdır. ve renk doğruluğu kaybı. Bu nedenle, kural olarak, çeşitli renk enterpolasyon algoritmaları kullanılarak, piksellerin her birinde eksik renklerin değerleri elde edilir ve yapının tüm piksellerinden parlaklık sinyali çıkarılır. Bundan sonra, renk enterpolasyonu yapaylıklarını bastırmak için genellikle 1/(1.5...2 x piksel boyutu) üzerinde uzamsal frekanslara sahip sinyalleri geçmeyen bir alçak geçiren filtre uygulanır. Böylece, parlaklık kanalındaki artifaktları bastıran bir kenar yumuşatma prosedürü gerçekleştirilir (renk kanallarındaki örtüşmeyi bastırmak için, genellikle renk hareli olarak görünür, daha düşük uzaysal frekanslarla filtreleme kullanılır).
Ancak renk enterpolasyon algoritmaları ne kadar mükemmel olursa olsun, bu şekilde elde edilen görüntünün kırmızı ve mavi kanallardaki çözünürlüğü, parlaklık ve yeşil kanallardaki çözünürlükten önemli ölçüde düşük olacaktır (çünkü iki kat daha fazla yeşil filtre vardır). kırmızı ve mavi). Kural olarak, insan gözü benzer yapılar (düzensiz) kullandığından ve ince renk ayrıntılarına karşı düşük hassasiyete sahip olduğundan, bu, görüntü netliğinde gözle görülür bir bozulmaya yol açmaz. Şekilden de görülebileceği gibi, ortalama olarak, renk enterpolasyonu sırasında her yeşil piksel efektif boyutunu 1,5 kat, kırmızı ve mavi pikseller ise efektif boyutunu 2 kat (alanda 4 kat) artırır. Bu filtre düzenlemesinin ilginç (ve çok hoş olmayan) bir özelliği, köşegenler üzerindeki matrisin çözünürlüğünün dikey ve yatay çizgilere göre daha yüksek olmasıdır, çünkü köşegen çizgiler üzerindeki hücre yoğunluğu, köşegen çizgiler üzerindeki hücre yoğunluğundan 1,4 kat daha fazladır. dikey ve yatay çizgiler. . Bu, iki çok önemli sübjektif faktör olmasa bile Bayer yapısının bir özelliği olarak kabul edilebilir:
1. Özel olarak tasarlanmış deneylerde ortaya çıktığı gibi, insan görüşü dikey ve yatay çizgilere çapraz olanlardan daha duyarlıdır (kişinin dikey konumda olması şartıyla tabii ki). Gerçek şu ki, göz yatay düzlemde sürekli olarak mikroskobik "tarama" hareketleri yapar ve zıt çizgiler içeren nesneler üzerinde daha iyi "kancalar" (ve dolayısıyla daha uzun süre durur) yapar. Bu, bu tür zıt ayrıntıların yakınında çözünürlüğü artırır. Mikro hareketler esas olarak yatay düzlemde gerçekleştiğinden, görme (göz ve beynin ortak çalışması olarak) yatay ve dikey çizgilere daha duyarlıdır.
2. Bir kişiyi çevreleyen nesnelerin çoğu, dikey ve yatay çizgilerle kesin olarak ifade edilen daha fazla ayrıntıya sahiptir. Bu, büyük ölçüde insan elinin yaratımları için geçerlidir: binalardan ve öğelerinden daktiloyla yazılmış bir yazı tipinin ayrıntılarına kadar. Bununla birlikte, doğal nesnelerde genellikle dikey ve yatay çizgiler (çimler, ağaçlar) baskındır.
Bu iki faktör, mühendisleri matris üzerine en uygun renk filtreleri yerleşimi hakkında düşünmeye zorladı ve bunun sonucunda Fujifilm mühendisleri, şu anda SuperCCD sensörlerinde bulunan dijital kameralar kullanılarak elde edilen görüntülerin algısını iyileştiren zarif bir çözüm buldu (ve patentini aldı). Bayer yapısından temel farkı, bu eksenler boyunca artan alan ile çapraz çizgilerin dikey ve yatay hale gelmesi sonucunda 45 derece dönmesiydi.
SuperCCD'nin geliştirilmesinde elde edilen ikinci gelişme, piksellerin altıgenler şeklinde şekillendirilmesidir, bu da ışık alıcı hücrenin etkin alanını geleneksel kare hücrelere kıyasla arttırarak sinyal-gürültü oranını ve artan hassasiyeti iyileştirmiştir.
Muhtemelen, hücrenin şeklindeki altıgen şeklindeki değişiklik, yalnızca hücre üzerindeki çevresel devrelerin kullanılabilir alanını artırmak için geliştirilmiş düzenlemesinden değil, aynı zamanda altıgen tanelerin en çok kabul edildiği Fujifilm film gelişmelerinden elde edilen sonuçlardan da kaynaklanmıştır. etkili.
Matris yapısının değiştirilmesi sonucunda şekilden de anlaşılacağı gibi yeşil pikselin efektif şekli değişmiştir. Geleneksel yapı için efektif boyutu 1.5x1.5 piksel boyutuysa, SuperCCD yapısında boyutu 1x2 piksel boyutu olur, ayrıca parlaklığa en yakın olan yeşil kanalda yatay çizgiler boyunca enterpolasyon gerekli değildir. Bayer yapısı, "yeşil" pikselden alınan sinyalin komşu piksellerle yatay ve dikey olarak karıştırılması gerekir, bu da pikseller arası kontrastı ve dolayısıyla yatay ve dikey çözünürlüğü azaltır). İkinci önemli değişiklik, SuperCCD matrisinin yeşil satırlar ve sütunlar (G) ve kırmızı-mavi satırlar ve sütunlar (Y-G) içermesidir, bunun bir sonucu olarak parlaklık (Y) bileşenini karşılaştırılan satırlardan ve sütunlardan çıkarmak daha kolaydır. yeşil-mavi ve yeşil-kırmızı satır ve sütunlardan oluşan Bayer yapısına.
Üçüncü değişiklikten kaynaklanan yeni yapı, matrisin Bayer yapısında köşegen olan satırlar ve sütunlar boyunca okunmasıdır (şekilde satır ve sütunlar 1,2,3,4,5,6 olarak numaralandırılmıştır). 6 milyon elemandan oluşan bir matrisin böyle bir okumasının bir sonucu olarak, yarısı komşu olanlardan (uzaysal enterpolasyon) elde edilmesi gereken 12 milyon piksel elde edilir. Örneğin, "yeşil" 2. satırda 1, 3 ve 5 numaralı tek sütunlarda resim içermeyen "delikler" okunacak ve "mavi-kırmızı" satır 3'te çift sütun 2'de bu tür boşluklar oluşacaktır. , 4, 6...
RAW formatını kaydetmek için (S2 Pro durumunda RAF dosyaları), matristen okunan pikseller paketlenir ("delikler" kaydedilir ve bu nedenle dosya boyutunu iki katına çıkarmak mantıklı değildir), görüntü yarıya bölünür ("delikler" nedeniyle) ) yatay olarak sıkıştırılır. Sonuç olarak, kalibrasyon için teknolojik sınırı (veya 2144x2880 etkin pikseli) hesaba katarsak, sıkıştırılmış görüntü yatay olarak 2192 piksele ve dikey olarak 2880 piksele sahiptir.
Daha fazla işlem için, sıkıştırılmış dosya "sıkıştırılmaz", bunun sonucunda görüntüdeki "delikler" geri yüklenir ve görüntü boyutu yine kenarlık hariç 4288x2880 piksel (12.3Mp) olur.
Önemli olan - her ikinci pikselin komşu olanlardan enterpolasyonu gerekmesine rağmen, dikeyler ve yataylar boyunca parlaklık çözünürlüğü 4288 sütuna 2880 satırdır. Eksik piksellerin uzamsal enterpolasyonu, mevcut piksellerden elde edilen satır ve sütunların parlaklık detayları tahmin edilerek gerçekleştirilir. Parlaklık kanalında yatay bir çizgi tanınırsa, eksik pikselin seviyesi komşu yatay piksellerin ortalaması alınarak, belirli bir çizgideki dikey bir çizgi parlaklık kanalında tanınırsa, belirli bir rengin dikey olarak bitişik piksellerinin ortalaması alınarak üretilir. Renk yaklaşımı, Bayer yapılarında olduğu gibi gerçekleştirilir.
Şekilden, SuperCCD için küçük renkli nesnelerin detaylandırma kalitesini değerlendirebilirsiniz. Bayer yapıları durumunda, yeşil pikselin etkin boyutu, hücrenin boyutuna x 1.5'e eşitse ve kırmızı ve mavi piksellerin etkin boyutları, hücrenin boyutuna x 2.0'a eşitse, o zaman bu durumda SuperCCD'de yeşil pikselin etkin boyutu hücre boyutunun 2.0 katı ve kırmızı ve mavi - 3.5 x hücre boyutudur (6MP SuperCCD'nin 12MP çıkış çözünürlüğünü 6MP Bayer yapısıyla karşılaştırırken).
Sonuç olarak, parlaklık kanalında çözünürlükte neredeyse %100 iyileşme ile dosya boyutunu ikiye katlamak için (doğrusal olarak %41), yeşil kanalda çerçeve alanı boyunca (doğrusal olarak %33) renk çözünürlüğünde %77'lik bir bozulma ödemek zorunda kaldık ve kırmızı ve mavi kanallarda (%75 doğrusal) çözünürlükte %300 (!) bozulma. Aslında, her şey için ödeme yapmanız gerekiyor.
6MP SuperCCD sensör yalnızca 12MP görüntüde okunabildiğinden, daha düşük çözünürlük elde etmek için ölçekleme gerekir. 6MP'lik bir görüntüyü korumak ve buna göre ölçeklendirmek gerekirse, SuperCCD'nin klasik filtre yapısına kıyasla avantajları büyük ölçüde dengelenir: yeşil kanaldaki çözünürlükte (alanda %12) hafif bir %6'lık iyileştirme ile, kırmızı ve mavi kanallar aynı parlaklık çözünürlüğünde klasik yapı Bayer'e göre %24 (çerçeve alanında %50) bozuluyor. Bu nedenle, SuperCCD ile en iyi görüntü kalitesi yalnızca maksimum çözünürlükte, tercihen RAW formatında okurken elde edilebilir.
Klasik bir Bayer filtre yapısına sahip bir CCD kullanılarak elde edilebilecek maksimum çözünürlüğü belirlemeye çalışalım. Bunu yapmak için, maksimum düzeyde çeşitli uzamsal frekansların sinyallerini uygulayabilir ve ortaya çıkan görüntünün kontrastını inceleyebilirsiniz.
Normal bir yapı kullanılarak ayırt edilebilen en yüksek frekans Nyquist-Kotelnikov kriteri ile belirlenir, yani hücre boyutunun maksimum ve minimumlarına sahip sinyal (frekans f = 1/ (2*p), burada p hücredir. boyut). Böyle bir frekans normal hücre yapısına göre sıfır (veya 180 derecenin katı) bir faz kayması ile uygulandığında, böyle bir frekans iyi tanınabilir ve aşağıda gösterildiği gibi CCD'den elde edilen çıkış sinyalinde mevcut olabilir. figür. Bununla birlikte, 90 derecenin (0,5 x hücre boyutu) katı olan bir faz kayması ile, maksimumlar ve minimumlar, iki bitişik satır veya sütun üzerinde eşit olarak dağıtılacak ve sıfır çıktı kontrastı elde edilecektir. Ortalama olarak, sinyalin fazının rastgele bir değeri ile çıkış kontrastı, 45 derecelik bir faz kaymasıyla elde edilen kontrasta eşit olacaktır (hücre boyutunun 1 / 4'ü, şekilde gösterilmemiştir) ve maksimumun %50'si. Diğer bir deyişle, sinyal işleme devresinde kenar yumuşatma ve keskinleştirme filtrelerinin yokluğunda, hücre boyutunun iki katına eşit bir sinyal periyoduna sahip uzaysal bir frekansta frekans kontrast yanıtı (MTF - modüler transfer fonksiyonu) dinamik olarak kararsız olacaktır (yani, pratikte rastgele ve öngörülemeyen bir faz kayması değerine bağlıdır) ve ortalama olarak 0,5'e eşittir. Bu şu şekilde yazılabilir MTF(2)=0.5.
2.5 x hücre boyutuna (maksimum ve minimum, 1.25 x hücre boyutuna eşit) eşit bir periyoda sahip bir uzaysal frekansta, çıkış sinyalindeki bireysel maksimum ve minimumların da ayırt edilmesi zor ve faza bağlı olarak farklı kontrastlara sahip olduğu ortaya çıkıyor. sinyal. Sonuç olarak, bu tür bir sistemin dinamik olarak kararsız olduğu ortaya çıkar, çünkü bu tür frekansların tanınması ve çıkış kontrastı, matrisin düzenli yapısına göre sinyalin fazına bağlıdır. 1/(2.5*p) frekansında ortalama kontrast değeri yaklaşık %75 olacaktır, bu şu şekilde yazılabilir: MTF(2.5)=0.75.
Hücre boyutunun 3 katına eşit bir periyoda sahip uzaysal bir frekanstan başlayarak, matris çıkışındaki sinyal seviyesi, faza zayıf bir şekilde bağlı olarak nispeten kararlıdır. En iyi faz eşleşmesi ile MTF=1, en kötü MTF=0.75 ile. Kastetmek MTF(3)=0.875. Kararlı tanıma eşiğinin bu uzamsal frekansta bulunduğunu söyleyebiliriz. Örneğin, hem video kameraları hem de CCD matrislerini geliştiren Sony'nin sistem çözünürlüğünü (satır olarak) matristen okunan piksel sayısının 1,5'e bölünmesine eşit olarak düşünmesinin nedeni muhtemelen budur. Fotoğraf, mm başına satır çiftleri olarak ölçüldüğünden (ki bu tek bir tepe noktası değil, uzaysal bir frekans belirler), matris çözünürlüğü için çizgi çiftlerine dönüştürme faktörü, 3.0'lık bir düzeltme faktörü gerektirir.
Kağıt üzerindeki görüntü, kural olarak, normal rasterler kullanılarak iletildiğinden, yazdırmada çok benzer bir sorun vardır. Ve orada, genellikle, mm başına piksel (ppi) cinsinden çözünürlüğü mm başına satır (lpi) olarak çözünürlüğe dönüştürmek için alınan minimum 1.5 katsayısıdır ve bunun tersi de geçerlidir. Kural olarak, yazıcılar bir miktar kenar boşluğuna sahip olmaya çalışırlar ve çoğu zaman, sinyal genliğini doğru bir şekilde iletmenizi sağlayan 2.0'a eşit bir dönüştürme faktörüne (baskı endüstrisinde kalite faktörü olarak adlandırılır) dayalı dosya çözünürlüğü gerektirir ( MTF(4*p)=1). Elbette, yazıcılar güvenli davrandığında ve 3.0-4.0'ın altında bir kalite faktörüne sahip görüntüleri kabul etmeyi reddettiğinde de aşırılıklar vardır. Çoğu zaman, bu kelimeyi tam anlamıyla almaktan kaynaklanır. kalite" katsayı ile ilgili olarak ve buna bağlı olarak, görüntü oluşum sürecinin belirsiz bir şekilde anlaşılması.
Örneklerinden doğru sinyal geri kazanımını garanti eden Nyquist-Kotelnikov kriterinin aşağıdaki koşulların karşılanması durumunda geçerli olduğuna dikkat edilmelidir:
Giriş sinyalinin spektrumu, örnekleme hızının iki katı kadar düşük bir maksimum sinüzoidal frekansla sınırlıdır, bundan özellikle, sinyalin başlangıcı ve sonu olmayan sonsuz şekilde genişletilmesi gerektiği sonucu çıkar;
- okumaların "genişliği" sonsuz derecede küçüktür (ayrık fonksiyon);
- sinyali geri yüklemek için, fiziksel olarak gerçekleştirilemez bir özelliğe sahip ideal bir alçak geçiren filtre kullanılması gerekir.
Görüntüleri sayısallaştırırken yukarıdaki koşullardan hiçbiri karşılanmaz. Bu nedenle, dijitalleştirme, kalite faktörü tarafından belirlenen "bir marjla" gerçekleştirilir. Bu arada, ses bilgilerini sayısallaştırırken, aynı nedenlerle (yalnızca ilk koşul karşılanır), fazla örnekleme hızı kullanılır. Örneğin, 20Hz-20kHz'lik bir frekans bandı sağlamak için, CD Audio kayıt formatı, 44.1kHz (kalite faktörü 1.1) frekansında niceleme gerçekleştirir, telefonda, sinyalleri iletmek için 8kHz'lik bir örnekleme frekansı (kalite faktörü 1.18) kullanılır. 0.3-3.4kHz'lik bir bant ile vb.
SuperCCD çift boyutlu görüntü interpolasyonlu piksellerin yarısına sahip olsa da (şekilde görüldüğü gibi), yatay ve dikey çizgiler için çözünürlük (MTF'nin dinamik olarak kararlı olduğu minimum uzamsal frekans) matrisin çözünürlüğüne eşittir. iki kat daha fazla hücreden oluşan geleneksel Bayer yapısı.
Yukarıdakilerin tümünün pratik çekime nasıl uygulanabileceğini değerlendirmek için, gerçek görüntülerde 1/(2*p) uzamsal frekansların ayırt edilebilirliğinin onayını elde etmek gerekir (optimum koşullar altında, çünkü bu tür frekanslardaki MTF dinamik olarak değişir. dengesiz). 12 megapiksel (4276x2868) çözünürlükte çekilen bir resimde 1 piksel genişliğindeki çizgiler ayırt edilebilir olmalıdır.
12 MP Fujifilm S2 Pro kamerayla çekilmiş bir kare. Objektif - Nikkor AF-S 80-200 / 2.8 - Nikon'un en iyi telezoomlarından biridir. Deney için yeterli lens çözünürlüğünü elde etmek için resim, odak uzaklığı Maksimum çözünürlük için 80mm ve f/8.
Resmin doğal boyutta parçası.
5x büyütmeli bir fotoğraf parçası. 1/(2*p) uzaysal frekansına karşılık gelen çizgilerin, beklendiği gibi, dinamik olarak kararsız bir çözünürlükle yatay olarak sabitlendiği görülebilir. Görüntünün parçası, SuperCCD teknolojisinin artan çözünürlük için ödemesi gereken bedeli açıkça gösteriyor: renk kanallarındaki düşük çözünürlük nedeniyle küçük görüntü ayrıntılarının etrafındaki renkli konturlar.
12MP'de çekim yaparken, yatay görüntü çözünürlüğünün 23.0mm yatay matris boyutuyla 4288 piksel olduğu göz önüne alındığında, matrisin kendisindeki bu çözünürlük 186 satır/mm veya 93 satır çifti/mm'ye karşılık gelir. Bu nedenle, resimlerde bu kadar yüksek detay elde etmek için ihtiyacınız olacak çok kaliteli optik.
Hem Bayer yapıları hem de SuperCCD yapıları için sınırlayıcı çözünürlükleri hesaplama yöntemlerini bulduktan sonra, görüntüde kenar yumuşatma filtrelerinin yokluğunda çeşitli popüler dijital SLR kameralardan elde edilebilecek maksimum (matris çözünürlüğüne dayalı) çözünürlükleri hesaplayabiliriz. işleme.
Bunu yapmak için formülleri kullanıyoruz:
Rs = Nl/Ll/3, çizgi çiftleri/mm (lp/mm)
Ru = Nl/Ll/2, çizgi çiftleri/mm (lp/mm)
burada Rs - dinamik olarak kararlı çözünürlük, Ru - dinamik olarak kararsız çözünürlük, Nl - çerçevenin uzun kenarı boyunca görüntü piksellerinin sayısı, Ll - çerçevenin uzun kenarı boyunca milimetre cinsinden matris boyutu.
Çerçevenin uzun tarafındaki çözünürlüğü hesaplamak için:
Rfs = Nl/3, çerçevenin uzun kenarı boyunca çizgi çiftleri
Rfu = Nl/2, çerçevenin uzun kenarı boyunca çizgi çiftleri
burada Rfs - dinamik olarak kararlı çözünürlük, Rfu - dinamik olarak kararsız çözünürlük
Film (gümüş halojenür) teknolojisi hakkında bazı açıklamalar
Gümüş halojenür görüntüleme tekniklerine biraz aşinalık olduğunu varsayarak, bir fotoğraf filmi emülsiyonunun yapısını ayrıntılı olarak açıklamayacağım. Belki daha iyi anlamak için filmde fotoğrafik bir görüntü elde etmenin temel ilkeleri üzerinde kısaca durmak gerekir.
1. Film emülsiyonu, yarı iletken olan gümüş halojenürün (AgCl, AgJ, AgBr) en küçük (0,1...1 µm çapında) kristallerinden oluşur. Her kristal, üstlerinde pozitif yüklü gümüş iyonları ve negatif yüklü halojen iyonları (klor, brom, iyot) bulunan iyonik bir kafesten oluşur. Atomlar arasındaki mesafeler kesinlikle sabittir, iyonların kristal kafes içindeki sabitlenmesi elektrostatik kuvvetler tarafından gerçekleştirilir. Tanelerin yüzeyinde, kükürt atomları (jelatine dahil edilen kükürt bileşiklerinden) yüzey gümüş iyonlarıyla yeniden birleşerek Ag2S bileşiğini oluşturur.
2. Bir foton kristale girdiğinde, kristalin içinde dolaşan, elektronun çalındığı pozitif yüklü bir düğüm tarafından yeniden yakalanabilen zayıf bağlı bir elektronu nakavt eder (bu sürece rekombinasyon denir ve bu durumda, gizli bir görüntü oluşumu gerçekleşmez) veya bu durumda ek bir negatif yük alan başka bir düğüm tarafından yakalanabilir. Elektron komşu halojen iyonuna hareket eder, böylece "deliği" kristal sınırına kadar hareket ettirir. Kristal, kükürt bileşikleri içeren bir jelatin tabakasındadır ve kristalin yüzeyinde görünen ve kafese bağlı olmayan nötr halojen atomu, jelatin içindeki katkı maddeleri ile kolayca stabil bir bileşik oluşturur. Kristaller her zaman iyonik bir kafesle bağlı olmayan belirli bir miktarda gümüş iyonu içerir; bu tür iyonlar rastgele hareket edebilir, kafesteki diğer gümüş iyonlarını serbest bırakarak kafesteki yerlerini alırlar. Bir fotoelektronun kristal yüzeyinde Ag2S molekülünün yakınında lokalizasyonu, serbest gümüş iyonunun kristal yüzeyine çekilmesine neden olur (eğer iyon yeterince yakınsa), bunun sonucunda gümüş iyonu yüzeye ulaştığında, fotoelektron tarafından nötralize edilir ve kristal yüzeyinde serbest bir gümüş atomu oluşturur. İle tahıl tezahür etme yeteneğine sahip oldu, Ag2S atomunun bulunduğu yere yakın olması gerekir, en az dört nötr gümüş atomu. Ag2S molekülü, çok yüksek aydınlatma ve kısa maruz kalma altında aynı anda birden fazla fotoelektron yakalayamadığı için, gelişebilen tanelerin oluşumunun orantılılığı bozulur (değiştirilemezlik etkisi veya Schwarzschild etkisi). bir elektron kuyruğunun oluşumu ve kristal içindeki rekombinasyon nedeniyle (iyonik kafesin bir atomu tarafından bir fotoelektronun yeniden yakalanma olasılığını arttırır).
3. Ortalama boyutu 1 µm olan bir tane yaklaşık 32 milyar gümüş iyonu içerir. Gizli bir görüntünün oluşması için en az 4 gümüş atomunun tane yüzeyine ulaşması gerekir. Yüzeyinde 4'ten fazla gümüş atomunun çıktığı tanelerin gelişimi sırasında, bu tanede bulunan tüm gümüş iyonları atomik gümüşe dönüştürülecektir (geliştirici elektronların "vericisidir"). Sonuç olarak, böyle bir tane ışıkta siyahlaşacaktır. Yüzeyinde daha az gümüş atomu bulunan taneler gelişmeyecek, görüntü sabitlendiğinde (sabitleyici) çözülecek ve emülsiyondan çıkarılacaktır. Yani gelişmenin 32 milyara varan kazançla gizli görüntünün iyileştirilmesi olduğunu söyleyebiliriz. / 4 = 8 milyar kez. Gerçek koşullarda, tane yüzeyinde 4'ten çok gümüş atomu olabilir, bu nedenle bu tür bir büyütmenin ortalama katsayısı "sadece" yaklaşık 1 milyar olacaktır.
4. Tanelerin sadece iki durum alabileceğine dikkat edilmelidir: bunlar geliştirilebilir (metalik gümüşe indirgenebilir) veya geliştirilemez. Buna göre, siyah beyaz yarı tonlu bir görüntü, yüzey üzerine rastgele dağılmış çok sayıda siyah zerreden oluşur ve gren maruziyeti olasılığı pozlama ile orantılıdır. Film ne kadar fazla ışığa maruz kalırsa, o kadar fazla gren ortaya çıkacak ve geliştirilecektir, bu da görüntünün optik yoğunluğunda bir artışa neden olacaktır (ancak, XK, ihtiyaç nedeniyle düşük aydınlatmada doğrusal olmama nedeniyle her zaman bir S-şekline sahiptir). taneyi en az 4 fotona maruz bırakmak ve ayrıca her zaman mevcut minimum karartma yoğunluğu nedeniyle - yaklaşık olarak CCD sensörünün termal gürültüsüne karşılık gelen perde).
5. Renkli fotoğraf filmleri, her biri ışığı yalnızca kendi dalga boyu aralığında (kırmızı, yeşil, mavi) emen ve gümüş halojenür taneciklerine ek olarak, macenta, sarı ve camgöbeği (CMY) boyaları içeren üç katmandan oluşur. renk geliştiğinde, gelişen tanenin etrafında renkli bir bulut oluşturan katmanlar (boyaların gelişmiş taneler veya tane yığınları etrafında oluşan gelişen maddelerin oksidasyon ürünleri ile etkileşimi nedeniyle), daha sonra, berraklaştırma sürecinde, metalik gümüş tanecikleri çözülür ve sabitleme sürecinde, maruz kalmayan gümüş halojenür taneleri de çözülür. Renkli yarı tonlar, boya bulutlarının bulunduğu yoğunluk tarafından iletilir, yani bunlar, katmanların her birinde gelişmiş gümüş taneciklerinin düzenlemesinin yoğunluğu ile belirlenir. Kural olarak, bu tür boya bulutları, tek tek gümüş halojenür tanelerinden çok daha büyük olan kümeler oluşturur.
Film görüntüsünün yapısı en çok üç renkli (CMY) inkjet baskı ile elde edilen görüntüye benzer. Ve tıpkı içinde olduğu gibi mürekkep püskürtmeli yazıcı, tek bir tanecik (damlacık) boyutu, yarım tonlu nesneler iletirken çözünürlüğü belirleyemez. Gümüş halide teknolojisi ile CCD görüntüleme teknolojisini doğrudan karşılaştırmak imkansızdır, çünkü görüntüleme prensipleri çok farklıdır - inkjet ve termal difüzyon baskı teknolojilerinden daha az değildir.
Pozitif (tersinir) film, negatife yakın bir yapıya sahiptir (pozitif filmin maskesi yoktur ve kural olarak katman kalınlığı azalır), ancak geliştirme iki aşamada gerçekleştirilir (renkli filmin katmanlarından biri) şekilde gösterilmiştir):
1. İlk aşamada (siyah beyaz geliştirme), negatif filmin gelişimine benzer bir gelişme meydana gelir: maruz kalan taneler metalik gümüşe indirgenir. Bundan sonra metalik gümüş ağartma solüsyonunda çözülür ve filmden çıkarılır.
2. Film, katmanda kalan maruz kalmayan tüm tanecikleri açığa çıkarmak için tasarlanan tekrarlanan aydınlatmaya (bir ışık kaynağı veya kimyasal tarafından) tabi tutulur, ardından bir renk geliştiricide geliştirilir ve ardından ağartılır ve sabitlenir. Özünde, film ters çevirme işlemi, toplam tane sayısından açıkta kalan taneleri çıkarmanıza ve maruz kalmayanları ters çevirmenize (aydınlatmanıza, maruz bırakmanıza) ve böylece olumlu bir görüntü elde etmenize olanak tanır.
Fotoğraf filmlerinin bilgi kapasitesinin değerlendirilmesi
Fujifilm'den Yeni Reala Teknolojisinin yaratıcıları bir röportajda, G=9 tanecikliliğe sahip Velvia filminin bilgi kapasitesini 30 milyon etkin resim öğesi olarak tahmin ettiler. Büyük olasılıkla, üç renk katmanındaki etkili öğelerin (veya renk oluşturan madde kümelerinin) sayısıyla ilgiliydi, bu da yaklaşık 10 megapiksel renkli bir görüntü anlamına geliyordu.
Pozitif filmin RMS ayrıntı düzeyinin en fazla olduğunu hatırlarsak basit bir şekilde(Gorokhovskiy kriteri) olarak tanımlanabilir:
G=100/M, nerede
G- taneciklik değeri,
M- tanenin fark edilebilir hale geldiği büyütme ölçeği
genişlik=10> ve insan gözünün 0.1 mm = 100 mikronluk noktaları görebildiği gerçeğinden, görünür film tanecikliliğinin boyutunu şu şekilde hesaplayabilirsiniz:
S = G x 10^-6
Görünür tanecik boyutu, genellikle çok daha küçük olan (0.1-1 µm) filmin tane boyutu değil, çok daha büyük olan "bilgi öğesi" veya renk oluşturucu bileşen kümesinin boyutudur. RMS tanecikliği, içinden çok dar bir ışık huzmesinin geçtiği, ancak en az 10 tanecik boyutu çapından geçtiği bir yarığa sahip bir mikrodensitometre ile ölçülür (Kodak 48 um'lik bir huzme kullanır). Böyle bir mikrodensitometre 0,5D yoğunluğa sahip gri ölçekli bir alanı "taradığında", ortalama yoğunluğun ve ortalama değerden standart sapmanın belirlendiği oldukça gürültülü bir optik yoğunluk eğrisi elde edilir. Kök ortalama kare sapmasının, kiriş açıklığının alanının karekökü ile ters orantılı olduğu bilinmektedir, bu nedenle kök ortalama kare tanecikliği şu şekilde tanımlanır:
nerede a- ışın açıklığının alanı (daha fazla ayrıntı Kodak web sitesinde bulunabilir).
Granülarite değeri G=9 olan Fuji Velvia filminin görünür makro taneciklerinin (boya bulutlarının oluşturduğu) boyutu 9 µm'dir, bu da dijital fotoğrafçılık açısından etkin pikselin boyutu anlamına gelir. Daha sonra bu filmin tahmini çözünürlüğü
R = 36mm / 9um x 24mm / 9um x 3 katman = 4000x2467x3 = 32MP (veya 10,6MP tam renkli)
Hesaplama sonucunda elde edilen değer, geliştiricilerin verileriyle (30 milyon görüntü öğesi) oldukça doğru bir şekilde örtüşmektedir.
Granülaritesi G=10 olan Fuji Provia 100 (eski tip) filmi için, görünür makro tanecik boyutu 10 µm olacak, ardından çözünürlüğü
R = 36mm / 10um x 24mm / 10um x 3 katman = 3600x2400x3 = 26MP (veya 9MP tam renkli),
bu da geliştiricilerin tahminiyle iyi bir uyum içindedir (yaklaşık 30 milyon etkili görüntü öğesi).
Granülaritesi G=8 olan yeni ve çok başarılı film Provia 100F için görünür makro tanecik boyutu yaklaşık 8 mikron olacaktır. onun izni
R = 36mm / 8um x 24mm / 8um x 3 katman = 4500x3000x3 = 40,5 MP (veya 13,5 MP tam renkli).
Bu film için geliştiriciler, 50 milyon etkili öğe tahmini verdi. Bu da muhtemelen filmi 4 katmanlı olarak düşündükleri veya bu filmin teknolojisindeki ek iyileştirmeleri hesaba kattıkları anlamına geliyor.
Etkin "piksel" boyutu 8 um: 1 mm/8 um = 125 satır = 62.5 satır çifti/mm olan bir filmin çözünürlüğünü tahmin etmek de mümkündür. Film greni stokastik olarak yerleştirildiğinden, kalite faktörü 1'e yakın olarak kabul edilebilir, bu da film üzerinde tanınabilir olarak düşünmemizi sağlar. yaklaşık 60 satır çifti/mm. Aşağıda bu şekle döneceğiz.
Pozitif filmlerin çözünürlüğüne ilişkin bu tahminler, makro taneciklerin görünür boyutu için yapılır, bazen 1 μm'den büyük olmayan (ancak çok düşük bir sinyalle) tek tek tanelerin oluşturduğu ayrıntıları tanımak mümkündür. -gürültü oranı, 1'den az: tek bir tanecik geliştirilebilir veya geliştirilemez ve parlaklık veya renk tonları hakkında bilgi taşımaz).
Üreticiler tarafından verilen film çözünürlükleri (örn. Provia 100F film için 140 lp/mm), düşük MTF değerlerinde (MTF=%7) ve çok yüksek doğal nesne kontrastında (1000:1) hesaplanır. yüksek çözünürlüklü ayrı stokastik olarak dağılmış taneler nedeniyle oluşur, böyle bir görüntüde yüksek bir gürültü seviyesi vardır ve çözünürlük, ortaya çıkan görüntünün dinamik kararsızlığını gösteren orijinal görüntünün kontrastına bağlıdır (aynı kareyi iki kez çekemezsiniz - çerçevedeki tane dağılımı farklı olacaktır). Sonuçta, fotoğrafın görevi, filmdeki gren yapısının tam bir kopyasını değil, fotoğraflanan görüntünün tam bir kopyasını elde etmektir.
muhtemelen karşılaştırmalı değerlendirme gümüş halojenür işlemi kullanılarak elde edilen çözünürlük, yarı tonlu nesnelerin gerçek çekimine daha yakın olan düşük kontrastlı nesneler için çözünürlük verilerini kullanmalısınız. Dolayısıyla, üreticiye göre Provia 100F için 1:1.6 nesne kontrastındaki çözünürlük 60 satır çifti/mm'dir.
Bir fotoğraf filminin çözünürlüğünü bir CCD'nin çözünürlüğü ile karşılaştırmak için ölçmenin başka bir yolu, filmin çözünürlüğünün en az %20'lik bir MTF seviyesinde belirlenmesini gerektirir (CCD için dinamik olarak MTF=87,5'i seçtik). kararlılık eşiği). Bu eşikte, Provia 100F filminin çözünürlüğü, grafikten de görülebileceği gibi, yaklaşık 60-65 lp/mm'dir ve bu, düşük kontrastlı nesnelerin çözünürlüğü ile aynıdır.
Fuji Provia 100F pozitif filmin frekans kontrast yanıtı (MTF, MTF) (resmi Fujifilm belgelerinden bir grafik kullanıldı, grafik 60-135 hat çifti / mm'lik daha yüksek uzamsal frekanslar için tahmin edildi).
MTF grafiğinden de ilginç bir gözlem yapılabilir: 20-30 hat çifti / mm'lik uzamsal frekanslardan başlayarak, kontrast kaçınılmaz olarak düşer, bu da büyük tanelerden veya konglomeralardan görüntü ayrıntılarının elde edilmesinin imkansızlığıyla açıklanabilir (katıldıkları için) düşük uzamsal frekanslarla görüntü oluşumunda). Yüksek uzaysal frekansların iletimi, giderek daha küçük ve daha küçük kümelerin (açıkta kalan büyük kümelerin arka planına karşı) katılımı nedeniyle elde edilir, bu da kontrast kaybına yol açar.
Karşılaştırma için, burada S2 Pro kamera ile çekilen yukarıdaki resim ile aynı pozlama ve aynı noktadan (bir tripoddan) aynı objektife sahip Fujifilm Superia Reala film üzerinde bir Nikon F80 kamera ile çekilmiş bir resmin bir parçası. Sonuç olarak, resim, S2Pro matrisinin (23x15.7mm) boyutuna karşılık gelen boyutta bir film karesi (24x36mm) aldı.
Tarama çözünürlüğü 4000 dpi (Nikon SuperCoolScan 4000ED) ve ardından kenar keskinleştirme (yarıçap 0,3, seviye %300). Tarama sonucunda 5650x3650 (21Mp) boyutunda bir dosya elde edilmiştir. Parça 5 kat büyütülür.
Fuji Superia Reala negatif filminin, CCD matrisiyle (23.0x15.7mm) aynı çerçeve boyutunda 4000 dpi'de standart işleme ve tarama ile çözünürlüğünün, SuperCCD matrisinin çözünürlüğünden daha düşük bir çözünürlüğe sahip olduğu sonucuna varılabilir. Yani, film tarayıcı sisteminden 93 satır çifti/mm'lik bir çözünürlük elde edilememiştir. Bununla birlikte, film karesi, S2Pro'da kullanılan SuperCCD'nin alanından 2.25 kat daha büyüktür, bu nedenle film ve dijital çözünürlüğün karşılaştırılması personel teknolojilerin öznel bir karşılaştırmasına bırakalım.
Tarama ve çözünürlük konusunda birkaç söz söylemek gerekiyor. Bir film karesinden tüm çekim bilgilerini elde etmek için 4000 dpi çözünürlüğün fazlasıyla yeterli olduğu ve tarama çözünürlüğünün daha da artmasıyla daha fazla ayrıntının elde edilmeyeceği (sonuçta, olası değiliz) görüşlerini defalarca duydum. siyah-beyaz bir filmin tek tek gümüş halojenür taneciklerinin veya çerçevedeki renkli filmin renkli kümelerinin rastgele düzenlenmesiyle ilgileniyor). Bugün, 4000 dpi çözünürlüğe sahip iyi bir slayt tarayıcı, oldukça pahalı bir cihazdır ve amatör sınıf bir dijital SLR fotoğraf makinesinden çok daha düşük bir fiyat değildir. Bu nedenle, film teknolojisini 8000 dpi tarama çözünürlüğü ile karşılaştırmanın mantıksız olduğunu düşündüm, çünkü bu durumda böyle bir tarayıcıya sahip bir film kamerası setinin maliyeti, dijital bir SLR'nin maliyetini önemli ölçüde aşabilir. Ancak, farklı çözünürlüklerde tarama olanaklarını değerlendirmek bana çok arzu edilir görünüyor.
4000 dpi'de tarama, 4000 / 25,4 / 3 lpmm'nin kararlı bir şekilde tanınmasını sağlar = 52.5 hat çiftleri/mm veya kararsız 4000 / 25,4 / 2 lpmm = 78 çizgi çiftleri/mm.
8000 dpi'de tarama, 8000 / 25,4 / 3lpmm'nin kararlı bir şekilde tanınmasını sağlar = 103 hat çifti/mm veya kararsız 8000 / 25,4 / 2 lpmm = 156 çizgi çiftleri/mm.
En iyi filmlerden beri genel amaçlı 135-145 hat çifti/mm çözünürlüğe ulaşın (1000:1 mutlak kontrast, çok düşük sinyal-gürültü oranı ve MTF=5...%7) ile dünyaları çekerken) ve en iyi standart lenslerin elde edebileceği yaklaşık 100 satır çifti/mm mm (MTF=3...%5'te) çözünürlük, ayırt edilebilir bir kontrastla (MTF=%3..5) film hedefinin toplam çözünürlüğü nadiren 60 satır çiftini geçebilir /mm. Etkileri yumuşatmadan kararlı tarama için 60*3*25.4 = 4572 satır çifti/mm gerektirir. Bu çözünürlük genellikle 4000 dpi'ye sahip bir tarayıcı kullanılarak, kontrastta bir miktar düşüş ve ardından kontur keskinliğinin keskinleştirilmesiyle elde edilebilir. 4000dpi tarayıcı ile aynı lense sahip 8000dpi çözünürlüğe sahip bir tarayıcı, ayrıntıyı 60lp / mm'den fazla artırmayacaktır ( lens film sisteminin çözünürlüğü) - 52,5 lp/mm ( 4000dpi tarayıcı çözünürlüğü) / 52.5 = 14% Ek Bilgiler nesneler hakkında.
Kural olarak, 8000 dpi çözünürlüğe sahip tarayıcılar (Nikon SuperCoolscan 4000 ve 8000 tarayıcılara göre değerlendirildiğinde) daha iyi doğal MTF'ye sahip daha iyi optiklere sahiptir; bu, iki katı çözünürlükle birlikte, ince görüntü ayrıntılarının iletimini 20'ye kadar iyileştirebilir - %25 (ve tahıl konumunu çok daha doğru bir şekilde iletir, ancak bu, taramanın ana amacı değildir).
4000 dpi çözünürlükte tarama yapmanın pratik yeterliliğini gösteren bir örnek vereyim. İlk kare Nikon SuperCoolScan 4000ED tarayıcıda maksimum kalitede taranarak ve %600 büyütülerek elde edildi, ikincisi mikroskop altında dünyanın aynı görüntüsünden (120x büyütme, kare 4 kat küçültülmüş) elde edildi:
Gerçekten de, fotoğraf filminin çözünürlüğü 130-145 satır çifti/mm'ye ulaşır (üreticinin belgelerinde verilmiştir) - bu, resimden açıkça görülmektedir (tarayıcı 78 satır çifti/mm'den fazlasını iletemez). Bununla birlikte, böyle bir çözünürlük sadece dinamik olarak kararlı değil, aynı zamanda gürültü seviyesi faydalı sinyal seviyesini aştığı için faydalı olarak da kabul edilemez.
Ceteris paribus, 8000 dpi ile film tarayıcılarının kullanımı sıradan sahneleri taramak için haklı değildir (sadece dosya boyutunun 4 kat artması ve ince detay iletiminde %20-25'lik bir iyileşme olduğu için). Ek olarak, orta menzilli lenslerle çekim yaparken (bütçe optiklerinden bahsetmiyorum bile), bu kadar yüksek bir çözünürlükte tarama yaparken herhangi bir kazanç olmayabilir (bu, büyük olasılıkla fotoğrafçıların 4000 dpi'de taramanın yeterliliği hakkındaki görüşlerini açıklar) . Bununla birlikte, 8000 dpi çözünürlüğe sahip tarayıcılar, bilimsel araştırmalar, kopyalama için özel yüksek kontrastlı optikler vb. kullanıldığında çok yüksek çözünürlüklü özel filmleri taramak için vazgeçilmezdir.
Sonuçlar:
Fotoğraf filmi, kabul edilebilir bir sinyal-gürültü oranı ile 50-60 satır çifti/mm ve gürültü seviyesi (taneciklik) sinyal seviyesini aştığında 130-145 satır çifti/mm'ye kadar çözünürlük sağlayabilmektedir. Yüksek çözünürlük, güçlü görüntü işleme algoritmaları kullanıldığında astronomi gibi özel anket türleri için yararlı olabilir. kullanışlı bilgi gürültülü bir sinyalden.
Teknolojilerin karşılaştırmasına dönersek, 62 satır çifti / mm'lik (S2Pro CCD gibi) dinamik olarak kararlı bir çözünürlük elde etmek için 4720 dpi çözünürlüğe sahip bir film tarayıcıya ihtiyacınız olduğunu hesaplayabiliriz (çerçeveye eşit) CCD matrisinin boyutunda) veya 3150 dpi çözünürlükte standart 24x36mm çerçeveyi tarama.
Artık dijital kameraların çözünürlük tablosunu negatif ve pozitif filmlerin sonuçları ve tarandığında elde edilen sonuçlarla tamamlayabiliriz.
| Görüntü alanı boyutu, mm | Çerçeve çözünürlüğü, piksel | Toplam görüntü pikseli sayısı, milyon piksel | Piksel (görüntü öğesi) boyutu, µm | |
| Nikon D100 | 23.4x15,6 | 3032x2016 | 6,1 | 7.8 |
| Canon D60 | 22,7x15,1 | 3072x2048 | 6,3 | 7.4 |
| Fujifilm S2 Pro | 23.0x15.5 | 4288x2880 | 12,3 | ~7.45 |
| Canon 1D'ler | 35,8x23,8 | 4064x2704 | 12,3 | ~8.8 |
| Kodak DCS 14n | 36x24 | 4536x3024 | 13,7 | ~7.9 |
| 36x24 | --- | --- | <1 | |
| 36x24 | --- | --- | <1 | |
| Film Provia 100F (değerlendirme)* | 36x24 | 4500x3000 | 13,5 | 8 |
| 4000 dpi tarama | 36x24 | 5669x3779 | 21,4 | 6.35 |
| 8000dpi tarama | 36x24 | 11338x7559 | 86,1 | 3.2 |
| Dinamik olarak kararlı çözünürlük, hat çiftleri/mm | Dinamik olarak kararlı çözünürlük, çerçevenin uzun kenarı boyunca çizgi çiftleri | Dinamik olarak kararsız çözünürlük, hat çiftleri/mm | Dinamik olarak kararsız çözünürlük, çerçevenin uzun kenarı boyunca çizgi çiftleri | |
| Nikon D100 | 43.2 | 1011 | 64.8 | 1516 |
| Canon D60 | 45.1 | 1024 | 67.7 | 1537 |
| Fujifilm S2 Pro | 62.0 | 1426 | 93.2 | 2144 |
| Canon 1D'ler | 37.8 | 1353 | 56.8 | 2033 |
| Kodak DCS 14n | 42.0 | 1512 | 63.0 | 2268 |
| Film Provia 100F (üreticiye göre) | 60 | ~2160 | 140 | ~5040 |
| Film Superia Reala (üreticiye göre) | 63 | ~2268 | 125 | ~4500 |
| Film Provia 100F (değerlendirme)* | 50-60 | 1800..2100 | 62,5 | ~2250 |
| 4000 dpi tarama | 52.5 | 1890 | 78 | 2808 |
| 8000dpi tarama | 103 | 3708 | 156 | 5616 |
* - ayrıntı düzeyi değerlendirmesi için çözünürlük. Belki de gıyabında farklı teknolojileri kullanarak görüntülerin kalitesini karşılaştırmanın en iyi yolu.
İşin garibi, çoğu bağımsız çözünürlük testinde S2 Pro, tam boyutlu 11-14MP sensörlü kameralardan biraz daha kötü performans gösterdi (ancak 6MP sensörlü ve geleneksel piksel düzenlemeli kameralardan çok daha iyi). Bunun için en az iki açıklama var:
S2 Pro, çoğu standart zoom lensiyle tipik olarak elde edilemeyen daha yüksek çözünürlüklü bir CCD'ye sahiptir. 93 lp/mm'lik bir uzaysal frekansta merceğin MTF'si yaklaşık %3-5 ise, sensör ve merceğin MTF'sinin ürünü %2-3'ün (minimum algılanabilir kontrast) altında olacaktır. Bu nedenle, çözünürlüğü test ederken, karşılaştırılabilir sonuçlar elde etmek için en yüksek kaliteli lensler kullanılmalıdır.
S2 Pro, eksik piksellerin uzamsal enterpolasyonuna duyulan ihtiyaç nedeniyle yüksek uzaysal frekanslarda artırılmış renk artefaktı seviyelerine sahip görüntüler üretir.
Bu arada, bu açıklamadan, bir kamerada SuperCCD sensörünün kullanımından yararlanmak için üst düzey optiklerin kullanılması gerektiği sonucuna varabiliriz. Öte yandan, tam boyutlu matrisli 11-14MP kameraların matrislerinin potansiyelini ortaya çıkarmak için 50-60 satır çifti/mm çözünürlük yeterlidir, yani 90 satır çözünürlüğe sahip lenslere kıyasla daha ucuz lensler çift/mm. Bununla birlikte, tam boyutlu sensörler için lensler, iyi çözünürlük ve çerçevenin kenarlarında (yarım formatlı sensörler kullanıldığında kritik olmayan) renk sapmalarının olmamasını sağlamalıdır.
Çözünürlük, gözetleme kamerası tarafından oluşturulan görüntünün ayrıntı derecesini belirler ve bu parametre birkaç faktör tarafından belirlenir:
Tüm bu noktalar aşağıda tartışılacaktır, ancak video gözetim sisteminin bir bütün olarak çözünürlüğünün diğer cihazlar tarafından da belirlendiği unutulmamalıdır, örneğin:
Bir video gözetim kamerasının çözünürlüğünün, analog video kameralar için matrisinin piksel sayısı ile belirlenmesine rağmen, TVL (televizyon hatları) ile gösterilir. Bu değer, video kameranın dikey veya yatay olarak kaç tane değişen siyah beyaz şerit üretebileceği anlamına gelen özel bir tablo kullanılarak belirlenir (Şekil 1).
Geleneksel olarak, ANALOG KAMERALAR standart (380-420 TVL, yaklaşık 500 yatay piksele karşılık gelir) ve yüksek (560-600 TVL - yaklaşık 750 piksel) çözünürlüğe sahip cihazlara ayrılabilir. Doğru, şimdi yaklaşık 1000 TVL çözünürlüğe sahip video kameralar üretiliyor.
IP KAMERA'nın çözünürlüğü, matrisin yatay ve dikey piksel sayısının çarpımı olarak tanımlanır (Şekil 2). Megapiksel cinsinden ölçülür. İş pasaport verilerinde belirtilmiştir. Yatay ve dikey çözünürlüğü ayrı ayrı belirlemek için matrisin en boy oranının 3:4 olduğu dikkate alınmalıdır.
Çözünürlüğü yatay, dikey ve kamerayı bir bütün olarak sırasıyla Хг, Хв, Хк olarak belirlersek, şunu elde ederiz:
Хг=√ hk/0.75
Хв=0.75*Хг
Görüntü detayını etkileyen bir sonraki nokta, video gözetim nesnesine olan mesafedir (Şekil 3).
H1 ve H2 nesneleri, gerçek boyutları farklı olmasına rağmen, matris üzerinde aynı boyutta Nm ile görüntülenir. Yani, her biri aynı sayıda matris elemanına sahiptir. Buna göre H1 nesnesinin detay derecesi daha yüksek olacaktır (Şekil 4).
Bir video gözetim sistemi düzenlerken, gösterildiği gibi, yalnızca kameranın çözünürlüğüne bağlı olmayan, pratik açıdan ilgi çekici olan detaylandırmanın görüntü olduğunu belirtmekte fayda var.
Bu arada, merceğin odak uzunluğuna bağlı olan video gözetim kamerasının görüş açısını değiştirerek, video kameradan farklı mesafelerde bulunan nesnelerin istenen ayrıntı derecesini elde edebilirsiniz.
Gerekli hesaplamaları yapmanıza izin veren formüller, ilgili özet tablolar vardır, ancak kolaylık sağlamak için video kameranın görüş açısını ve odak uzunluğunu hesaplamak için çevrimiçi hesaplayıcıları kullanabilirsiniz.
Bu makalenin amacı, video kameraların çözünürlüğü ile ilgili temel bilgileri sunmak olduğundan, yatay ve dikey çözünürlüklerin farklı olduğu gerçeğine vurgu yapılmamıştır. Bazı durumlarda bu nokta dikkate alınmalıdır, ancak konunun özünü anlamak için sunulan materyal yeterli olmalıdır.
* * *
© 2014-2019 Tüm hakları Saklıdır.
Site materyalleri yalnızca bilgilendirme amaçlıdır ve yönergeler ve normatif belgeler olarak kullanılamaz.
"Çözünürlük" terimini tam olarak anlamak şaşırtıcı derecede zordur. Aynı anlama gelen başka bir terimin yakın olmasına rağmen - "izin" olduğunu söylersek, çoğu kullanıcı için daha anlaşılır. Ancak video gözetiminde kullanımının tüm nüanslarıyla başa çıkmak çok zordur.
Bu yayının amacı aşağıdaki noktaları açıklığa kavuşturmaktır:
Geleneksel İngilizceden çevrilen "izin" kelimesi, ayrıntıları ayırt etme yeteneği olarak çevrilir. Örneğin, görme yeteneğinizi test etmek için kullanılan bir tablonun alt satırına bakabilir misiniz? Ve kamera, resimler bitişik vuruşların monitöründen görüntülendiğinde ne kadar net gösterebilecek? Bu tam olarak sonuca odaklanan kalitenin ana göstergesidir.
Video gözetim endüstrisi genellikle bu yaklaşımı kullanır. Kameranın çözünürlüğü televizyon hat sayısı ile yani kameranın monitörde sağlayabileceği vuruş sayısı ile ölçülmüştür. Ne kadar çok vuruş görürseniz, kameranın gerçek dünyadan çektiği ayrıntıları o kadar çok görebilirsiniz - bir kişinin özellikleri, araba numaraları vb.
Bu yaklaşımın sınırlamaları nelerdi? Aslında, her şey oldukça basittir. Gerçek şu ki, kameraların çözünürlüğü, yani monitördeki satır sayısı, her zaman iyi aydınlatma koşullarında ölçülmüştür. Ancak, üzerine güneş parlıyorsa kameranın aynı görüntü kalitesini üretemeyeceğini veya tam tersi bir aydınlatma olmayacağını söylemeye gerek yok. Ardından, elbette, çekim kalitesi önemli ölçüde bozulur. Diğer bir ek zorluk, çekim kalitesini değiştirmek için belirli bir algoritmayı ölçmenin imkansız olmasıdır, tüm kameralar için değişiklikler farklı olacaktır.
Teorik olarak, bu yaklaşım bir kameranın kalitesini ölçmek için kullanılabilir, ancak gerçekte elde edilmesi neredeyse imkansız olan yalnızca ideal koşullar altında doğru bir sonuç gösterdiğini unutmayın.
Çoğu video gözetim sisteminin dönüştürüldüğü günümüzde, üreticiler de çekimin genel kalitesinin kalitesini ölçmeye çalışıyor. Bunu yapmak için, video kameranın matrisindeki fiziksel piksellerin sayısını saymanız yeterlidir. Bir video kameranın ne kadar çok piksel üretebildiği (tıpkı televizyon hatlarının sayısına odaklandıkları gibi) genel olarak kabul edilir, görüntü kalitesi o kadar yüksek olur.
İdeal koşullar altında gerçekleştirilen klasik kamera çözünürlüğü ölçümüne benzer şekilde, üreticiler hala çekim kalitesini etkileyebilecek sorunları görmezden gelmeye devam ediyor.
Elbette bazı istisnalar vardır, ancak çoğu durumda aydınlatma ne kadar kötü olursa, çekim kalitesi o kadar düşük olur ve kameranın gerçek çözünürlüğü o kadar düşük olur. Örneğin, daha iyi görüntü işleme teknolojisi sayesinde nispeten düşük piksel sayısına sahip kameralar, hem parlak güneş ışığında hem de geniş dinamik aralıklı aydınlatma koşullarında çok daha iyi görüntü kalitesi sağlayabilir.
Ancak buna rağmen, artık piksel sayısı, video gözetim cihazlarının ana özelliklerinden biri olarak kabul ediliyor. Tüm bu sınırlamalara rağmen, çözünürlükten bahsederken çoğu zaman profesyonellerin bile çözünürlüğün kendisini değil piksel sayısını kastettiğini her zaman hatırlamalısınız. Ayrıca, çözme gücü kendini başka biçimlerde de gösterebilir.
Eşit koşullar altında, kameranın çözünürlüğü (piksel sayısı) ne kadar yüksek olursa, maliyeti de o kadar yüksek olacaktır. Ve bir kameranın birçok özelliği olabilse de, düşük ışıkta veya yüksek dinamik aralıkta görüntü kalitesinin büyük ölçüde değişebileceğini her zaman unutmayın.
Tablo, mevcut güvenlik pazarında en yaygın olarak bulunan CCTV kameralarının çözünürlüklerinin örneklerini göstermektedir:
Geliştirme Direktör Yardımcısı Andreev Kuzma.
CCTV sistemleri için metodolojik rehber
N.V. Budzinsky, A.G. Zaitsev, A.Ş. Gonta, A.A. Mihaylov
CCTV lensi, bir video kameranın ışığa duyarlı elemanı üzerinde bir görüntü oluşturan optik bir sistemdir.
Pirinç. 1 Mercek düzeni
Lens bir ön lens grubu, bir diyafram açıklığı ve bir arka lens grubundan oluşur. Lenslerden birinin kesiti Şekil 2'de gösterilmektedir. bir.
Lensler ya küreseldir ya da küresel değildir. Bu lenslerin her biri kaplanmış veya sıradan optiklere sahip olabilir.
Küresel lensler, üretimi ucuz ve üretilebilir olan küresel lenslerden yapılmış olmaları nedeniyle daha yaygın hale gelmiştir.
Bununla birlikte, dezavantajları vardır - görüntü kalitesini (çözünürlüğü) bozan ve olası maksimum diyafram açıklığını sınırlayan küresel sapmalar (bu tür lenslerin F sayısı genellikle F1.2 - F1.4'tür).
Küresel olmayan bir mercek, ön merceğin görünümünde küresel merceklerden dışa doğru farklılık gösterir. Bu tür lensler, F0.75 - F0.8 arasında bir F değerine sahip olmalarını sağlayan ihmal edilebilir miktarda sapma bozulmasına sahiptir. F sayısının bu kadar küçük bir değeri, video kameraya geçen ışık akısında ortalama olarak üç kat artışa izin verir.
Asferik optiklerin kullanımı, gözlem alanındaki aydınlatma eksikliğinin başka bir şekilde doldurulamadığı durumlarda da haklıdır.
Küresel ve küresel olmayan lensler kaplanmış optiklere sahip olabilir. CCD matrisine giden ışık akısının yolundaki ışık saçılımını azaltır. Mercekteki ışık saçılımını azaltmak için hava ile temas eden mercekler özel bir kaplama ile kaplanır ve bu tür merceklere "aydınlanmış mercekler" denir.
Video kameranın CCD matrisine giren ışık miktarını kontrol etmek için tasarlanmıştır. Diyafram, sayısı 3 ila 20 arasında olabilen yapraklardan oluşur. Diyaframda ne kadar fazla yaprak varsa, diyaframın açıklığı daireye o kadar fazla yaklaşır ve böylece CCD üzerinde eşit şekilde aydınlatılmış bir ışık noktası oluşturur. Açıklık ölçeği standartlaştırılmıştır ve aşağıdaki göreli açıklıklar dizisini oluşturur:
1:0,7; 1:1; 1:1,4; 1:2; 1:2,8; 1:4; 1:5,6; 1:8; 1:11; 1:16; 1:22; 1:32; 1:45; 1:64.
Göreceli açıklıkların farklı değerlerine sahip iris diyaframının görünümü, Şek. 2. Göreceli açıklıkların paydalarına (2; 2.8; 4; 5.6) açıklık sayıları denir.
Pirinç. 2 Farklı diyafram oranlarına sahip iris diyaframının görünümü
Açıklık değeri aşağıdaki gibi parametreleri etkiler:
- sapma - diyafram ne kadar küçükse, sapma seviyesi o kadar düşük ve çözünürlük o kadar yüksek, ancak sadece belirli bir sınıra kadar (genellikle 1:8 - 1:11), sonra kırınım etkisinden dolayı çözünürlük tekrar düşer;
– alan derinliği – delik ne kadar küçükse, alan derinliği o kadar büyük olur.
Ne yazık ki, CCTV'de kullanılan lenslerde açıklık değerini, lens namlusunda açıklık ölçeği olmadığı için belirlemek mümkün değildir.
Diyafram kontrolü ile CCTV lensleri Şekil 2'ye göre gruplara ayrılabilir. 3.
Pirinç. Diyafram kontrolüne göre 3 lens grubu
İrissiz lensler yalnızca otomatik elektronik obtüratöre (Deklanşör) sahip video kameralarda kullanılır.
Diyafram lensleri manuel iris lensleri ve otomatik iris lensleri olarak ikiye ayrılır.
Sürekli ışık alan mekanlarda (yapay aydınlatma bulunan iç mekanlarda) manuel iris lensleri kullanılır. Bu tür lensler dış mekanlarda da kullanılabilir, ancak otomatik elektronik deklanşör moduna sahip kameralarla.
Otomatik irisli lensler, video kameradan gelen sinyallerle ışık çıkışını kontrol eder. Bu tür lensler, aydınlatmada büyük farklılıklar olduğu durumlarda kullanılır ve video kameraya bağlı bir konektöre sahip bir kablo varlığında diğer lenslerden dışa doğru farklılık gösterir.
Video kameradan gelen kontrol sinyallerine göre otomatik iris lensleri şu şekilde ayrılır:
– değişen video sinyaline göre açıklık kontrolü (Video Sürücüsü);
– doğru akım diyafram kontrolü (Direct Drive).
Video sinyali ile diyafram kontrolü (Video Drive), video sinyalinin analizinin ve iris motorunun kontrolünün lenste bulunan özel bir cihaz tarafından gerçekleştirilmesi anlamına gelir.
DC diyafram kontrolü (Direct Drive), diyafram konumu karar devresinin video kamerada bulunduğu ve lensin aktüatör olarak sadece bir motoru olduğu anlamına gelir.
Video sinyali ile diyafram kontrollü lenslerin gövdesinde iki adet ayar elemanı bulunmaktadır. Bunlar "Seviye" ve "ALC" olarak belirlenmiştir.
"Seviye" ayarı, lens elektronik devresinin çalışma modunu gerçek aydınlatmaya göre ayarlamak için kullanılır. "Seviye" düğmesini çevirerek, diyafram değerini yapay olarak değiştiriyoruz. Ekranda "Seviye" düğmesinin konumunun değiştirilmesi, görüntünün parlaklığında bir değişiklik olarak algılanır.
ALC kontrol cihazının iki kontrol alanı vardır. Bunlar, ortalama değerlerin alanı ("A" ile gösterilir) ve tepe değerlerinin alanıdır ("P" ile gösterilir).
ALC kontrolü, yüksek kontrastlı sahnelerde arka ışığı ortadan kaldırmak için kullanılır.
DC diyafram kontrollü (Direct Drive) lenslerin gövdelerinde herhangi bir ayar yoktur. Bu tür lenslerin ayarlanması, zaten bildiğimiz "Seviye" ve "ALC" ayar kontrollerine sahip olması gereken bir video kamerada gerçekleştirilir.
Lenslerdeki otomatik iris, video kameranın, nesne üzerindeki değişikliğinden bağımsız olarak CCD matrisi üzerinde sabit bir aydınlatma seviyesine sahip olmasını mümkün kılar. Bu sorunu çözmek için otomatik bir açıklık, bir açıklık kontrol cihazı ve CCD tabanlı bir aydınlatma seviyesi analiz birimi içermelidir. Diyafram kontrol elemanı olarak minyatür bir elektrik motoru kullanılır ve CCD üzerindeki aydınlatma, video kamera tarafından üretilen video sinyalinden tahmin edilir. Nesne üzerindeki aydınlatma seviyesini CCD'deki izin verilen aydınlatma seviyesine bağlamak için lens üzerinde bir "Seviye" ayarı vardır. Bu ayar doğru yapılmazsa, monitördeki görüntü ya çok karanlık ya da görüntünün bazı kısımları aşırı pozlanacak kadar parlak olabilir. Bu nedenle, “Seviye” kontrolünün doğru konumu, kontrol döndürüldüğünde görüntünün aşırı pozlamadan normal hale geldiği şekilde düşünülebilir. Böyle bir ayardan sonra, nesne üzerindeki aydınlatma ne olursa olsun, açıklık, CCD üzerindeki aydınlatmanın izin verilen maksimum düzeyde olacağı bir pozisyon alacaktır (detaylar için, "Lensi Ayarlama" bölümüne bakın).
Pirinç. 4 Otomatik iris nasıl çalışır?
Otomatik irisin nasıl çalıştığına bir göz atalım. Video kameranın önüne (Şekil 4a) farklı parlaklıktaki bantlardan oluşan bir test masası yerleştirelim. Video kameraya bir monitör bağlarız ve test tablomuz ekranda altı parlaklık derecesi şeklinde gösterilecektir (Şekil 4b). İkinci monitör çıkışına bir osiloskop bağlayın ve bir satırı gösterecek şekilde ayarlayın. Osiloskop ekranında, test tablosunun görüntüsü altı eşit aralıklı adım şeklinde gösterilecektir (Şekil 4c). Alt basamak, test tablosundaki siyah şeride, üst basamak ise beyaz şeride karşılık gelir. Aralarındaki adımlar, ara parlaklık derecelerini iletir. Anlaşılır olması için, osilogramın sağ tarafında ilgili adımların parlaklığına sahip dikey bir şerit gösterilmektedir.
Şimdi, herhangi bir nedenle, test grafiğimizdeki beyaz bandın parlaklık seviyesinin önemli ölçüde arttığını hayal edelim. Video kameranın girişindeki parlaklıktaki böyle bir artış, çıkış sinyalinde de (Şekil 5a), beyaz bandın “beyaz seviyesine” göre önemli ölçüde artmış bir genliği şeklinde mevcut olacaktır. Bu nedenle, otomatik iris hemen diyaframın açıklığını azaltmaya başlayacak ve böylece çıkış sinyalinin genliğini, beyaz bandın genliğinin video sinyalinin "beyaz düzeyine" döneceği bir değere düşürecektir (Şekil 5b). ).
Pirinç. Beyaz ve siyah çubukların 5 parlaklık seviyesi
Ancak beyaz bandın genliğinde bir azalma ile, diğer tüm parlaklık derecelerinin seviyeleri de orantılı olarak azalır. Sonuç olarak, ekranda tek tip bir parlaklık değişikliği ile altı tonlama yerine, ekranın çoğunun siyahlaştığı üç tonlama elde ederiz (Şekil 5c). Bu durum, kameranın yüksek kontrastlı sahnelerde çalıştığı, ön plandaki gözlem nesnesinin karanlık bir nokta olduğu ve arka planın parlak bir şekilde aydınlatılmış bir arka plan olduğu durumlarda tipiktir.
ALC regülatörü bu durumu kısmen düzeltebilir. Döndürerek, merceğin otomatik irisini çerçevedeki parlak bir alanı “yok saymaya” ve hatta ekranın bu yerde aşırı pozlanmasına izin vermeye zorlarız. Ancak "Seviye" ve "ALC" kontrollerini değiştirerek orijinal parlaklık derecelendirmelerinin çoğunu kaydedebileceğiz.
Nesne üzerindeki aydınlatma, tüm parlaklık dereceleri için aynı şekilde değiştiğinde, otomatik diyafram bunları çalıştırır ve monitörde herhangi bir değişiklik fark etmeyiz.
Ancak, ALC kontrolünün nasıl ayarlandığına bağlı olarak diyafram açıklığının değerini değiştirmeye başladığını belirtmekte fayda var. Kontrol "A" olarak ayarlanırsa, diyafram değeri yalnızca çerçevenin çoğunda (genellikle çerçevenin yarısında) aydınlatma değiştiğinde değişecektir.
ALC kontrolü "P" olarak ayarlanmışsa, diyafram aydınlatmadaki değişikliği piksele kadar takip eder.
Bir merceğin çözümleme gücü, bir optik sistemin, görüntülenen nesnelerin çok küçük, yakın aralıklı ayrıntılarının ayrı görüntülerini üretme yeteneğini karakterize eden ana parametredir. Çözünürlük, optik görüntünün 1 mm'si başına maksimum vuruş (çizgi) sayısına nicel olarak eşittir ve bu görüntüde ayrı olarak görünür. Bir merceğin çözünürlüğü 1 mm'de satır (lpm) veya 1 mm'de satır çifti (lp/mm) olarak ölçülür ve her zaman görüntünün merkezinde daha büyük ve kenarlarda daha küçüktür. Görüntünün kenarlarındaki çözünürlük düşüşü, lenste kenarlardaki değeri her zaman merkezden daha büyük olan sapmaların varlığından kaynaklanır. Sapma (küresel ve kromatik), mercekten geçen ışık ışınlarının bir noktada toplanmaması (odaklanma), ancak büyük bulanık (keskin olmayan) bir daire oluşturması gerçeğinden oluşan merceğin bir dezavantajıdır (Şek. 6).
Pirinç. 6 Sapmaların çözünürlük üzerindeki etkisi
Bu etkinin nedeni, farklı dalga boylarına (farklı renklere) sahip ışık ışınlarının objektifin merceğinde farklı açılarda kırılmasıdır. Sonuç olarak, tek bir noktada (odak) birleşmek yerine, her biri kendi odak noktasından geçerek CCD üzerinde keskin olmayan, bulanık bir daire oluşturur. Ancak her türlü sapma giderilse bile çözünürlük yine de maksimum değerine ulaşamaz. Bunun nedeni kırınım olacaktır. Mercekteki kırınım, 1:8, 1:11 göreli bir açıklıktan başlayarak küçük açıklıklarda meydana gelir. Bu durumda, ışık ışınları diyaframın kenarlarına yakın geçer, etraflarında bükülür, kırınım halkaları veya şeritler oluşturur. Bu, görüntünün kontrastında ve çözünürlüğünde bir azalmaya neden olur. Kırınım aslında sadece diyafram açıklığının çapına değil, aynı zamanda odaklanmayacağımız diğer faktörlere de bağlıdır.
CCTV sisteminin ilk elemanı olan lens, tüm video yolunun çözünürlüğünü belirleyecektir. Bu nedenle, bir video kamera seçerken, lensin hangi çözünürlüğe sahip olması gerektiğini ve satın almanın mümkün olup olmadığını belirlemeniz önerilir.
Gerekli lens çözünürlüğü yaklaşık olarak aşağıdaki formülle belirlenebilir:
Q=N/(1.5*L),
burada: Q, merceğin çözünürlüğüdür (lp/mm),
N, video kameranın (TV hattı) çözünürlüğüdür,
L, CCD dizisinin genişliğidir (mm).
Bu formüle dayanarak, TV hatlarında bilinen bir çözünürlüğe sahip herhangi bir CCD kamera formatı için izin verilen minimum lens çözünürlüğünü belirlemeye yardımcı olacak bir grafik oluşturuldu (Şekil 7).
Pirinç. 7 TV hatlarında bilinen bir çözünürlüğe sahip bir video kameranın CCD matrisinin herhangi bir formatı için lensin izin verilen çözünürlüğünü belirleyen grafik
Kontrast (Fransız kontrastından - zıt), nesnenin parlaklığı ile arka plan arasındaki farkın maksimum değere normalleştirilmiş oranıdır. Kontrast değeri sıfırdan bire değişir.
Video ekipmanı ve lensleri test ederken kontrast neden önemli bir husustur? Her şeyden önce, çünkü monitördeki görüntü orijinalle, yani gözlem nesnesiyle eşleşmelidir. Bu, nesnenin beyazdan siyaha tüm yarı tonlarının bozulma olmadan görüntüleme cihazlarına iletilmesi gerektiği anlamına gelir. Ama gerçekte bu olmaz.
Video yolundaki her öğe yarı tonları bozar ve bu da kontrastta bir azalmaya yol açar. Yarı tonlarda ortaya çıkan bozulma derecesi büyük ölçüde görüntü öğelerinin uzamsal boyutlarına bağlıdır. Uzamsal boyutlar ne kadar küçük olursa, yarı tonların bozulması o kadar güçlü olur. Sonuçta, kontrast o kadar azalır ki, iki bitişik renk arasında ayrım yapmak imkansız hale gelir. Ekipman nesnenin orijinal kontrastını ne kadar çok korursa, görüntünün monitörde o kadar fazla yarı ton "çizilir".
Bir lensin kontrastı nasıl bozduğunu test ederken, modülasyon kazancı belirlenir. Bu amaçla, değişen beyaz ve siyah çizgilerden oluşan özel bir dünya kullanılır (Şekil 8). 1 mm'deki satır sayısı farklı olabilir. Dünyalar kağıt üzerinde test tabloları şeklinde olabileceği gibi özel cihazlarla oluşturulmuş hafif bir görüntü şeklinde de olabilir.
Pirinç. 8 Modülasyon kazancının belirlenmesi
Geleneksel objektif test hedefleri, modülasyonu bire eşit olan 10, 20 ve 40 lp/mm'ye sahiptir. Merceklerde modülasyon, merceğin merkezinden çevreye azalması olarak ölçülür.
Optikte bir satırın iki satırdan (siyah ve beyaz) oluştuğunu ve lp/mm ile gösterildiğini hatırlatmama izin verin. lpm gösterimi verilirse, bu durumda siyah ve beyaz çizgiler iki olarak sayılır.
Test sırasında hedefler, test edilen cihazın önüne farklı şekillerde yerleştirilebilir (Şekil 9). Dünya yarıçap vektörü (1) boyunca yerleştirilirse, dünyanın böyle bir düzenlemesine teğet veya meridyen denir. Dünya dik (2) olarak yerleştirilmişse, konum radyal veya sagital olarak adlandırılır.
Pirinç. 9 Test dünyaları
Bugüne kadar, lenslerin optik kalitesini değerlendirmenin ve karşılaştırmanın en bilgilendirici yolu, MTF karakteristiğinin (Modüler Transfer Fonksiyonu) yardımıyladır. Rusya'da buna modülasyon transfer fonksiyonu (MTF) denir. Ülkemizde görüntü değerlendirmesi için MTF 40 yıldan fazla bir süre önce kullanılmaya başlandı. Bu terim günümüzde sıklıkla kullanılmaktadır. FPM terimi ilk olarak SSCB'de kabul edildi ve GOST 2653-80'de yasal olarak onaylandı.
MTF'nin anlamını açıklamanın belki de en iyi yolu, müzik eserlerini yükseltmek için tasarlanmış sıradan bir düşük frekanslı amplifikatör örneğidir.
Herhangi bir düşük frekanslı amplifikatör, özelliği olarak, yüksek frekanslarda doğal bir tıkanıklığa sahip olan bir frekans yanıtına (genlik-frekans yanıtı) sahiptir. Bu müzik severler için ne anlama geliyor? Bunun anlamı şudur: Spektrumun yüksek frekanslı bir bileşeni amplifikatörün girişine bir seviye ile gelirse, müziksever bu frekans bileşenini spektrumdaki diğer bileşenlerle aynı seviyelerde duymak ister. amplifikatörün girişine beslenir.
Ancak amplifikatör yolu, bu frekanstaki sinyal seviyesini önemli ölçüde düşürmesi anlamında yüksek frekans bileşeninin bu seviyesini bozdu.
Sonuç ne: Müzik aşığı, seslerin orijinal olan yanlış armonisini dinler. Seslerin uyumunu, amplifikatörün frekans yanıtına tam olarak uygun olarak oluşturduğu seviyelerle duyar.
Sonuç olarak, frekans yanıtı, amplifikatörün bir özelliğidir ve amplifikatörün girişine çarptığı ana kadar sinyale ne olduğu ile ilgisi yoktur.
Modülasyon transfer fonksiyonu, frekans cevabı ile aynıdır. Tüm video yolu veya içindeki herhangi bir öğe için olabilir.
Ancak, tıpkı frekans tepkisi gibi, FPM, merceğin görüş alanına giren arsanın ilk kontrastının video yolunu nasıl kötüleştirdiğini gösterir (çünkü video yolunun ilk öğesidir).
Yüksek çözünürlüklerde veya sahnedeki görüntü öğeleri küçük olduğunda, video yolu, MTF'sine uygun olarak kontrastlarını düşürür. AFC ile tamamen aynı.
Yani, arsada beyaz gömlek üzerindeki çizgiler siyahsa, monitörde açık gri olacaktır. Ve gömlek beyaz değilse, monitörde çizgileri göremeyebiliriz. (Çizgileri görmezsek, o zaman cismi tarif ederek, onun kıyafetlerinin unsurları hakkında güvenilmez bilgiler veririz.)
Bu, CCTV için çok tatsız bir sonuca yol açar: Video kameranın önündeki sahnedeki nesneler çok çeşitli yarı tonlara veya parlaklık derecelerine sahip olduğundan, FPM yüksek uzamsal frekanslarda bloke edildiğinde, hakkında çok fazla bilgi kaybederiz. nesnelerin detayları ve genel olarak arsa hakkında monitörler.
Yazarın notu . Ne yazık ki, şimdiye kadar CCTV modülasyonu genellikle kontrast ile karıştırılmaktadır. Bu nedenle CCTV literatüründe kontrast kaydı için çeşitli seçenekler bulabilirsiniz: örneğin 700 veya 700:1 gibi. Diğer yazarlar, bunun iki parlaklık derecesi arasında küçük bir fark olduğunu savunarak %10'luk bir kontrast verir. Ayrıca 0.01 şeklinde bir kayıt ve bunun çok yüksek bir kontrast olduğu ifadesi de bulabilirsiniz. Tüm bu doğru ve yanlış seçeneklerde en tatsız olan şey, aynı cihazı düşünen farklı yazarların sonuçlarını karşılaştırmanın imkansız olmasıdır. Bu belirsizliği ortadan kaldırmanın tek yolu, "kontrast" veya "modülasyon" parametresinin mutlak bir değer değil, maksimum seviyeye normalize edilmiş göreceli bir değer olmasıdır. Çalışmamızda kontrast ve modülasyonu şu şekilde tanımlıyoruz:
Kontrast ve modülasyon için bu formüller, optik ve ilgili bilimlerle ilgili tüm klasik yayınlarda verilmektedir.
Modülasyon ve kontrast ve dolayısıyla MTF ve MTF arasındaki fark nedir? (MTF - Modülasyon Transfer Fonksiyonu. MTF - Frekans Kontrast Tepkisi)
MTF ve MTF, fiziksel anlam açısından kesinlikle farklı şeylerdir. MTF, ortalama değere göre parametrenin (kontrastın) değiştirilmesi anlamına gelen modülasyondur. Örneğin: bir adam evin duvarının arka planına karşı duruyor. Görünüşe göre, kişinin duvarın arka planına karşı nasıl kontrast oluşturduğuyla ilgileniyoruz ve FPM bize, kişinin duvarın arka planına karşı değil, duvar ile duvar arasındaki parlaklığın ortalama değerinde nasıl kontrast oluşturduğunu gösterecek. kişi. Video gözetim sistemlerinde, nesnenin arka plana göre kontrastı ile ilgileniyoruz. Bu nedenle, CCTV'de, modülasyonun değil, kontrastın bağımlılığını gösteren bir özellik kullanmanız gerekir. Bu özellik CCH'dir.
Ancak kontrast ve modülasyon arasında, bir parametreyi diğerinden bulmanızı sağlayan sıkı bir ilişki vardır.
Gelecekte, materyali sunarken, okuyucuların en çok bildiği parametre olarak MTF'yi kullanacağız.
MTF'yi ölçerken optikleri test etmenin anlamı, orijinal (test tablosu) ile karşılaştırıldığında, lens tarafından oluşturulan görüntünün modülasyonundaki düşme derecesini belirlemektir. Mercek çok iyiyse, görüntü hem netlik hem de kontrast açısından orijinalinden çok az farklılık gösterir, bu da böyle bir merceğin MTF değerinin her zaman 1'e (veya aynı olan %100'e) yakın olacağı anlamına gelir. Modülasyon azaltıldığında, görüntü daha bulanık görünecek, yani netliğini kaybedecektir. MTF'nin grafikleri, maksimum diyafram açıklığında merceğin merkezinden farklı mesafelerde görüntü modülasyonundaki azalmanın bağımlılığını gösterir. Optikte, lensleri MTF'lerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırmak gelenekseldir:
1) FPM, %70 ila %100 aralığındadır - iyi bir lens;
2) FPM %30'a düşer - tatmin edici bir lens;
3) %30'un altındaki FPM kötü bir lenstir.
İki hedefin FPM'sini (Şekil 10) düşünün. Birinci mercek (eğri 1), merceğin orta kısmında iyi bir modülasyon değerine sahiptir. Ancak kenarlara doğru görüntü kalitesi (modülasyon) oldukça düşüyor.
Pirinç. İki nesnenin 10 FPM'si
İkinci mercek (eğri 2) merkezdeki ilk mercekten daha aşağıdadır. Modülasyondaki fark %15'e kadardır. Ancak öte yandan, bu merceğin oluşturduğu görüntü, merceğin tüm alanı boyunca aynıdır. Bu durumda MTF eğrisi biraz düzensizdir, ancak eşitsizlik küçüktür.
En iyi lens nedir? Tek bir cevap yok. Muhtemelen, her şey bu merceğe atanan göreve bağlıdır, ancak bir şey açıktır ki, çerçevenin çevresel kısmında 2 numaralı merceğin nesne algılama aralığı, nesnenin arka plana göre kontrastı olduğundan çok daha yüksektir. daha büyük.
Bu lense sahip bir kameranın temel amacı, operatöre veya dijital video gözetim sistemine mümkün olan en iyi nesne algılamasını sağlamaksa, ikinci lens tercih edilir.
Bu tür grafikler artık tüm geliştirilmiş lensler için hesaplanıyor, ancak tüm üreticiler bunları potansiyel bir alıcıya göstermenin gerekli olduğunu düşünmüyor.
Schneider'in web sitesine koyduğu lensin FPM özelliklerini ele alalım. Kullanıcıya hangi bilgilerin sağlanması gerektiği konusunda daha fazla bilgi edinmek isteyenler http://www.schneideroptics.com/photography/digital_photography/digitar/47/page5.php adresini ziyaret edebilirler. Farklı şirketlere ait fotoğraf lensleri için çeşitli FPM'ler http://www.riddle.ru/?page=articles/lens adresinde bulunabilir.
Şek. Şekil 11, 5.6 açıklığa ve 10, 20 ve 40 lp/mm uzamsal çizgi frekansına sahip bir merceğin MTF özelliğini göstermektedir. Böyle bir lensin sahibi bu grafiklerden hangi bilgileri alabilir?
Pirinç. 11 lens FPM'si
1. Görüntünün merceğin orta kısmında bile modülasyonu %100'e ulaşmıyor ve çizgilerin uzaysal frekansı 40 lp/mm'ye yükseldikçe %70'e düşüyor.
2. Merceğin çevresel kısmındaki görüntü modülasyonu, mercek nesnenin küçük öğeleriyle çalıştığında önemli ölçüde ve daha büyük ölçüde bozulur.
Görüntü merceğin çevresel alanına ne kadar yakınsa, bozulma o kadar belirgin hale gelir. Ve kontrastı dünyadakinden çok daha az olan gerçek bir görüntüden bahsettiğimiz durumlarda, o zaman merceğin çevresinde tek bir tonda birleşecekler, bu da nesnenin detayları hakkında çok önemli bilgiler anlamına geliyor. kaybolacak.
Ne yazık ki, tüm bu özellikler sadece fotoğraf lenslerinde bulunabilir. CCTV'de kullanılan lensler için bu tür özellikleri bulmak mümkün olabilir ama ben bulamadım. Üreticilerinin CCTV lenslerinin özelliklerini kastediyorum.
Fotoğrafta lens ve film dışında kameranın görüntü kalitesini düşüren hiçbir unsuru yoktur. Ve çözünürlüğün milimetre başına satır cinsinden boyutu, hem lens hem de film fotoğrafçılara uygundur. CCTV'de lens, tüm video yolunun çözünürlüğünü etkileyen tek unsur değildir. Bir video kamera, video sinyali işleme cihazları, bir monitör ve bir RF kablosunun yanı sıra bir lensin kendi çözünürlükleri vardır. Ancak video ekipmanının çözünürlüğü esas olarak televizyon hatlarında (TVL) tahmin edilmektedir. Bu anlamda lens, TV hatlarındaki ekipmanların çözünürlüğünü değerlendirmek için televizyonda yerleşik boyutun dışına çıkmaktadır. Bu durum video yollarının tasarımında önemli zorluklar yaratmaktadır. Bu nedenle çalışmamızda televizyon hatlarında geleneksel olarak merceğin çözünürlüğünü belirliyoruz. Bu yaklaşıma bağlı kalarak, aşağıda ele alınacak olan lenslerin MTF grafikleri, modülasyonun televizyon hatlarının sayısına bağlı olarak oluşturulmuştur.
Bu tür PPM'leri oluşturmak için, beyaz ve siyah şeritlerin değişken uzaysal tekrarlama oranına sahip dünyalar kullanılır (Şekil 12).
Pirinç. Değişken uzaysal frekanslı beyaz ve siyah çizgili 12 dünya
Şek. 13, iki tanınmış şirkete ait lenslerin orta bölgesindeki MTF özelliklerini göstermektedir.
Pirinç. İki tanınmış şirketin lenslerinin orta bölgesinde 13 MTF özelliği
Yukarıdaki lens sınıflandırmasına göre, bir lens kullanmanın makul olduğu durumlarda %30'luk bir MTF sınırdır. Özellikleri Şekil 2'de gösterilen lensler için. 13'te gösterildiği gibi, %30 FPM seviyesi, 420–470 TV satırı video kameralarının maksimum çözünürlüğüne karşılık gelir, yani bu tür kameraların bu lenslerle çalışması mümkündür.
Yüksek çözünürlüklü kameralar için bunlar zayıf lenslerdir ve kullanılmamalıdır.
Ancak, bir lensin modülasyonu %60'ın biraz üzerinde düşük TVL değerlerinde iletirken, ikinci lensin %100'e yakın olduğunu unutmayın. Bu nedenle, FPM'si %100'e yakın olan bir lens, maksimum parlaklık dereceleri, yarı tonlar ile bir görüntü oluşturmada çok daha iyi olacaktır.
Lensleri MTF'lerinin analizine başvurmadan karşılaştırmak için “netlik” parametresi veya gerçek çözünürlük kullanılır. Lensin netliği, MTF seviyesindeki TV satırlarının sayısı = 0,5'e karşılık gelir ve aşağıdaki gibi yazılır:
FPM (0,5) = 180 TV satırı - üst grafik,
FPM(0.5) = 360 TV satırı - alt grafik.
Bir lensin “netlik” özelliği ile lensleri karşılaştırmak ve en iyi özelliklere sahip olanı seçmek zor olmayacaktır.
Netlik değeri ne kadar yüksek olursa, lens o kadar iyi olur.
Modülasyonun 0,07–0,1 seviyelerine düşürülmesi, merceğin maksimum çözünürlüğüne karşılık gelir. Üst grafik için maksimum çözünürlük 660 TV satırı ve alt grafik için sadece 480 TV satırıdır. Ve ikinci merceğin birinciden daha düşük bir çözünürlüğe sahip olmasına rağmen, bu mercek 420-470 TV satırı çözünürlüğe sahip kameralar için çok daha iyi. Ve avantajı, yalnızca lensin modülasyonunun, 0,6'dan biraz daha fazla olduğu ve netliğin FPM (0.5) = 360 TV satırında olduğu birincisinin aksine, 1'e yakın olması gerçeğinde yatmaktadır. Bu nokta çok önemlidir, çünkü yüksek sınırlayıcı çözünürlük her zaman oluşturulan görüntünün aynı yüksek kalitesine karşılık gelmez.
Şimdi MTF grafiklerinin nasıl yorumlanacağı hakkında biraz.
1. MTF değerleri %100'e yakınsa, görüntü son derece keskin ve kontrastlı olacaktır.
2. FPM'si %70-80 ve üzeri olan lenslerin kalitesi profesyonel bir seviye için oldukça yeterli. FPM grafiği %30'un altına düşen bir lens almamak daha iyidir.
3. Sık saçaklı hedefler bölgesinde elde edilen yüksek MTF değerleri (yüksek TVL değerleri), görüntünün daha büyük bir diyagonal ile monitörlerde görüntülendiğinde bile, ince detayların iyi detaylandırılmasıyla keskin olacağını gösterir.
4. Nadir görülen saçakları olan (100 TV satırına kadar) hedefler için %100'e yakın MTF değerleri, merceğin yüksek kontrastını ve sonuç olarak, onu kullanarak elde edilen görüntünün yüksek kontrastını gösterir.
5. İyi bir MTF performansı ile, nadiren şerit takibi ile, şeritleri sık takip eden bir grafik düşük TVL değerleri bölgesinde yer alıyorsa, o zaman incelenen lensin iyi kontrastlı görüntü netliği ile ilgili sorunları vardır, bu özellikle fark edilir olacaktır. büyük diyagonal monitörler ile.
6. Lens sadece görüntünün merkezinde değil, çevresinde de yüksek FPM değerleri gösteriyorsa, böyle bir lensin netliği geniş bir çerçeve alanında ve büyük ekran boyutlarında iyi olacaktır.
7. Sagital ve teğetsel hedef yönelimleri için MTF grafikleri birbirinden ne kadar yakın geçerse, bu lens için astigmatizma o kadar iyi düzeltilir ve bu nedenle, bulanıklık bölgesindeki görüntünün bulanıklaşması daha doğal ve “yumuşak” olacaktır.
8. Ve son olarak, maksimum nispi diyafram açıklığında ve f / 8 - f / 11 diyafram açıklığında merceğin FPM'sinin grafiklerini karşılaştırarak, diyaframdaki bir azalmanın çözünürlüğü ne kadar artırdığı sonucuna varabiliriz.
Çalışması sırasında lensteki kontrast düşüşü, lensin ön lensinin yandan aydınlatmasından da kaynaklanabilir.
Lensin yeteneklerini yüzde 100 kullanmak için, çalışması için en iyi özelliklerini gerçekleştirebileceği koşulları yaratmak gerekir. Bunu yapmak için, sapma ve kırınımın çok belirgin olmadığı diyafram aralığını seçmeniz gerekir. Yanlardan gelen ışık ışınlarının ön merceğin yüzeyini aydınlatmadığından emin olun ve video kamera çok sayıda aydınlatma cihazının bulunduğu bir odaya kuruluysa, hermetik kutunun veya kaputun vizörünü kullanın. Ve elbette, akşamları ve geceleri gözlem sektörünün iyi düşünülmüş aydınlatmasıyla otomatik deklanşör modunu kullanın.
Bu paragrafın materyalini sunarken şu terimler kullanıldı: netlik, netlik ve bulanıklık. Bununla ne kastedildiğinin açık bir şekilde anlaşılması için bu kavramların formülasyonlarını vereceğim.
keskinlik- siyahtan beyaza bir parlaklık farkıyla geçiş bölgesinin genişliğini belirleyen görüntü özelliği. Bu alan ne kadar geniş olursa, keskinlik o kadar kötü olur. Keskinlik, geçici tepki tarafından belirlenir veya bazen sınır eğrisi olarak adlandırılır. Bu, Bölüm 3.3'te ayrıntılı olarak tartışılacaktır. Geçiş karakteristiği".
Tanım:
Gerçek çözünürlük açısından ekipmanı karşılaştırmak için kullanılan karakteristik.
bulanıklık- parlaklık geçişini biçimlenmemiş sınırları olan geniş bir bulanık bölge olarak tanımlayan görüntü özelliği. Bu, Bölüm 3.3'te ayrıntılı olarak tartışılacaktır. Geçiş karakteristiği".
Odak uzaklığına göre lensler ayrılır:
– Sabit odak uzaklığına sahip lensler;
- manuel olarak değiştirilebilen odak uzaklığına sahip lensler - "değişken lens";
- kontrol paneli kullanılarak uzaktan değiştirilebilen odak uzaklığına sahip lensler, - "yakınlaştırma".
Güvenlik televizyonunda odak uzaklığı, kullanıcının görüntüyü monitörde görüntülemek için sahnenin gerekli kısımlarını seçebileceği ana parametredir. Odak uzaklığı, merceğin görüş açısı ile doğrudan ilişkilidir. Objektifin odak uzaklığı ne kadar uzun olursa, görüş açısı o kadar dar olur ve bunun tersi, odak uzaklığı ne kadar kısa olursa, görüş açısı o kadar büyük olur.
Uygulamada lensler, Tablo 2'ye göre görüş açısına göre aşağıdaki gruplara ayrılmaktadır.
Tablo 2 Merceklerin görüş açısı
Kameraların görüş açılarının belirlenmesi ve operatörün bir kişiyi tespit edebileceği, ayırt edebileceği ve tanımlayabileceği mesafeler Ek'teki tablolarda verilmiştir.
Okuyucuların dikkatini, bu tablolarda verilen mesafelerin, gözlem nesnesinin arka plana göre kontrastına karşılık geldiğine (%7-8) çekiyorum. Kontrast ne kadar yüksek olursa, operatörün nesneyi algılaması o kadar uzun mesafelerde olur. Düşük kontrastta özne doğrudan kameranın önünde olabilir ancak arka planla birleştiği için tespit edilmesi çok zordur. Operatörün nesneyi arka plandan ayırt edemediği sınırlayıcı kontrast yaklaşık %2'dir. Operatör için %15'in üzerindeki kontrast, nesne algılama ve tanımlamada herhangi bir soruna neden olmaz.
Bir nesneyi "tespit etme", "ayırt etme" ve "tanımlama" terimleri R 78.36.008-99'da verilmiştir ve şu anlama gelir:
keşfetmek- arka plandan kontrol nesnesinin seçimi veya boyutlarıyla orantılı olarak birbirinden uzakta bulunan iki kontrol nesnesinin ayrı algılanması;
ayırt etmek- yakınlarda bulunan veya kontrol nesnesinin ayrıntılarını vurgulayan iki kontrol nesnesinin ayrı algılanması;
tespit etmek- kontrol nesnesinin temel özelliklerinin seçilmesi ve sınıflandırılması veya veri tabanında depolanan kontrol nesnesinin görüntüsü arasında yazışmaların kurulması.
Ancak pratikte, bir operatörün veya teknik bir cihazın bir nesneyi algılayabileceği, ayırt edebileceği ve tanımlayabileceği mesafeleri bilmek gerekir.
Algılama mesafesi - bu, operatörün monitördeki görüntüden diğer görüntü öğeleri arasında görünen nesneyi algılayabildiği, video kameradan nesneye olan mesafedir.
Görüş mesafesi - bu, operatörün monitördeki görüntüden tanımlayabileceği, video kameradan nesneye olan mesafedir:
- nesnenin giysisinin unsurları;
- nesnenin bileşimi;
- yürüyüş;
- elinde nesnelerin varlığı.
tanımlama mesafesi - bu, operatörün monitördeki görüntüden bir yabancının yüz özelliklerini tanımlayabildiği, video kameradan nesneye kadar olan bir mesafedir ve basılı fotoğraf, polis memurlarının aramasını düzenlemesine izin verecektir.
Bir merceğin f sayısı, herhangi bir merceğin gövdesinde F1.3 olarak belirtilir. Bu parametre bir açıklık değerinden başka bir şey değildir. (Açıklık sayıları, açıklık açıklığının boyutunu karakterize eder.)
F sayısı, açıklığın tamamen açık olduğu f sayısıdır. F-sayısı ne kadar büyük olursa, CCD'ye o kadar az ışık çarpar. Düşük F değerine sahip lenslere genellikle hızlı lensler veya hızlı lensler denir. Bunun nedeni, fotoğrafçılığın ilk günlerinde, lensten geçen ışık miktarını (düşük F sayısı) artırarak film pozlama süresini kısaltmaya yönelik girişimlerde bulunulmasıdır.
f-sayısı ölçeği, siz bitişik değerlere geçerken aydınlatmanın iki kez değişeceği şekilde tasarlanmıştır. Açıklık ölçeğinin bitişik bölümleri arasındaki bu fark, adım veya F-durağı olarak adlandırılır.
Hangi lensi seçmek daha iyidir: Diğer parametreler aynıysa F1.3 veya F1.4 ile? Muhtemelen tek bir cevap yoktur.
Böyle bir karşılaştırmada lensler arasındaki fark düşük ışıkta kendini gösterdiğinden, lenslerin bu koşullarda davranışlarına bakalım.
1. F1.4 daha az sapmaya sahiptir; Bu, çözünürlüğün düşük ışıkta daha yüksek olacağı anlamına gelir.
2. Aydınlatma çok düşükse, F1.3 de yardımcı olmaz - yapay aydınlatma gereklidir.
3. Zayıf aydınlatmada, güvenlik hizmetinin ilgilendiği nesnelerin karanlık bir arka plana göre kontrastı çok küçük olacaktır, bu nedenle daha iyi çözünürlüğe sahip bir lens gereklidir ve bu F1.4'tür.
Yukarıdakilere dayanarak, F1.4'lü bir lens seçerdim.
F sayısının karşılığına delik oranı denir.
Göreceli açıklık, bir açıklığın açıklık çapının odak uzunluğuna oranıdır.
Bazen, F sayısı yerine lensler, 1: 1.3 olarak yazılan açıklık oranını gösterir.
Merceğin göreceli açıklığı, değerini sorunsuz bir şekilde değiştirmenize olanak tanıyan bir iris diyaframı tarafından azaltılır. Merceklerin çerçevesinde (çoğunlukla fotoğrafik), farklı bir açıklık değerine karşılık gelen göreceli açıklıkların (f-sayıları) paydalarının bir ölçeği vardır. İris diyaframını bir bölme kadar hareket ettirmek, göreli açıklığı 1,4 kat değiştirir; bu, optik görüntünün aydınlatmasında iki kat artış veya azalma sağlar, ancak iris diyaframının ilk iki sayısı hariçtir. böyle bir değişiklik var.
Göreceli açıklığın boyutuna göre, lensler şu şekilde ayrılır:
1:0.7'den 1:2'ye kadar süperluminal;
1: 2.8'den 1: 4.5'e kadar açıklık;
1: 5,6'dan 1: 16'ya kadar düşük diyafram açıklığı.
Lens yuvası tipi (Lens Yuvası) - "C" veya "CS" - kamera ve lensin yapısal uyumluluğunu belirler.
Gerçek şu ki, CCD matrisinin konumundan objektifin arka merceğine olan mesafede farklılık gösteren iki video kamera versiyonu var. "C" ve "CS" varyantları bu mesafede 5 mm farklılık gösterir. Buna uygun olarak "C" ve "CS" yuvalı lensler de üretilmektedir. Görüntünün CCD'ye net bir şekilde odaklanabilmesi için “C” kamera ile “C” lensinin ve “CS” kamera ile “CS” lensinin kullanılması gerekir. Şekil 2'de gösterilen karma bağlantının tek çeşidi mümkündür. 14, “C” lensi “CS” video kamera ile kullanılabilir, ancak lens ile video kamera arasına özel bir C / CS adaptör halkası (C / CS adaptörü) takılması şartıyla (Şek. on beş.
Pirinç. 14 Karışık bağlantı seçeneği ("CS" kamerası, "C" lensi ile kullanılır)
"C" montajı için tasarlanmış bir video kameraya "CS" montajlı bir lens takarken, görüntü CCD matris düzleminin önüne odaklanır ve CCD matrisindeki görüntünün kendisinde odak bozulur (Şekil 14). , elbette kabul edilemez ve bu durumu düzeltmenin bir yolu yok.
"C" yuvalı bir lens ve "CS" yuvalı bir video kamera kullanırken, görüntü CCD matrisinin düzleminin ötesine odaklanır ve bu da kabul edilemez. Ancak, lens ve video kamera arasına C/CS halkası (Şekil 15) takıldığında, görüntü tam olarak CCD dizisinin düzleminde odaklanır.
Pirinç. Lens ve video kamera arasında 15 C/CS halkası
Bazı video kameralarda, CS halkasına olan ihtiyacı ortadan kaldıran ve arka odağı ayarlarken iyi odaklamayı garanti eden yerleşik bir uzun hareketli vida halkası bulunur.
Mercek ayarları iki gruba ayrılabilir: ilki, belirli aydınlatma koşullarında merceğin normal çalışmasını sağlayan ayarlara atıfta bulunur ve diğer ayar grubu, iletilen görüntünün ayrıntı derecesini ve alan derinliğini belirler.
İlk grubun lens ayarları şunları içerir:
1) ters odak ayarı,
2) "ALC" ve "Seviye" ayarı.
İkinci grubun lens ayarları şunları içerir:
1) keskin bir şekilde tasvir edilen alanın derinliğinin seçimi,
2) odaklama mesafesi seçimi.
Kameradaki lens değiştirilirken veya yeni bir lens takılırken, her durumda arka odak ayarı yapılmalıdır. Ayrıca, sabit odak uzaklığına sahip lensler ile değişken odak uzaklığına (zoom) sahip lensler için ayar algoritmaları önemli ölçüde farklıdır.
Uygulamada, lensin yanlış takılması, gündüz kameralardan gelen görüntünün herhangi bir şikayete neden olmaması ve karanlığın başlamasıyla görüntünün bulanıklaşması veya tamamen kaybolması ile ifade edilir. Bu etkiye "arka odak" yanlış ayarı denir ve normalde kameranın önündeki bir nesneye bakarken algıladığımız lens alan derinliği, CCD'nin keskin görüntü alanından düştüğü lensin ötesine geçtiği için oluşur. Bu parametrenin ayarı, kameranın CCD'sine göre merceğin arka merceğinin konumunu belirler.
Sabit odak uzunluklu lenslerin "ters odak"ını ayarlamak için aşağıdakileri yapın.
4. Kameradaki lens yuvasını tutan mandalı gevşetin.
5. Şek. 16, kameradan odak nesnesine olan mesafeyi belirleyin. Örneğin 4 mm'lik bir lensimiz varsa bu mesafe 12 m'dir.
Pirinç. 16 Grafik, "ters odak" ayarı için.
6. Video kameradan 12 m uzaklıkta odaklama yapılacak nesneyi bulun.
7. Objektifi koltuk ile çevirerek bulunan nesnenin keskin bir görüntüsünü elde edin.
8. Lens yuvasını sabitleyin. Kurulum tamamlandı.
Yakınlaştırma lensleri için arka odağı ayarlamak çok daha zordur. Bu tür lensleri ayarlamanın tüm zorluğu, tüm odak uzaklığı değişiklikleri boyunca keskin bir görüntü elde etmenin gerekli olduğu gerçeğinde yatmaktadır.
"Ters odak" yakınlaştırmalarını ayarlamak için aşağıdakileri yapın.
1. Merceği video kameranın koltuğuna takın.
2. Mercek açıklığını tamamen açın (istenen yoğunluğa sahip nötr yoğunluk filtresini takın).
3. Mercek üzerindeki mesafe kaydırıcısını "sonsuz" konumuna ayarlayın.
4. Yükle maksimum odak uzaklığı değeri (örneğin, 50 mm).
5. Kameradaki lens yuvasını tutan mandalı gevşetin.
6. Şek. 16, merceğin odak mesafesini (170m) belirleyin.
7. Objektif odak mesafesinde (170 m) odaklama yapılacak nesneyi bulunuz.
8. Bulunan nesnenin keskin bir görüntüsünü elde etmek için lensi koltuk ile döndürün.
9. Yükle asgari odak uzaklığı değeri (5 mm).
10. Şek. 16, merceğin odak mesafesini (17m) belirleyin.
11. Objektifin odak mesafesinde (17 m) nesnenin netliğinin değerlendirileceği nesneyi bulun.
12. Nesnenin keskinliği size uyuyorsa ayar tamamlanmıştır, değilse okumaya devam edin.
13. Tekrar kurun maksimum odak uzaklığı değeri.
14. Adım 8'e dönün. Objektifin nesne keskin olduğu zaman konumu bir konum değil, bütün bir sektör olduğundan, önceki değerin yanındaki "keskin" konumu seçin.
16. Lens yuvasını sabitleyin. Kurulum tamamlandı.
Ayrı olarak, otomatik elektronik deklanşör moduna sahip kameralarla çalışan lensler için ayar yöntemleri üzerinde duracağım.
– Video kameradaki manuel iris lensleri için otomatik elektronik obtüratörü açmanız ve irisi tamamen açmanız gerekir.
– Video kamerada otomatik irisi olan lensler için, otomatik elektronik obtüratörü açmanız ve otomatik irisin ilgili kontaklarına voltaj uygulayarak irisi açmanız gerekir.
Bu durumlarda nötr yoğunluklu filtrelere gerek yoktur.
ALC ayarı
"ALC" ve "Level" kontrolleri, gözlem nesnesi ön plandayken ve arka plan güçlü bir şekilde aydınlatıldığında yüksek kontrastlı sahnelerde normal bir görüntü elde etmek için tasarlanmıştır. Bu durumda gözlem nesnesi karanlık bir siluet olacaktır (Şekil 17).
Pirinç. ALC ve Seviye kontrollerini kullanan 17 yüksek kontrastlı sahneler
Şekil 2'nin çerçevesindeki merceğe "açıklamaya" çalışalım. 17 önemli bilgi (kişi) ve ikincil olandır. Bunu yapmak için aşağıdaki işlem sırasını gerçekleştirin.
1. "ALC" kontrolünü "P" (tepe) konumuna ayarlayın. Bu durumda, ekrandaki görüntünün arka planı aşırı pozlanmış ve ön plandaki nesne daha da koyu olmalıdır.
2. Ön plandaki nesnenin parlaklığını artırmak için "Seviye" kaydırıcısını kullanın.
3. “ALC” kontrolü, aşırı pozlanmış arka planın parlaklığı azalana kadar “A” konumu (orta değerler) yönünde döndürülecektir.
4. Ön plandaki görüntü maksimum parlaklık derecesini iletene kadar 2–3 arasındaki adımları tekrarlayın.
ALC ve Seviye ayarlamalarının bize yardımcı olabileceği başka bir durum daha var. Bu, merceğin güçlü nokta ışık kaynaklarından (araba farlarından) korunmasıdır. Burada verilen böyle bir kurulum için bazı yönergeler verilmiştir.
1. "ALC" kontrolünü "P" (tepe) konumuna ayarlayın. Bu durumda, ekrandaki görüntünün arka planı aşırı pozlanmış ve ön plandaki nesne daha da koyu olmalıdır.
2. TV kamerasının görüş alanına parlak bir nesne (ampul, el feneri, LED vb.) girin ve kameranın görüş alanının ekseni boyunca hareket ettirerek monitördeki nesnenin boyutlarını elde edin ( tarama yüksekliğinin %3–5)'i (nesnenin odak dışında olması hiç önemli değildir). Aydınlık nesneden gelen "beyaz" video sinyalinin sınırlanmaya başladığı anda durmak için "ALC" potansiyometresini yavaşça "A" yönünde çevirin. Bu ayar ile, bir nokta kaynaktan TV kamerasına gelen ışığın kasıtlı yönü körlüğe yol açmayacak ve algılama ve ayırt edilebilirlik süreçlerinde çok önemli olan büyük nesneler üzerinde detaylar görüntülenecektir.
3. Işıklı nesneyi kameranın görüş alanından çıkarın ve potansiyometre "ALC" seçiliyken, son video sinyal seviyesini 1 volta ayarlayın; TV kamerasının video sinyal çıkışının 75 ohm ile sonlandırılması gerektiğini unutmayınız.
Yazarın notu . Ne yazık ki, bazı vicdansız satıcılar, "Seviye" ve "ALC" ayarlarının normal olarak çalışan fabrikada ayarlanmış bir otomatik iris ile çalışmadığı lensler sunmaktadır.
Fabrika ayarı genellikle kullanıcıları tatmin ettiğinden, "Seviye" düğmesinin ayarlanması genellikle gerekli değildir. Ancak buna rağmen, pratikte bazen böyle bir ayarlama yapmak gerekir. Kurulum prosedürü aşağıdaki gibidir.
1. Ekrandaki resmin parlaklığının değişip değişmediğini kontrol etmek için "Seviye" düğmesini çevirin.
2. Kaydırıcıyı, resmin aşırı pozlanacağı bir konuma ayarlayın.
3. Kontrolü ekranın parlaklığını azaltma yönünde çevirin, aşırı pozlanmış resmin normal hale geldiği bir konum bulun.
4. Bu konumdan ayarlayıcıyı aynı yönde 1/4 ila 1/5 tur çevirin.
Böyle bir ayardan sonra, nesne üzerindeki aydınlatma ne olursa olsun, açıklık CCD üzerindeki aydınlatmanın izin verilen maksimum olacağı bir pozisyon alacaktır.
"Alan derinliği" terimi, fotoğrafçılıkla karşılaşan veya profesyonel fotoğrafçıların sergilerini ziyaret eden herkes tarafından iyi bilinir. Alan derinliğini ustaca kullanan fotoğrafçılar, ana konuyu vurgulayarak ve arka planda olan her şeyi yumuşatarak son derece sanatsal görüntüler oluşturur. Bu tür fırsatlar, üzerinde alan derinliği mesafeleri işaretlenmiş bir ölçeğin lens gövdesindeki görünümü ile fotoğrafçılar için açıldı. Böyle bir ölçek oluşturmak için, odak mesafesini, diyafram değerini, merceğin odak uzunluğunu ve ayrıca izin verilen saçılma dairesinin çapını değişkenler olarak kullanan bir hesaplama yöntemi oluşturuldu. Listelenen parametrelerden sadece izin verilen saçılma çemberinin çapı bizim için yeni, ancak biraz sonra.
Fotoğrafik lenslerin aksine, video gözetim sistemlerinde kullanılan lenslerin alan derinliği ölçeği yoktur. Bu, otomatik diyafram açıklığına sahip lensler için alan derinliği için sabit bir değer olmaması gerçeğiyle açıklanır. Bu tür lenslerde, nesne üzerindeki gerçek aydınlatma ile belirlenen diyafram değerine bağlı olarak değişir. Manuel diyafram açıklığına sahip lensler için, alan derinliği ölçeğinin olmaması büyük olasılıkla CCTV sistemlerinin tüketicilerinin bu parametreye olan talebinin olmamasıyla açıklanabilir.
Alan derinliği, bir merceğin, mercekten farklı mesafelerde bulunan nesneleri aynı düzlemde ve hemen hemen aynı keskinlikte tasvir etme özelliğidir.
Bir video kameranın CCD matrisinde bir görüntü oluştururken alan derinliğinin ne olduğunu düşünelim. Lensin önündeki boşluğa - "Nesne alanı" ve lens ile video kamera arasındaki boşluğa - "Görüntü alanı" diyelim. Video kameradan farklı mesafelerde bulunan "B", "C" ve "D" (Şekil 18) olmak üzere üç nokta görüntü kaynağımız olsun.
Pirinç. 18 Alan derinliğinin belirlenmesi
Lensi "B" noktasına odaklayalım. Lens, onu CCD üzerindeki "B" noktasına odaklayacaktır. Video kameraya bağlı bir monitör, nokta kaynağının keskin bir görüntüsünü üretecektir. Diğer düzlemlerde bulunan "C" ve "D" noktaları da "C'" ve "D'" noktalarına odaklanacak ve CCD matrisinde noktalar değil, çapı olan daireler oluşturulacaktır. Monitör ayrıca bunları ekranda gösterecektir. "D" ve "C" noktalarının odak noktası "B"den ne kadar uzak olduğuna bağlı olarak, dairelerin çapı farklı olacaktır. Bu yapılardan, bir görüntü oluşturan optik sistemin herhangi bir alan derinliğine sahip olmadığı anlaşılmaktadır. Yalnızca odaklama düzleminde bulunan noktalar keskin olacaktır. Bu, lensin temel denklemi ile doğrulanır.
Ancak uygulamadan, alan derinliğinin var olduğunu ve ayrıca görevlere bağlı olarak istenen aralığı seçerek kontrol edilebileceğini iyi biliyoruz. Peki alan derinliğini ne belirler ve neye bağlıdır? Aslında alan derinliği, insan görüşünün sınırlı olanaklarının bir sonucudur. Bir kağıda farklı çaplarda ancak 0,1 mm'den küçük daireler yazdırır ve en iyi görüş mesafesinden (25 cm) çıplak gözle incelerseniz, bize hepsi aynı boyutta gibi görünecektir. Başka bir deyişle, insan gözü, dairenin çapı 0,1 mm'ye eşit veya daha küçükse, ne dairenin boyutunu ne de içeriğini ayırt edemez.
"C" veya "D" noktalarının görüntüsünü ileten monitörde görüntülenen dairenin (Şekil 2.18), monitörde gözün "B noktasından ayırt edemeyecek kadar büyük" olduğunu varsayalım. ". O zaman CCD'nin yanında odaklanan D' ve B' noktaları da monitörde keskin olacaktır, çünkü onları daire olarak değil nokta olarak görüyoruz. Bu nedenle, nesne uzayında D, B noktaları ve aralarındaki tüm nesneler keskin olacak ve D ve C düzlemleri arasındaki mesafeye alan derinliği adı verilecek. Profesyonel terminolojide "" parametresine dağılım çemberi denir. Görevimiz, monitörlerin köşegenlerine ve operatörün görüntüyü analiz ettiği mesafelere bağlı olarak, dağılım çemberinin boyutunu insan görüşünün özellikleriyle ilişkilendirmektir. Aşağıda, bu dairenin boyutu alan derinliğini ve hiperfokal mesafeyi hesaplamak için kullanılacak ve dairenin kendisine izin verilen dağılım dairesi adı verilecektir.
İzin verilen dağılım dairelerinin çaplarını doğrulamak için fotoğraf metodolojisini kullanarak, CCTV sistemleri için de izin verilen dağılım dairelerinin boyutlarını seçeceğiz.
Pirinç. 19 Minimum görüş açısının belirlenmesi
Fotoğraftaki klasikler nereden geldi? Her şeyden önce, bir kriter seçtiler ve onun rehberliğinde tüm hesaplamaları yaptılar. En banal kriter, insan gözünün çözünürlüğü veya görüntüdeki küçük nesneleri görme özelliğidir. Gerçekten de, insan görüşünün, gözün görüntüdeki küçük detayları ayırt edebildiği minimum açı α (Şekil 19) tarafından belirlenen sonlu yetenekleri vardır. İncelenen cismin çıkarılmasına bağlı olarak gözün duyarsızlığının lineer boyutları artar. Ortalama bir insan için, göz, 25 cm'lik bir görüş mesafesinde 0.074 mm'lik bir saçılma dairesinin çapına karşılık gelen, en az 0.017 derecelik bir görüş açısı ile küçük detayları ayırt edebilir. Aynı zamanda, bir metre mesafede dairenin çapı zaten 0,3 mm olacaktır. Gözün sınırlayıcı görüş açısını bilerek ve görüş mesafesini vererek, minimum saçılma çemberlerinden oluşan bir tablo oluşturmak mümkündür.
Fotoğrafta saçılma çemberlerinin boyutları tam olarak bu şekilde belirlenmiştir (Tablo 3).
Tablo 3 Dağılım çemberlerinin boyutları
Bununla birlikte, bir kişi, özellikle her kişinin vizyonu kesinlikle bireysel olduğundan, sınırlayıcı görüş açısını her zaman gerçekleştiremez veya buna istekli olmayabilir. Muhtemelen bu yüzden ve belki de uzun yılların deneyiminden, fotoğraftaki saçılma çemberlerinin boyutu teorik olarak doğrulanandan 1.33 kat daha büyüktü. Dairelerin bu boyutu, 0.023 derecelik bir göz açısına karşılık gelir. Tablo 3'te bu, "Pratik" sütunudur.
En küçük saçılma dairesinin, minimum görüş mesafesindeki negatifi ifade ettiğini görmek kolaydır. Ve bu oldukça doğaldır, çünkü negatif orta format bir fotoğrafın boyutuna büyütüldüğünde, saçılma dairesi de seçilen ölçeğe göre artacaktır ve izin verilen değerini aşabilir. Sonuç olarak, hesaplanan alan derinliği gerçek değerine karşılık gelmeyecektir. Okuyucuların dikkatini, fotoğrafta, izin verilen saçılma çemberinin parametresini doğrularken, lenslerin, filmlerin veya kameraların hiçbir teknik özelliğinin kullanılmadığına çekmek istiyorum.
CCTV için bir dağılım çemberi seçimine fotoğrafçılık deneyimini kullanarak yaklaşırsak, o zaman monitördeki dağılım çemberinin boyutunu CCD matrisindeki boyutuna göre yeniden hesaplamak daha doğru olur. Monitördeki dağılım çemberi, operatörün monitöre olan mesafesine bağlı olarak insan görüşünün sınırlayıcı çözünürlüğüne göre seçilebilir. Ancak operatörün monitöre hangi mesafeden bakacağını açık bir şekilde belirlemek oldukça zordur ve daha da ötesi monitör diyagonalinin değerini öngörmek oldukça zordur. Ancak, işyeri tasarlanırken operatörün monitörden çıkarılması, yaklaşık 4 ekran köşegeni olan tıbbi kısıtlamalar (Tablo 4) ile düzenlenir.
Tablo 4 İş yeri tasarlanırken operatörün monitörden çıkarılmasına ilişkin tıbbi kısıtlamalar.
Görüntünün ayrıntılı bir incelemesi için, operatör genellikle monitöre minimum bir mesafeden bakar ve bu amaç için genişletilmiş ekran köşegenli özel izleme monitörleri kullanır. Ancak 21 ”monitöre çok yakın bir mesafeden bakmak mantıklı değil, çünkü bu durumda operatör bir resim değil, bir kineskopun yapısını görüyor. Bu nedenle, monitörleri izlemek için resmin en iyi görüntülendiği mesafeler vardır. Bu mesafeler, minimum göz yorgunluğu ile yüksek çözünürlüklü bir görüntü görmek için insan görme özelliğine dayanmaktadır. Bu, yalnızca gözün görüş açısının 20 derece içinde olduğu mesafelerde mümkündür. Tablo 4, En İyi Görünüm sütununda bu mesafeleri özetlemektedir. Bu düşüncelere dayanarak, en iyi görüş mesafeleri (üst sıra) ve tıbbi kısıtlamalarla normalize edilen mesafeler (alt sıra) için saçılma dairelerinin (Tablo 4) değerleri elde edilir. Hesaplamalarda gözün 0,017 dereceye eşit olan görüş açısı kullanılmıştır.
Çeşitli CCD matris formatları (Tablo 5) için kabul edilebilir dağılım daireleri olarak en iyi görünüm için ortalama değerleri kullanabilirsiniz.
Tablo 5 Çeşitli CCD dizi biçimleri için saçılma çemberleri
|
Çapraz Monitör (inç) |
Görüş mesafesi, (m) |
CCD matrisi üzerindeki saçılma çemberinin çapı, mikron |
|||
|---|---|---|---|---|---|
|
Matris kalıp formatı |
|||||
|
Ortalama değerler: En iyi manzara |
|||||
|
tıbbi kısıtlamalar |
|||||
Bunların hesaplanmış değerler olması ve kural olarak uygulamanın kendi ayarlamalarını yapması nedeniyle, dağılım dairelerinin en az bir fotoğraftaki gibi 1.33 kat daha büyük olması oldukça olasıdır.
İzin verilen saçılma daire boyutlarını belirledikten sonra, alan derinliğini ve hiper odak mesafelerini hesaplamaya çalışabilirsiniz.
1/3” matris formatına, 1,3 açıklık sayısına ve 2,8 ila 16 mm aralığında odak uzunluklarına sahip bir video kamera için alan derinliğini bulalım. Lensi kameradan 10 m uzaklıkta bulunan koşullu bir nesneye odaklayalım.
Tablo 6 Mercek odak uzunluğunun alan derinliğine bağımlılığı
Keskinlik 10m uzaktaki bir nesneye yönelikti
Hesaplamaların sonuçlarından (tablo 6) merceğin odak uzunluğundaki bir artışla alan derinliğinin nasıl azaldığı ve 10 m'lik bir odak mesafesinde birleştiği görülebilir. Örneğimizde diyafram tamamen açık olduğundan, bu veriler akşam saatlerinde, aydınlatmanın düşük olduğu veya gün boyunca, ancak otomatik obtüratörlü ve diyaframsız lensli video kameraların kullanılması durumunda geçerlidir.
Tablo 7 Açıklık değerine bağlı olarak alan derinliği değerleri
Gündüz, diyafram kapalıyken, alan derinliği önemli ölçüde artar. Tablo 7'de bu koşullar için alan derinliği değerleri f sayısı 8 olarak verilmiştir.
Açıklık değerine bağlı olarak alan derinliğindeki artışı açıklayalım (Şekil 20).
Pirinç. 20 Alan derinliğinin diyafram değerine bağımlılığı
Diyafram tamamen açıksa (Şekil 20a), tüm ışınlar CCD'de odakta birleşir. İzin verilen saçılma dairesinin çapını bilerek, CCD matrisinin düzlemine göre alan derinliğini belirlemek mümkündür. Merceği bir diyaframla kapatırsak (Şekil 20b), ışınlar aynı odak noktasında birleşir, ancak izin verilen saçılma çemberi CCD matrisinin düzleminden ve sonuç olarak derinlikten çok daha uzak olacaktır. alan daha büyük olacaktır.
Pirinç. 21 Alan derinliğinin gündüz ve akşam otomatik irisli bir merceğin odak mesafesine bağımlılığı
Bir otomatik iris merceğin odaklama mesafesine bağlı olarak alan derinliğinin gündüz ve akşam nasıl değişeceğine dair bir örnek ele alalım. Şek. 21, 1/3” kristal formatlı ve 8 mm lens odak uzaklığına sahip 4m yüksekliğe monte edilmiş bir video kamerayı göstermektedir. Video kameranın görebildiği sektör, ufka göre 15 derecelik bir eğim açısında 7,6 m'den 96 m'ye kadar uzanır. Güvenlik hizmetini ilgilendiren gözetim sektörünün 8m ile 50m arasında yer aldığını varsayalım. Lensi 8 metre mesafeye odaklayalım.
Akşam, diyafram tamamen açıkken (f-sayısı 1.3), monitörde net olarak gösterilen alan 4,8 ila 24 metre arasında olacaktır.
Pirinç. 22 Alan derinliğinin gündüz ve akşam 8 metreden 20 metreye kadar odak mesafesine bağımlılığı
Bu, akşamları 24 metreden 50 metreye kadar olan alanın monitörde net olarak görüntülenemeyeceği anlamına gelir. Nesne üzerinde artan aydınlatma ile alan derinliği önemli ölçüde artar ve 2,0 m'den sonsuza kadar değerlere sahip olacaktır. Odaklanma mesafesini 8 metreden 20 metreye değiştirmeye çalışalım (Şek. 22). Akşam alan derinliği önemli ölçüde değişti. Bir video kamerayı sürekli kontrol altında tutulması gereken nesnelerden 7,5 metreden daha yakın olmayan bir mesafeye yerleştirirseniz, korunan alanın tamamının hem gündüz hem de akşam keskin olacağı bir sonuç elde ederiz.
Bu örnek, doğru odaklama mesafesini seçmenin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.
Elinizde özel bir yazılım ürünü veya benzer yeteneklere sahip bir hesap makinesi bulundurarak böyle bir değerlendirmeyi hızlı bir şekilde yapabilirsiniz. Şu anda, bu tür görevler http://www.lonacomputerservices.com/CCTV/CCTVrus.html adresinden satın alınabilen "CCTV Tasarımcısı" tarafından çözülebilir.
Bu makalede tartışılan tüm mesafelerin ancak merceğin “ters odak” doğru ayarlanmış olması durumunda doğru olacağına okuyucuların dikkatini çekmek istiyorum.
Alan derinliğini veya merceğin hiperfokal mesafesini kendiniz hesaplamak için izin verilen saçılma dairelerinin değerlerini bilmek gerekir.
İzin verilen saçılma çemberlerinin çaplarının mikron cinsinden değerleri Tablo 8'de verilmiştir.
Tablo 8 Mikron cinsinden izin verilen saçılma çemberlerinin çapları
Alan derinliği, aşağıdaki parametreler değiştirilerek değiştirilebilir:
- diyafram değeri - diyafram değeri ne kadar büyük olursa, alan derinliği o kadar büyük olur;
- odak uzaklığı - merceğinizin odak uzaklığı ne kadar uzun olursa, nesneye ve diyafram değerine sabit bir mesafede alan derinliği o kadar küçük olur. Odak uzaklığı arttıkça, özellikle güçlü telefoto lenslerle farkedilir hale gelen yakınlaştırma nedeniyle netlik alanı azalır;
- kameradan odak noktasına olan mesafe - özneye ne kadar yakınsanız, aynı diyafram açıklığında ve merceğin aynı odak uzaklığında alan derinliği o kadar küçük olur.
Şimdiye kadar odaklanmanın sadece üç yolu var, bunlar doğrudan özneye odaklanmak, "sonsuzluğa" (hiperfokal mesafe modu) odaklanmak ve hiperfokal mesafeye odaklanmak. Yalnızca alan derinliği aralığında değil, aynı zamanda görüntü ayrıntılarının maksimum veya bulanıklık - minimum olacağı mesafelerde de farklılık gösterirler. Her yöntemi ayrı ayrı ele alalım.
Lens hiperfokal mesafe modu
Lensin hiperfokal mesafe modunda çalışması için mesafe kontrolünün “sonsuz” konumuna ayarlanması gerekir.
Objektif "sonsuz" olarak ayarlandığında elde edilen alan derinliği, hiperfokal mesafe değerinden başlar ve sonsuza kadar uzanır.
Farklı lens odak uzunlukları ve 1/3" CCD formatı için hiperfokal mesafeler Tablo 9'da gösterilmektedir. Otomatik iris ve manuel iris lensleri kullanırken alan derinliğinin nasıl planlanacağını anlamak için burada iki örnek verilmiştir.
Tablo 9 Farklı lens odak uzunlukları için hiper odak mesafeleri
1. Kamera, odak uzaklığı 6 mm olan manuel bir iris lensi ile donatılmıştır ve sabit ışıklı bir odaya kurulur. Mesafe kaydırıcısını sonsuza ve diyaframı, monitördeki görüntünün söz konusu nesnelerin tüm parlaklık derecelerini (örneğin, diyafram numarası 5.6) ileteceği bir değere ayarlarken, alan derinliği 1 olacaktır. metreden sonsuza kadar (Şek. 23 ).
Pirinç. 23 Hiperfokal Lens Modunda Alan Derinliğini Belirleme
2. Kamera dış mekana kurulur, otomatik iris lensi, F sayısı 1.3, odak uzaklığı 6 mm. Akşam mesafe kaydırıcısını sonsuza ayarlarken diyafram değeri 1,3 olduğunda alan derinliği 4 m'den sonsuza, gündüz ise f-sayılarında 8-16'da 1'den az olacaktır. m ve sonsuza.
Objektifi "sonsuz" olarak ayarlarken alan derinliği açısından bunu anladık.
Şimdi görüntünün ince detaylarının ne kadar iyi işlendiğini veya başka bir deyişle lensin görüntünün detayını ne kadar iyi aktardığını değerlendirelim. Keskin görüntüler genellikle ince ayrıntıların yapısını yansıtmaz. Aralarındaki geçişler bulanık görünüyor, bu da zayıf bir görüntü detayını gösteriyor. Ayrıntı eksikliği, görüntünün bulanıklaşmasına neden olan hoş olmayan bir odaklanma hissine yol açar. Küçük ve orta ölçekli planlarda monitörde görüntülenen yüzler tanınmaz, okunmaz hale geliyor.
Şimdi bu bulanıklığın ortadan kaldırılması ile ilgileneceğiz.
Görüntü ayrıntısı, lensin bir "ışık kalemi" gibi, görüntüyü CCD'ye "çizdiği" karışıklık dairesinin (karışıklık dairesi ile karıştırılmamalıdır) çapı ile belirlenir. "Işık kaleminin" çapı ne kadar ince olursa, görüntünün ince ayrıntıları o kadar iyi işlenir ve görüntü ayrıntısı o kadar yüksek olur. Burada, odak uzaklığı 6 mm olan lens "sonsuz"a odaklandığında, karışıklık çemberinin çapının mesafe ile nasıl değiştiğini gösteren bir grafik (Şekil 24) bulunmaktadır.
Pirinç. Şekil 24 Odak uzaklığı 6 mm ila "sonsuz" olan bir merceğe odaklanırken, karışıklık çapının mesafeye karşı daire diyagramı
Grafik, nesne kameradan ne kadar uzaktaysa, merceğin görüntüyü o kadar ince çizdiğini gösterir. Bizim durumumuzda, lens hiperfokal mesafe moduna ayarlandığında, keskinlik bölgesinin yakın kenarı hiperfokal mesafe ile çakışır ve 4.33 metredir. Nesne video kameradan ne kadar uzağa yerleştirilirse, karışıklık çemberinin çapı o kadar küçük olur (ince detayların daha iyi anlaşılması). Güvenlik video gözetim sistemlerinde en yaygın olarak odak uzunlukları 6 mm'ye kadar olan lensler kullanılır. Bu tür lensler için hiperfokal mesafeler daha da kısadır ve netlik alanının yakın kenarı video kameraya daha da yakındır. Bu nedenle, bu tür lensler için onları hiperfokal mesafe moduna ayarlamak çok uygundur ve işte nedeni:
1) merceği nesneye odaklamaya gerek yoktur;
2) video kameranın kurulum ve konfigürasyon süresi azalır, bu da nesnenin müşteriye hizmete alınması için gereken sürenin de kısaldığı anlamına gelir.
Hangi durumlarda lens ayarını "sonsuz" olarak kullanmak gerekir?
1. Odak uzaklığı 6 mm'den az olan lensler için.
Lensi hiperfokal mesafede odaklama. Bir merceği hiperfokal mesafeye odaklamak için önce bunun neye eşit olduğunu bilmeniz gerekir. Tablo 8, 1/3" CCD formatına sahip kameralar için hiper odak mesafelerini göstermektedir. Yukarıda tartışılan örneğimizde, F sayısı 1,3 olan 6 mm'lik bir lens için hiper odak mesafesi, daire çapı 6, 4 olan 4,33 m'dir. mikron.
4.33 m'lik hiperfokal mesafeye odaklanırsak, alan derinliği 2.17 m'lik hiperfokal mesafenin yarısından sonsuza kadar uzayacaktır (Şekil 25).
Pirinç. 25 Hiperfokal mesafede lens odak grafiği
Bu odaklama ile maksimum detay hiperfokal mesafede olacaktır. Çok hızlı bir şekilde, alan derinliğinin ön kenarına yaklaştıkça detay düşecek ve hiperfokal mesafeden uzaklaştıkça detay biraz bozuluyor ama yine de oldukça iyi bir seviyede kalıyor. Ayrıca, görüntünün net olacağı minimum mesafe, hiperfokal mesafenin yarısına eşittir.
Gerekirse bu lens ayarını kullanın:
– gözlem nesnesi hiperfokal mesafe içindeyse maksimum görüntü detayı elde edin;
- herhangi bir odak uzunluğu değerine sahip lensler için maksimum alan derinliğini elde edin;
- gözlem nesnesi iki hiperfokal mesafeden daha az bir mesafeye yerleştirildiğinde.
Doğrudan gözlem nesnesine yerleştirme (Şek. 26)
Bu durum, video gözetim sistemlerinde nadiren meydana gelir. Bunun nedeni, CCTV'deki gözlem nesnelerinin sürekli hareket halinde olan insanlar, arabalar ve diğer görüntü öğeleri olmasıdır. Veya video kameranın kontrol etmesi gereken bölgeler. Tüm bu durumlarda, alan derinliği maksimum olmalıdır.
Pirinç. 26 ayar programı doğrudan gözlem nesnesine
Yine de, gözlem nesnesinin statik olduğu durumları biliyoruz. Bir video kamera, kameranın verileri okuduğu bir süreç kontrol paneli, vb. tarafından kontrol edilen mühürlü bir döküm olabilir. Bu tür statik gözlem nesnelerine doğrudan odaklanmak iyi sonuçlar verir. Ayrıca üç noktaya da dikkatinizi çekmek isterim.
– Parlak ışıkta merceği gözlem nesnesine odaklamak neredeyse imkansızdır. Keskinlik, mesafeler boyunca mevcut olacaktır.
- Nötr yoğunluklu filtrelerin kullanımı çeşitli nedenlerle her zaman mümkün değildir.
- Halihazırda nesneye monte edilmiş bir merceği odaklamak çok zaman alır ve montajcıların belirli becerilere sahip olmasını gerektirir.
Not: Şek. 2.24 - 2.26, bozulma olmayan ideal lensler için üretilmiştir. Gerçekte, karışıklık çemberinin minimum çapı, sapma ve kırınım bozulma değerleri ile sınırlı olacaktır.
Terimler ve tanımlar
Tablo 10 Terimler ve tanımlar
|
Şartlar |
Boyut |
Tanımlar |
|---|---|---|
|
Sapma |
Sapma (küresel ve kromatik), optik sistemden geçen ışık ışınlarının bir noktada (odak) toplanmaması, ancak büyük bulanık (keskin olmayan) bir daire oluşturması gerçeğinden oluşan optik sistemin bir dezavantajıdır. |
|
|
küresel olmayan mercek |
Sapma bozulmasını büyük ölçüde azaltan bir lens. Bu tür lenslerin çözünürlüğü daha yüksektir. |
|
|
yakınlaştırma lensi |
çokluk |
Odak uzaklığı değerini manuel olarak değiştirmenizi sağlayan bir lens. |
|
hiperfokal mesafe |
Objektiften sonsuza kadar tüm nesnelerin keskin olduğu minimum mesafe. |
|
|
Alan derinliği |
Görüntünün keskin olacağı mesafe aralığı. |
|
|
Diyafram |
Işık akısının yolunda bulunan bir deliği olan opak bir bariyer. |
|
|
kaplamalı optik |
Gelen ışığın yansımasını azaltmak için hava ile temas eden merceklere uygulanan özel bir kaplamaya sahip bir mercek. Yansıma ne kadar az olursa, mercekten o kadar fazla ışık geçer. |
|
|
Lens |
Bir CCD matrisi üzerinde bir görüntü oluşturmak için tasarlanmış bir optik sistem. |
|
|
F numarası |
Açıklığın açıklık boyutunu belirtir. Her lensin bir dizi f sayısı vardır. |
|
|
Kırınım |
Işık dalgalarının doğrusal yayılmadan sapması. Sonuç, bir girişim desenidir - açık ve koyu bantların değişimi. Bu etki, yakın aralıklı görüntü öğelerini ayırt etmeyi imkansız hale getirir. |
|
|
saçılma çemberi |
Alan derinliğini belirlemek için temel kriter. |
|
|
ters odak |
En kötü aydınlatma koşullarında görüntünün keskin olduğu CCD'ye göre merceğin konumu. |
|
|
göreli delik |
Öğrenci çapının odak uzunluğuna oranı. |
|
|
aydınlatma |
Birim alana gelen ışık akısı miktarı |
|
|
Çözünürlük |
Bir merceğin, görüntünün 1 mm'si başına küçük ayrıntılardan oluşan ayrı bir görüntü oluşturma yeteneği. |
|
|
ışık akışı |
Göze ürettiği ışık hissi ile ölçülen radyan enerjinin gücü. |
|
|
servo kontrol |
Açıklık değerini uzaktan değiştirme (kontrol panelinden). |
|
|
Işığın gücü |
1 steradyana eşit bir katı açı içinde yayılan ışık akısı. |
|
|
telefoto lens |
Görüş açısı 30 dereceden az olan bir mercek. |
|
|
yakınlaştır |
çokluk |
Odak uzaklığının değerini kontrol panelinden uzaktan değiştirmenizi sağlayan bir lens |
|
Lens odak |
CCD matrisinde optik modelin gerekli netliğini elde etmek. |
|
|
geniş açılı mercek |
60 dereceden fazla görüş açısına sahip lens. |
|
|
renkli sıcaklık |
Siyah bir cismin, söz konusu ışıkla aynı spektral bileşime sahip ışık yaydığı sıcaklık. |
|
|
Gözün doğrudan algıladığı ışık miktarlarından sadece biri. Görüş mesafesine bağlı değildir. |
||
|
Video kameradan gelen DC sinyalleriyle otomatik iris kontrolü. |
||
|
Video kameradan gelen video sinyaline göre otomatik iris kontrolü. |
