Объективный контроль качества изображения охранных ТВ систем

Получение телевизионного (ТВ) изображения в соответствии с требованиями заказчика при соблюдении требований ГОСТ Р 51558-2000 "Системы охранные телевизионные. Общие технические требования и методы испытаний" является конечной целью при построении систем видеонаблюдения и видеоконтроля. Для этого очень важно правильно определиться с составом оборудования.

Качество изображения системы видеонаблюдения в основном определяется характеристиками элементов, составляющих телевизионный тракт – объектив – ТВ камера – линия передачи.

Отметим лишь самые важные, на наш взгляд, моменты, определяющие это качество, а также рассмотрим возможные методы оценки.

Результирующая частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) телевизионного тракта является результатом перемножения ЧКХ его составных частей. Поэтому для получения на выходе системы изображения требуемого качества, камера и объектив, входящие в ее состав, должны иметь разрешающую способность с некоторым запасом, а ширина полосы пропускания каждой из составляющих тракта передачи должна обеспечивать его передачу без потерь с минимальными искажениями.

Производители оборудования в целях продвижения своей продукции на рынке завышают ее заявляемые характеристики и умалчивают о недостатках. Перечень приводимых в паспортах характеристик ТВ камер и объективов в основном декларирует возможности, которые в свою очередь могут быть не реализованы.

ООО "Бик-Информ", являясь одним из поставщиков оборудования для систем видеонаблюдения на российском рынке, неоднократно сталкивается с проблемой несоответствия заявляемых характеристик, еще на этапе предварительного тестирования. Практика показала необходимость проведения входного контроля, получаемого от поставщика оборудования, и выходного при сдаче оборудования заказчику по специально разработанной методике, позволяющей не только субъективно оценить качество ТВ изображения, но и получить объективные характеристики качества телевизионного изображения.

Специалистами ООО "Бик-Информ" сделана попытка внести некоторую объективность при оценке контраста и четкости видеоизображения, для чего разработана методика, позволяющая перейти от субъективной оценки качества ТВ изображения к его числовым характеристикам, на основании которых можно проводить сравнительный анализ качества объективов, камер, трактов обработки и линий передачи ТВ сигнала, т.е. делать подбор оборудования под поставленные задачи.

Методика предназначена для оценки и сравнения характеристик объективов и ТВ камер, а также может быть применена для оценки и сравнения характеристик трактов обработки и линий передачи ТВ сигнала в системах видео наблюдения (CCTV) по степени вносимых искажений в телевизионное изображение.

За основу взят метод субъективной визуальной оценки качества телевизионного изображения по ГОСТ 26320-84, принятый в системах телевидения с применением современных средств вычислительной техники. В качестве наблюдаемого объекта используется стандартная телевизионная испытательная таблица с основными параметрами по ГОСТ 14872-82, специальным образом доработанная для проведения испытаний объективов.

С помощью программного обеспечения компьютера, выполняющего функции осциллографа с блоком выделения строки, определяется контраст полученного изображения штриховых мир для фиксированных значений пространственных частот путем измерения глубины модуляции видеосигнала ТВ камеры. Штриховые миры расположены на испытательной таблице от центра к краю по диагонали. На основании полученных результатов измерений строятся графики зависимости контраста штриховой миры по полю изображения (от центра к краю) для различных значений пространственных частот относительно размаха черно-белого перепада в центре.

Испытательный стенд сконструирован для проведения испытаний объективов и ТВ камер и представляет собой трансформированную оптическую скамью.

К преимуществам метода можно отнести: доступность аппаратных средств, простоту процедуры измерений и ее низкую себестоимость, наглядность, возможность моделирования режимов приближенных к реальным условиям.

Метод незаменим при проведении сравнительных испытаний и тестов, контроле качества изготовления объективов, а также может применяться для настройки звеньев и трактов ТВ систем видео наблюдения. Он позволяет избежать ошибок при подборе оборудования и найти общий язык с заказчиком по спорным вопросам.

При разработке соответствующей методики установка может быть применена для измерений фотометрических характеристик ТВ камер, объективов и систем видео наблюдения в целом.

Кратко остановимся на некоторых моментах, касающихся оценки характеристик и свойств камеры с объективом, которые являются основным звеном системы видеонаблюдения, формирующим изображение и определяющим его качество. Решению задачи выбора, контроля характеристик и различного рода тестам ТВ камер посвящено немало публикаций и статей. Разработано множество методик, позволяющих контролировать и измерять эти характеристики. Однако единого подхода для оценки качества изображения так и не выработано. Обычно качество изображения оценивается субъективно по его контрасту, четкости, а также отсутствию искажений и помех.

Для более выразительной передачи на изображении мелких деталей и градаций яркости применяются апертурная и гамма - коррекции. Апертурная коррекция предназначена для компенсации потери глубины модуляции камеры на высокой пространственной частоте, т.е. выравнивания ее частотно-контрастной характеристики. Гамма - коррекция в камере обычно предназначена для компенсации неравномерной зависимости яркости кинескопа монитора от величины сигнала.

Самой неоднозначной характеристикой ТВ камеры является ее чувствительность, которая в первую очередь зависит от чувствительности используемой ПЗС матрицы.

Существуют методы расчета этой величины, но они говорят лишь о потенциальных возможностях и часто не соответствуют результатам практических измерений. Реальная чувствительность ТВ камеры в первую очередь зависит от ее технической реализации – схемотехники, выбора элементной базы и схемы разводки печатной платы, а результаты ее измерений зависят от множества факторов и условий проведения.

На практике чувствительность часто оценивают по минимальной освещенности наблюдаемого объекта, при которой камера создает распознаваемое изображение. Понятия минимальной освещенности и распознаваемого изображения никак не регламентируется и трактуются по-разному.

При сравнении чувствительности нескольких ТВ камер измерение минимальной освещенности необходимо проводить при фиксированном соотношении сигнал-шум видеосигнала, включенной автоматической регулировке усиления (АРУ), в одинаковых условиях освещенности, (с одним источником освещения, объективом и тест-объектом). Сравнение чувствительности ТВ камер рекомендуется проводить путем наблюдения формируемого ими изображения в условиях максимально приближенных к реальным - непосредственно на объекте.

Минимальная освещенность может быть определена для различных значений уровня видеосигнала на выходе ТВ камеры и условий наблюдения. Например, пороговая или предельная чувствительность соответствует уровню видеосигнала соизмеримому с уровнем шума, а контрастная чувствительность ТВ камеры характеризует ее способность различать элементы изображения минимального контраста. При этом распознаваемость телевизионного изображения зависит от уровня собственного шума фотоприемника и усилительного тракта ТВ камеры, условий освещения, яркости фона и размеров различаемой детали.

Цветопередача изображения – отдельная тема, касаться которой в рамках настоящей статьи не представляется возможным.

Хочется напомнить о некоторых особенностях выбора и применения объективов.

Для уменьшения влияния рассеяния света в объективе применяют методы ограничения степени закрытия диафрагмы - устанавливают на шторки диафрагмы нейтральные фильтры, или вводят в узел диафрагмы так называемый спот фильтр (ND Spot filter) представляющий собой темное пятно в центре диафрагмы.

Спот фильтр вступает в действие при высоких уровнях освещенности и имеет спектральную зависимость коэффициента пропускания с некоторым подавлением инфракрасной (ИК) области. При освещении "живой зелени" прямыми солнечными лучами спот фильтр значительно снижает эффект ее засветки, который наблюдается на изображении чувствительных черно-белых камер как снег на деревьях и траве.

Обычным объективам при установке их на чувствительные камеры черно-белого изображения свойственна потеря четкости при наблюдении в ИК области. Инфракрасная коррекция (объективы с индексом "IR") – технология применения специальных оптических материалов, позволяющая значительно снизить дисперсию света в объективе, а следовательно свести к минимуму уход и "расползание" плоскости наилучшего изображения во всем диапазоне длин волн света, включая инфракрасную область. При этом улучшается разрешающая способность, контраст получаемого изображения и, как следствие, передача мелких деталей наблюдаемого объекта. В обозначении этих объективов присутствует индекс "IR". Такие объективы еще называют "День-Ночь", т.к. они позволяют вести круглосуточное видеонаблюдение без дополнительной фокусировки.

При работе камер совместно с цифровыми системами регистрации и контроля могут возникнуть проблемы, связанные с особенностями цифровой обработки видеосигнала. Изображение на выходе такой системы при совместной работе с некоторыми камерами может содержать различного рода помехи, искажения и артефакты, к которым относятся: яркостная модуляция, потеря насыщенности, полная или частичная потеря цветовой синхронизации, пересветка или пониженный контраст. Т.о. необходима проверка камер на совместимость с цифровыми регистраторами. Другой часто встречающейся проблемой является малый динамический диапазон входных АЦП цифровых регистраторов, который накладывает ограничение на размах входного видеосигнала. При размахе полного видеосигнала превышающем 1В происходит его ограничение снизу или сверху, которое на экране выглядит как затемнение или заплывание части изображения.

Предлагаем объединить усилия специалистов в области видеонаблюдения и прикладного телевидения по разработке единой методики для сравнительной оценки основных характеристик ТВ камер и объективов и готовы к сотрудничеству. Для обеспечения единого подхода в этом вопросе предлагаем для начала регламентировать условия проведения испытаний, выработать критерии оценки, выбрать эталон камеры и объектива и утвердить образцы тест объектов.

Информация получена с сайта ООО «Бик-Информ».