Объективный контроль качества изображения объектов наблюдения в охранных телевизионных системах

Б.Г. Бочаров,
директор ООО "БИК-Информ"

Получение телевизионного (ТВ) изображения, в соответствии с требованиями заказчика и 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.

Поставщики и потребители оборудования для систем видеонаблюдения на рос­сийском рынке, постоянно сталкиваются с проблемой несоответствия заявляемых характеристик еще на этапе предварительного тестирования. Практика показала не­обходимость проведения входного контроля, получаемого от поставщика оборудосвания, и выходного - при сдаче оборудования заказчику по специально разработан­ной методике, позволяющей не только субъективно оценить качество телевизионно­го изображения, но и получить его объективные характеристики.

Для того чтобы внести некоторую объективность при оценке контраста и четко сти видеоизображения, была 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 видеонаблюдения (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 одборе 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 ви­деонаблюдения 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 м.нрицм.

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 "сигнал­шум" видеосигнала, включенной автомати­ческой регулировке усиления (АРУ), в оди­наковых условиях освещенности, (с одним источником освещения, объективом и тест­объектом). 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 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 рассеивания 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-бело- о 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. Таким образом, 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 1 В, 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. В целях 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.

Свои предложения и критические замечания просим направлять авторам статьи.