Разрешение

Важный параметр ТВ камеры - разрешение. Этот параметр определяет возможности камеры по воспроизведению мелких деталей изображения: чем выше разрешение, тем больше детальность, информативность картинки. Разрешение измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ) и зависит не только от числа пикселей в матрице, но и от параметров электронной схемы камеры. В большинстве случаев разрешение 380-400 ТВЛ вполне достаточно для наблюдения. Существуют камеры, имеющие более высокое разрешение - 560-570 ТВЛ. Такие камеры позволяют четко видеть мелкие детали изображения (номера машин, лица людей и т. д.). Разрешение цветных камер несколько хуже, чем разрешение черно-белых: 300-350 ТВЛ. Существуют цветные камеры более высокого разрешения - 460 ТВЛ.

В настоящее время на рынке систем видеонаблюдения появились цифровые DSP (DSP - цифровая обработка изображения) цветные камеры высокого разрешения (460-480 ТВЛ).

В этих камерах применены схемы коррекции четкости, повышающие контраст в деталях. Их действие сходно с действием фильтра Unsharp Mask, используемого в графических программных пакетах. Правильно настроенный корректор четкости позволяет значительно улучшить субъективное восприятие изображения. Часто у зрителя возникает устойчивая иллюзия, что камера с хорошим корректором четкости превосходит конкурирующие марки по разрешающей способности при прочих равных условиях. Это, конечно же, не совсем верно.

Хорошая четкость способна улучшить субъективное восприятие, но помочь различить и опознать объект на экране монитора зачастую она не в силах.

На разрешение камеры влияют два фактора: количество горизонтальных элементов матрицы и полоса частот видеосигнала, формируемого камерой.

Для того, чтобы определить разрешение, обычно пользуются специальной телевизионной тест - таблицей, в которой изображены группы линий, расстояние между которыми соответствует определенному разрешению; при этом разрешение камеры определяется по тому участку таблицы, где линии в группе перестают быть различимы раздельно.

Разрешение (разрешающая способность) определяется, как количество переходов (в видимой части растра) от черного к белому или обратно, которое может быть передано камерой. Поэтому единица измерения разрешения называется телевизионной линией (ТВЛ). Разрешение по вертикали у всех камер стандарта CCIR (кроме камер совсем уж плохого качества) одинаково, ибо ограничено телевизионным стандартом - 625 строк телевизионной развертки. Основное различие камер состоит в разрешении по горизонтали, и именно оно обычно указывается в технических описаниях. К сожалению, существующее определение разрешающей способности не совсем приспособлено для современных CCD-камер.

Основные различия в разрешающей способности камер связаны с применяемыми в них матрицами. И тут многих подстерегает сюрприз! Оказывается, большинство производителей камер используют в своей продукции одни и те же матрицы. Причем большинство выпускаемых матриц ПЗС имеют в строке: обычные около 500, высокого разрешения около 760 элементов. В связи с этим, представляется разумным подразделять камеры на устройства со стандартным разрешением (380 ТВЛ) и устройства высокого разрешения (570 ТВЛ).

Объясняется это следующим.

Дискретная точечная структура матрицы приводит к эффекту «биения» при наблюдении полосатой картинки. Например, если у матрицы 520 элементов по горизонтали, то, направив ее на тестовую таблицу, содержащую 260 черных и 260 белых линий, мы увидим четкую картинку из 520 линий. Однако если сместить изображение на половину ячейки матрицы, то на каждую ячейку попадет половинка черной и половинка белой линии. Эта камера может, в принципе, передать 520 линий (однако очень неустойчиво). Принято считать, что надежно в таком случае передается количество линий, не превышающее 3/4 от числа ячеек. То есть камера с 520 элементами имеет разрешение 390 ТВЛ. В настоящее время такой подход практически закрепился в стандартах.

Однако многие производители предпочитают опираться на результаты собственных не сертифицированных тестов, в которых применяются специальные штриховые миры. Источники погрешностей таких тестов связаны с применением нестандартных мир, с неточным их позиционированием и с погрешностью определения разрешаемых штрихов.

Последний фактор следует прокомментировать особо. Никогда не бывает так, чтобы, скажем, 380 линий различить было можно, а 390 уже нельзя. При увеличении числа линий контраст падает плавно, и корректней было бы говорить о предельном числе линий, при наблюдении которых контраст снижается до некоторого заданного уровня. При этом важно то, как размещаются штрихи в кадре (радиально или тангенциально) и в какой части кадра они находятся (в центре или с краю). Однако реальные методики определения разрешающей способности производителями камер остаются для потребителей неизвестными. Вывод следующий: когда на рынке предлагают камеры с разрешением 380, 400 и 450 линий, то в большинстве случаев речь идет о камерах с одинаковым разрешением.

Для передачи сигнала 390 ТВЛ необходима полоса частот 3,75 МГц (195 периодов на 52 мкс активной части строки телевизионной развертки). В настоящее время создание полупроводниковых усилителей не представляет проблемы, поэтому полоса пропускания усилителей камеры обычно значительно (в 1,5-2 раза) превосходит необходимую. Так что это еще раз подтверждает, что разрешение ограничивается именно дискретностью структуры ПЗС-матрицы.

Иногда факт применения хорошего электронного усилителя называют терминами «resolution enhancement» или «edge enhancement». Однако надо отдавать себе отчет в том, что применение высококачественного усилителя не улучшает собственно разрешение, этим улучшается только четкость передачи границ черного и белого, да и то не всегда.

Однако есть случай, когда никакие ухищрения современной электроники не позволяют поднять полосу пропускания видеосигнала выше 3,8 МГц. Это композитный цветной видеосигнал. Поскольку сигнал цветности передается на поднесущей (в стандарте PAL на частоте около 4,43 МГц), то сигнал яркости принудительно ограничивается полосой 3,8 МГц. (Строго говоря, стандарт предполагает применение гребенчатых фильтров для разделения сигналов цветности и яркости, однако в реальности оборудование имеет простые фильтры нижних частот). Это соответствует разрешению около 400 ТВЛ.

В настоящее время некоторые производители декларируют разрешающую способность своих цветных камер 480 и более ТВЛ и, как правило, не акцентируют внимание на том, что это разрешение реализуется лишь в том случае, если сигнал снимается с Y-C ( S-Video ) или компонентного ( RGB ) выхода. В этом случае сигналы яркости и цветности передаются двумя (Y-C) или тремя ( RGB ) отдельными коаксиальными кабелями от камеры к монитору. При этом монитор, а также все промежуточное оборудование (коммутаторы, мультиплексоры, видеомагнитофоны и т. д.) также должны обладать входами/выходами типа Y-C (или RGB). В противном случае, единственный промежуточный элемент, обрабатывающий композитный видеосигнал, ограничит полосу пропускания упомянутыми 3,8 МГц и сделает все затраты на дорогие камеры бесполезными.

Обратите внимание, что параметр «разрешение» имеет отношение не только к ПЗС- матрице в камере, но и ко всем цифровым приборам, например: мультиплексоры, квадраторы, цифровые синхронизаторы и т. д. Они также ограничивают общее разрешение системы теленаблюдения.
Важно знать, что разрешение системы в целом определяется тем компонентом, который имеет самое низкое разрешение, т. е., если камера имеет разрешение 430 линий, а монитор - 200, то изображение на экране будет воспроизведено с разрешением лишь в 200 линий. Разрешение может меняться при различных условиях освещенности, при низкой освещенности оно обычно снижается.