Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.
 

Камеры с режимом широкого динамического диапазона

Встречная засветка и наличие слишком темных или ярких областей в кадре не являются помехой качественному изображению, если вы используете видеоустройство WDR - камеру с широким динамическим диапазоном. Целесообразно применение камер такого типа в ситуациях, когда объект наблюдения располагается напротив окон, в проеме двери, который освещен сзади, либо, когда объекты сильно контрастируют друг с другом.

Динамический диапазон можно определить отношением наиболее яркого фрагмента к наиболее темному, в пределах одного кадра. Данное отношение еще называют максимальным контрастом.

Проблема динамического диапазона

Данный параметр является строго ограниченным. Динамический диапазон видеоустройств более узок, нежели тот же параметр для реальных объектов, ландшафтов, фотографии. Оптимальными условия применения камер по части освещения назвать сложно. В качестве примера можно привести объекты, находящиеся на фоне предметов, которые ярко освещены, либо те, что расположены на фоне встречного света. Объекты и их детали на изображении получатся слишком темными, это связано с адаптацией видеоустройства к средней яркости кадра, которая слишком высока. Нередко возникают ситуации с появлением пятен на изображении, их трудно передать стандартными камерами в связи с большой градацией яркости.

Хорошим примером может послужить обычная улица, которая освещена солнцем, а деревья отбрасывают тени. Контраст темных и светлых областей в вышеприведенной ситуации будет составлять 300:1 – 500:1. Пролеты ворот или арок, которые подсвечены солнцем, будут контрастировать в пределах 10000:1, а темная комната, расположенная напротив окна – 100000:1.

Ограничивают ширину динамического диапазона следующие факторы:

• диапазоны фотоприемника;
• диапазон обрабатывающего процессора;
• диапазон дисплея;
• интенсивность контраста ПСЗ-матриц (CCD), максимальное значение составляет 1000:1;
• тепловые шумы датчика. Из-за этой помехи ограничивается наиболее темный сигнал;
• сумма заряда в пикселе. Это явление ограничивает наиболее яркий сигнал. Типовые матрицы выстраивают таким образом, чтобы в этом заряде было около 1000 темновых зарядов, которые обусловлены температурой ПСЗ-матрицы.

Для применения камер с целью выполнения специальных задач динамический диапазон можно увеличить. Это достигается путем понижения температуры ССD и применения специализированных систем обработки и считки. К такому способу прибегают для проведения научных исследований или работ в области астрономии, но в виду дороговизны удовольствия делается это лишь в исключительных случаях.

Число задач, где размер динамического диапазона должен составлять порядка 65-75 дБ (1:1800 – 1:5600), достаточно велико. Отображаемая сцена, диапазон которой составляет 60 дБ, потеряет часть деталей, расположенных в темных зонах из-за помех типа «шум».

Детали, расположенные в ярких зонах, также будут потеряны вследствие насыщения или обрезки диапазона. Сигнал ПСЗ-матрицы, при работе в «живом» режиме, будет сильно ограничиваться – значение его динамического диапазона упадет до 48 дБ – влияние на это оказывают, прежде всего, системы считывания, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и усилители. Если подобрать соответствующие АЦП и способ обработки видеосигнала, то диапазон будет расширен почти в два раза – 10-14 бит. Тем не менее, подобное решение не всегда целесообразно в виду своей непрактичности.

При некоторых типах схем, которые задействуют нелинейное преобразование в виде логарифмической функции, сжимают сигнал матрицы до диапазона в 8 бит. Подобный метод также негативно сказывается на деталях изображения.

Еще одной причиной, ограничивающей диапазон, является вывод изображения на дисплей. Если монитор типа «CRT» находится внутри хорошо освещенной комнаты, то его динамический диапазон составит 40 дБ. LCD-мониторы еще сильнее ограничены в этом плане. Даже если ограничить видеосигнал видеотракта до контраста 1:200, при показе он все равно уменьшится в динамическом диапазоне. Пользователю придется настраивать яркость монитора и контраст для оптимизации показа. Для отображения картинки с максимальным контрастом частью динамического диапазона придется пожертвовать.

Продолжение читайте в статьях

Типовые решения увеличения динамического диапазона съёмки

Типовые решения увеличения динамического диапазона съёмки. Часть 2

Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.