Курс лекций по специальному курсу «Физические основы формирования изображений» (стр. 11 )

Глаза людей и животных обладают способностью отражать свет, попадающий в них. Так как задняя стенка глазного яблока вогнута, а перед ней расположена собирательная линза – хрусталик, то получается световозвращатель. Благодаря оптическим свойствам глаза сильный свет, например, свет автомобильных фар или фотовспышки, отражается от глазного дна.

У человека отблеск будет красного цвета благодаря цвету кровеносных сосудов глазного дна и зрительного пурпура. Именно поэтому не рекомендуется фотографировать людей крупным планом со вспышкой на цветную пленку. У портретов, сделанных с нарушением этого правила, красный цвет глаз. Эффект особенно заметен при слабом освещении, когда зрачки максимально расширены.

У многих животных, особенно у тех, которые ведут преимущественно ночной образ жизни, под сетчаткой глаза расположен тапетум, или отражательная оболочка. Это слой серебристых кристалликов гуанина, того же вещества, которое придает блеск рыбьей чешуе. Тапетум может иметь различную окраску – синеватую, зеленоватую или желтоватую, в зависимости от цвета пигментации.

В обычном глазу значительное количество света проходит сквозь сетчатку, не вызывая реакции ее чувствительных клеток. Тапетум отражает свет, направляя его на сетчатку еще раз, то есть свет используется дважды. Такое устройство глаза значительно повышает его чувствительность. Например, кошка способна ясно видеть окружающие предметы при освещенности в шесть раз меньшей той, что нужна человеку.

Если стоять прямо перед животным, можно видеть заметный блеск, даже если глаза отражают всего лишь слабое свечение ночного неба. В темноте этот блеск наиболее заметен. При полном отсутствии света глаза животных не светятся.

Тапетум не обязательно покрывает все глазное дно. Он может подстилать лишь часть сетчатки, в форме полумесяца, треугольника или ромба. В таких случаях можно наблюдать любопытный эффект, связанный с тем, что тапетум дает сильный сине-зеленый отблеск, а глазное дно без тапетума – более слабый, красный. При съемке со вспышкой удается сделать снимок, на котором два глаза одного животного светятся разным цветом или в одном глазу видны два цвета. Такое сложное устройство глаза не зря навело человека на мысль, что глаз сугубо индивидуальный орган, а со временем и то, что он зеркало общего состояния организма, будь то человек или животное. Я не зря подвожу к этому, так как основной целью данной работы является именно исследование и анализ основных характеристик радужной оболочки.

Распознавание образов (объектов, сигналов, ситуаций, явлений или процессов)-едва ли не самая распространенная задача, которую человеку приходится решать практически ежесекундно от первого до последнего дня своего существования. Для решения этой задачи человек использует огромные ресурсы своего мозга, включая одновременно около 10-12 млрд. нейронов. Именно это дает возможность людям мгновенно узнавать друг друга, с большой скоростью читать печатные и рукописные тексты, безошибочно водить автомобили в сложном потоке уличного движения, осуществлять отбраковку деталей на конвейере, дешифровать аэро - и космические фотоснимки, разгадывать коды, древнюю египетскую клинопись и т. д.

Глаз человека чувствует излучение 10-17 l = 10нм (»25квантов/сек). Динамический диапазон 200 децебел. Разрешение по контрасту 10-3.Человек видит колбочками d = 5мкм. Угол поля зрения человеческого глаза: вертикальный – 1250; горизонтальный – 1500.По цвету человек различает изменение длины волны на 1нм. Инертность глаз человека: 0,05 – 2с. Он разрешает в поле 105 элементов изображения, 600 ступеней яркости. Это порождает световой поток – 106 элементов канала. Получает информацию ~ 1Мбайт/сек.

15. Приборы наблюдения

Оптическим компонентом приборов наблюдения является объектив. Все разнообразие объективов можно классифицировать по различным признакам. Из которых для фотографа самой важной характеристикой объектива будет его угол поля зрения (изображения)

 1). В зависимости от угла зрения характер получаемого объективами изображения различен, т. к. изменяются масштабы объектов, расположенных на разном расстоянии. Например, снимки, сделанные остроугольными объективами кажутся сжатыми в глубину, а широкоугольными — удлиненными.

Однако, чисто технически, в первую очередь указывается другая величина: фокусное расстояние, выраженное в миллиметрах (реже — в сантиметрах). В отличие от угла поля зрения, которое определяется форматом кадра, фокусное расстояние — величина независимая.

Кроме деления по фокусному расстоянию, объективы подразделяются на различные типы по конструктивным особенностям и применению: штатные, макрообъективы, зеркальные, портретные объективы, монокли и т. д., по схемному решению — типу оптической схемы, и по другим признакам.

В связи с тем, что большинство объективов рассчитано для определенных форматов кадровых рамок (кадров), то их можно условно подразделить на следующие группы:
1-я группа — объективы, у которых фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра. Такие объективы принято называть нормальными. Для формата 24×36 мм диагональ кадра приблизительно равна 43 мм, для формата кадра 6×6 см диагональ кадра примерно равна 85 мм.
2-я группа — объективы, у которых фокусное расстояние меньше диагонали кадра (часто указывается: меньше 0,9 диагонали изображения). Такие объективы называются короткофокусными.
3-я группа — объективы, у которых фокусное расстояние больше диагонали кадра (часто указывается: больше 1,5 диагонали изображения). Такие объективы называются длиннофокусными. В последнюю группу также входят и так называемые телеобъективы.

Указываемый в характеристиках объективов угол — есть угол поля изображения, образованный двумя главными лучами, проходящими через два противоположных угла кадрового окна, ограничивающего размеры получаемого изображения.

Из группы широкоугольных объективов выделяются: подгруппа сверхширокоугольных объективов, характеризующихся большими углами поля зрения, равными двум нормальным углам и более (в литературе приводится значение >83°), и подгруппа дисторзирующих объективов типа «рыбий глаз» (английское название: fish eye), имеющих углы поля зрения от 120° и более. Из длиннофокусных объективов выделяются сверхдлиннофокусные, имеющие углы поля зрения меньшие 9°. Диапазон фокусных расстояний объективов, используемых с малоформатными фотоаппаратами, составляет от 6 до 2000 мм (углы поля зрения приблизительно равны от 150° до 1°), в любительской практике более распространены фокусные расстояния от 20 до 200 мм.

Объективы могут иметь возможность получать изображение различного масштаба при съемке с одной и той же точки. Фокусное расстояние у таких объективов, соответственно, изменяется. Оптические системы переменного увеличения разделяются на устройства с дискретным и непрерывным изменением увеличения. Последние, называемые панкратическими, условно 3) подразделяются на вариообъективы и трансфокаторы.

У вариообъектива изменение масштаба изображения осуществляется посредством непрерывного перемещения одного или нескольких компонентов вдоль оптической оси. Трансфокатор представляет собой систему, состоящую из афокальной панкратической насадки с переменным угловым увеличением и неподвижного объектива с постоянным фокусным расстоянием.

С точки зрения расчета 4), у вариообъективов оптическая система корригирована в отношении всех аберраций как единое целое, а у трансфокаторов, т. е. систем «насадка — объектив» — собственно объектив и расположенная впереди его насадка переменного увеличения корригируются независимо и самостоятельно в отношении всех аберраций, за исключением остаточной положительной кривизны поля собственно объектива, которая компенсируется отрицательной кривизной поля, вносимой афокальной насадкой.

С эксплуатационной точки зрения обе группы объективов почти тождественны, за исключением случая, когда афокальная насадка может устанавливаться позади объектива. Панкратические объективы дают изображение худшего качества, нежели равные им по уровню технологии изготовления объективы с неизменяемым фокусным расстоянием.

Безотносительно размеров кадра, нормальными объективами называются такие, фокусное расстояние которых больше вершинного фокусного расстояния и меньше расстояния от первой преломляющей поверхности объектива до плоскости изображения. Часто указывается, что угол поля зрения таких объективов примерно равен углу четкого зрения глаза человека, однако главная особенность «настоящих» нормальных объективов заключается в том, что получаемые при съемке ими объекты на фотографии имеют пропорции, близкие к наблюдаемым невооруженным одним глазом. В литературе подобные объективы, для подчеркивания именно этого аспекта, иногда называют «натуральными».

Отличительной особенностью телеобъективов являются сравнительно малые габариты при больших фокусных расстояниях. Это обеспечивается особым построением оптической схемы за счет вынесения главных оптических плоскостей вне объектива.

Реверсивными (обратными) телеобъективами называются такие объективы, фокусное расстояние которых равно или меньше заднего вершинного фокусного расстояния. Такие, как бы перевернутые телеобъективы, — короткофокусные.

В отечественной практике объективы маркировались следующим примерным образом:
MC Вариозенитар-K 2,8-3,5/25-45, где: MC — признак многослойного просветления, Вариозенитар — марка объектива, K — дополнительный буквенный индекс, здесь — тип крепления (байонетная оправа типа «K»), 2,8-3,5 — диапазон максимальных относительных отверстий, в нашем случае: от 1:2,8 до 1:3,5 на различных фокусных расстояниях,25-45 — диапазон фокусных расстояний в миллиметрах. Дополнительные буквенные индексы (А, Б, В, Д, K, М, Н, С, Т, У, Ц, Ш и другие) и один цифровой индекс («2») использовались в маркировке объективов для обозначения типа крепления, назначения объектива, выделения особых конструктивных признаков и даже для указания места изготовления.

Объективы до 1980 г. имели, как правило, собственные номера: Юпитер-21М 4/200, где: Юпитер — название марки объектива, иногда говорящей об оптической схеме, иногда — о производителе, 21 — условный номер разработки, обычно ни к чему не привязанный,
М — дополнительный буквенный индекс, здесь — признак моргающей (мигающей) диафрагмы, 4 — максимальное относительное отверстие 1:4, 200 — фокусное расстояние объектива в миллиметрах. В тексте и в обозначениях использовалась следующая запись фокусного расстояния: «F'=200» — с обязательным штрихом, что правильно с формально-научной точки зрения, но совершенно излишне для потребителя (когда в научной или технической литературе речь идет о расстояниях до фокусировочной плоскости, эти расстояния помечаются штрихом, для отличия от расстояний до объекта, которые считаются главными).

В иностранной практике (за исключением немецких производителей фототехники) в текстах используется несколько другой порядок в обозначениях — сначала указывается фокусное расстояние, как наиболее главная характеристика, а затем, через дробь — относительное отверстие (50/2 вместо отечественного 2/50). Такой порядок представляется более правильным, нежели заимствованный в отечественную практику из Германии, так как полностью соответствует определению относительного отверстия. В англоязычной литературе фокусное расстояние обозначается прописным «f», в немецкой литературе — заглавным «F».

На объективах можно встретить различный порядок следования данных, для примера приведем обозначения объектива с фокусным расстоянием в 50 мм и максимальным относительным отверстием 1:2 — 2/50, 1:2/50, 1:2 f=50mm, 50mm 1:2.0, f=50mm 1:2, 50mm F2 и т. д.

Рассмотрим основные особенности применения приборов наблюдения, ориентируясь на опыт фирмы «ЭВИСИ» Россия.

При построении приборов наблюдения, особое внимание обращают на наблюдение ночью. Выбирают камеры с чувствительными фотоприемниками, светосильные асферические объективы, применяют систему искусственной подсветки объектов и территорий. При этом часто забывают об особенностях наблюдения днем, считая, что если света много, то и так все будет видно. Однако, именно при ярком солнечном свете возникают ситуации, когда на изображении, формируемом охранной камерой возможна потеря не только больших участков, но и всего изображения. Рассматрим особенности наблюдения при ярком солнечном освещении.

Главной причиной, приводящей к ухудшению качества наблюдения в дневных условиях, является высокий абсолютный контраст изображения, то есть, отношение освещенностей самого яркого и самого темного из наблюдаемых объектов. Ночью абсолютный контраст может быть менее 100, в случае, когда объекты освещены рассеянным светом ночного неба.

Рис. 15.1. Иллюстрация увеличения контраста изображения при увеличении освещенности.

Днем абсолютный контраст увеличивается до десятков тысяч, а при попадании Солнца в поле зрения телевизионной камеры и до миллиона раз. Такое увеличение контраста вызвано условиями освещенности сложной поверхности от единственного источника света – Солнца. Освещенность объектов в тени может уменьшаться до 100 люкс и менее, при освещенности светлых поверхностей под прямым солнцем более 100000 люкс. Освещенность бликов от блестящих поверхностей и воды может доходить до 10 6 люкс, а эквивалентная освещенность диска Солнца по некоторым оценкам достигает 108 люкс, то есть 100 миллионов люкс. Ни одна телевизионная камера не в состоянии наблюдать одновременно (в одном поле зрения) объекты, отличающиеся по освещенности в десятки и сотни тысяч раз. В таких ситуациях неизбежны потери видеоинформации на некоторых участках изображения. Задача проектировщика состоит в сведении к минимуму потерь, возникающих при работе телевизионной системы в условиях световых перегрузок.

Отличия естественного и телевизионного наблюдений

Диапазон воспринимаемых глазом освещенностей приближается к миллиарду. Однако, днем мы не видим звезд на небе, хотя абсолютный контраст небо – звезды не более десяти тысяч. Дело в том, что контрастная чувствительность человеческого глаза всего 2%, поэтому различимый абсолютный контраст не превосходит 50. Отдельные участки миллиардного диапазона глаз может рассматривать только по очереди, адаптируясь к каждому участку освещенности. Наблюдая за местностью, человек по очереди переводит взгляд с одного объекта на другой. Если объект яркий, то человек прищуривается. Присматриваясь к объекту в тени, наблюдатель защищает глаза от слепящего Солнца ладонью. Наблюдение большого диапазона освещенностей человеческим глазом возможно только путем перевода взгляда с темных на яркие объекты и обратно.

Камера прибора наблюдения, обычно, закреплена неподвижно. Поэтому, в ее поле зрения объекты с большим абсолютным контрастом могут попадать одновременно. Оператор телевизионной системы наблюдает изображение на видеомониторе небольших размеров. В результате, система "камера – монитор – глаз" не обладает преимуществами, возникающими при естественном наблюдении за счет перевода взгляда и поочередного рассматривания ярких и темных объектов. Далее мы будем обсуждать возможность телевизионного наблюдения объектов с различной освещенностью одновременно, то есть "в одном телевизионном поле". В этом случае неизбежна потеря видеоинформации на ярких и темных участках сцены. Дополнительное сужение наблюдаемого контраста происходит из-за недостаточной яркости экрана монитора и искусственного освещения внутри помещения. Эквивалентная освещенность экрана монитора менее 500 люкс, что ухудшает контрастную чувствительность глаза, максимальную только в области нескольких тысяч люкс. При наблюдении изображений на цветных, и тем более компьютерных видеомониторах (эквивалентная освещенность экрана последних менее 100 люкс) диапазон наблюдаемых освещенностей глазом уменьшается еще больше. Поэтому, при телевизионном наблюдении освещенных Солнцем территорий и объектов, необходимо использовать мониторы с максимальной яркостью свечения экрана. Высококонтрастный монитор с большим размером экрана расширит диапазон наблюдаемых освещенностей и уменьшит вероятность потери части изображения при сложных условиях освещения.

Световое изображение проецируется объективом на фоточувствительные элементы матрицы CCD. Динамический диапазон элементов определяет диапазон рабочих освещенностей телевизионной камеры в одном поле. Фотоны света, преобразуются в фотоэлектроны, попадая в фоточувствительные ячейки, поэтому при расчете сигнальных и шумовых характеристик удобно использовать единицу измерения заряда – электрон.

Зависимость максимального контраста от площади фоточувствительного элемента

Максимальный контраст определяется отношением максимального и минимального различаемых уровней заряда в элементах. Максимальный уровень заряда называется управляющей способностью CCD, которая пропорциональна геометрической площади и глубине потенциальной ямы элемента. В матрицах CCD зарядовые пакеты, перемещаясь к выходному устройству, проходят несколько секций переноса заряда. Наименьшими потенциальными ямами обладают элементы секций накопления и хранения, которые в первую очередь ограничивают уровень заряда. В современных матрицах CCD форматами 1/6 – 1/2 дюйма с объемным каналом переноса заряда управляющая способность элемента находится в пределах от 12000 до 300000 электронов. Минимальное количество электронов, определяется среднеквадратическим значением шума считывания матрицы CCD и составляет 20 – 40 электронов в зависимости от емкости затвора первого транзистора выходного устройства. Следовательно, динамический диапазон современных CCD камер находится в пределах от 600 до 7500. Чтобы получить значения максимальных контрастов, следует разделить эти значения на 10, так как, только начиная с такого отношения сигнал/шум можно различать объекты на изображении. Подставляя из справочных данных площадь фоточувствительных элементов, можно найти максимальный контраст для матриц CCD разных форматов и разрешения.

Ограничение контраста в режиме электронного затвора. "Смаз" и растекание зарядового изображения в матрице CCD

При использовании объективов с постоянной диафрагмой, для адаптации камеры к уровню освещенности используют режим электронного затвора (electronic shutter). В этом режиме при увеличении освещенности автоматически уменьшается время накопления заряда в матрице CCD, а значит и чувствительность. Современные камеры обеспечивают минимальное время экспозиции от 1/10000 до 1/100000 секунды. Но даже последнего значения недостаточно для надежного наблюдения объектов, освещенных солнечным светом. При установке в камеру стандартного малогабаритного объектива с резьбой М12 и относительным отверстием F 1,8, при экспозиции 1/100000 матрица CCD перестает видеть при освещенности на объекте более 30000 люкс, что недостаточно для наблюдения при солнечном освещении. При наблюдении будут потеряны изображения белых стен зданий, снега, облаков, и тем более, блестящих на Солнце объектов. Казалось бы, можно уменьшить время накопления до одной миллионной секунды и менее, что схемотехнически не сложно. Но уменьшению времени накопления в стандартных матрицах CCD препятствует "смаз" изображения. На параметр "Smear" равный 0,005% для стандартных матриц CCD обычно не обращают внимания, как на малозначительный. Однако, столь малая величина "смаза" получается только при полном времени накопления равном 20 миллисекунд. При экспозиции 1/100000 секунды сигнал "смаза" возрастает в 2000 раз и становится равным 10%, что проявляется в виде хорошо заметных "белых полос" сверху и снизу ярких объектов на изображении. Если же, освещенность объекта выше максимальной освещенности более чем в 10 раз (нить накаливания лампы, Солнце), то величина "смаза" превышает 100% и возникает эффект "растекания заряда по поверхности матрицы CCD" – блюминга (Blooming). В 1999 году фирма SONY освоила в производстве новое поколение матриц CCD под торговой маркой EXWAVEHAD.

Рис. 15.2 Иллюстрация "смаза" изображения и эффекта растекания заряда при наблюдении нити накаливания в камере на матрицах CCD фирмы SONY.

а) стандартная матрица CCD ICX055BL б) EXWAVEHAD матрица CCD ICX255AL

В рекламе на эти камеры максимальное внимание обращалось на улучшенную чувствительность матриц CCD серии EXWAVEHAD. Но не было отмечено другое преимущество новых матриц – в 30 раз меньший уровень "смаза" при наблюдении ярких объектов.

Значительно меньшая величина смаза от ярких объектов улучшает качество изображения в камерах на новых матрицах SONY при работе днем в условиях световых перегрузок. Однако, нужно отметить, что в большинстве новых камер не реализованы все преимущества матриц серии EXWAVEHAD. Это объясняется тем, что другие комплектующие изделия камер (синхрогенераторы, драйверы, усилители) рассчитаны на работу в стандартных режимах, соответствующих обычным матрицам CCD.

Рис. 15.3. Зависимость интегрального сигнала "смаза" изображения для камер на стандартной матрице CCD ICX055BL и EXWAVEHAD CCD типа ICX255AL от времени накопления при частоте полей 50 Гц.

Из рисунка видно, что в EXWAVEHAD CCD можно на порядок уменьшить минимальное время экспозиции в режиме электронного затвора, по сравнению со стандартными CCD, что позволит расширить диапазон рабочих освещенностей в камере с объективом с постоянной диафрагмой до 100000 люкс. Этого значения достаточно для надежного наблюдения объектов при солнечном освещении.

Влияние режима матрицы CCD на устойчивость к световым перегрузкам

Качество работы камеры при сильных световых перегрузках (Солнце или прожектор в поле зрения) зависит не только от размера фоточувствительной ячейки (формата и числа элементов матрицы CCD) и типа объектива. В значительной степени, способность выдерживать перегрузки определяется методикой настройки и схемой телевизионной камеры. Многие производители камер в погоне за низкой себестоимостью упрощают схемы, исключая подстроечные элементы. В результате, из-за разброса параметров матриц CCD, камеры одной и той же модели значительно отличаются друг от друга по перегрузочной способности.

Рис. 15. 4. Иллюстрация уменьшения перегрузочной способности камеры на матрице CCD при неправильно установленных режимах Xsub и RZ

Помимо оптимальной настройки режимов, заметное влияние на качество наблюдения при ярком свете оказывает схема управления матрицей CCD. При перегрузке в несколько раз возрастает ток по цепям вторичного питания, поэтому от их мощности и стабильности зависит точность поддержания режима, а следовательно и степень проявления эффекта растекания заряда. Следует отметить, что, как правило, режимы, обеспечивающие оптимальность наблюдения ночью и днем различны. В результате разработчики камер выбирают компромиссный режим, что приводит к дополнительным потерям изображения при перегрузках. Например, для улучшения точности схемы привязки уровня "черного" при малой освещенности, в камерах на матрицах SONY, Samsung, SHARP фиксация уровня выполняется как по передним, так и по задним холостым элементам CCD. При световых перегрузках, растекающийся заряд попадает в "задние холостые элементы", что приводит к искажению работы схемы фиксации, вплоть до полной потери изображения, в случаях, когда изображение яркого объекта проецируется на правый край матрицы CCD.

Рис. 15.5. Уменьшение площади растекающегося заряда в камере VBP-551 с адаптивным режимом CCD – а), по сравнению со стандартной камерой WAT-902H –б). В камерах был установлен один и тот же объектив c постоянной диафрагмой F(1,8). Эквивалентная освещенность спирали лампы накаливания мощностью 75 Вт около 106 люкс

Для расширения диапазона рабочих освещенностей камер, нужно изменять режим работы матрицы CCD днем и ночью. Максимальный выигрыш от переключения режимов матрицы CCD в ночных и дневных условиях, достигается в камерах на матрицах CCD серии EXWAVEHAD. Например, в камере VBP-551 производства российской фирмы ЭВС при использовании объективов с постоянной диафрагмой обеспечивается наблюдение объектов с освещенностью 100000 люкс и устойчивость при световых перегрузках. Такие характеристики обеспечиваются минимальным временем экспозиции в режиме электронного затвора 1/1000000 секунды и адаптивным переключением режимов CCD день – ночь.

Ограничение контраста в объективах. Рассеяние света в линзах, блики и искажения.

Важнейшим элементом телевизионной камеры, определяющим качество изображения при ярком солнечном свете, является объектив. Различия в качестве объективов, даже в рамках одного класса очень велико. Следует отметить, что для эффективной работы днем в условиях световых перегрузок, важными становятся некоторые параметры, не регламентированные в паспортных данных на большинство имеющихся на рынке объективов.

Минимальное относительное отверстие диафрагмы объектива обычно указывается в паспортных данных и находится в пределах Fмин.= (32.....360). Диапазон регулирования освещенности с помощью диафрагмы равен квадрату отношения минимального и максимального относительных отверстий. Для стандартных объективов при полностью открытой диафрагме обычно Fмакс.=1,2. Учитывая, что максимальная рабочая освещенность, пересчитанная на объект при времени накопления 20 мс (выключенный режим электронного затвора), составляет примерно 20 люкс, можно определить максимальную допустимую освещенность, обеспечиваемую данным объективом.

Диапазон регулирования освещенности и максимальная наблюдаемая освещенность на объекте в зависимости от минимального относительного отверстия АРД объектива.

Минимальное относительное отверстие	32	64	128	360
Диапазон регулирования освещенности	700	2800	11000	90000
Максимальная освещенность на объекте лк.	14000	50000	200000	1000000
Применение при солнечном свете	Нет	Нет	Да	Да

Из таблицы видно, что простые АРД объективы с минимальными относительными отверстиями F(32) и F(64) непригодны для использования при ярком солнечном свете. Нужно отметить, что для надежной работы камеры в условиях световых перегрузок необходим не только широкий диапазон регулирования освещенности в объективе, но и линейность регулирования, особенно на конечном участке, когда диафрагма объектива почти закрыта. При недостаточной линейности возможно самовозбуждение (мигание изображения) в системе камера – объектив при максимальных уровнях освещенности. К сожалению, регулировочная характеристика, как правило, не приводится в паспортных данных на объективы. Лучшими по линейности являются широкодиапазонные объективы с миниатюрными пленочными светофильтрами, установленными на участки диафрагмы объектива.

Блики и искажения, обусловленные диафрагмой объектива.

При неудачной конструкции объектива, из-за отражения света от его внутренних поверхностей и, в первую очередь от диафрагмы, образуются блики. Как правило, максимальный уровень бликов имеют объективы с минимальным диапазоном регулирования диафрагмы.

Рис. 15.6. Наблюдение яркого источника света через объектив с сильными бликами.

При определенных углах между осью объектива и осью, направленной на яркий объект уровень бликов может стать недопустимым и приводит к частичной потере изображения при попадании яркого источника в поле зрения телевизионной камеры. К сожалению, никаких параметров, касающихся бликов объективов в паспортных данных не приводится, поэтому, приходится вести самостоятельный статистический отбор объективов, имеющих минимальные блики.

Рассеяние и переотражения света в линзах и внутри объектива.

Дополнительное ограничение на возможность наблюдения максимального контраста в одном поле накладывает рассеяние света в линзах и переотражение света от стенок и других внутренних элементов объектива. Ухудшает ситуацию и то, что современные матрицы CCD чувствительны в ближнем ИК диапазоне. Поэтому черные и матовые на первый взгляд внутренние поверхности объектива могут оказаться "белыми" в инфракрасной области спектра и усилить вредный эффект. Рассеяние света в линзах и переотражения света внутри объектива проявляются как дополнительная, ровная подсветка, уменьшающая контраст изображения. На первый взгляд, это может показаться полезным, как естественный способ уменьшения контраста. На самом деле рассеяние света приводит к двум отрицательным моментам:

·  Возрастает шум в темных участках изображения, так как к шуму считывания выходного устройства добавляется значительно больший по величине фотонный шум паразитной подсветки, при этом безвозвратно теряются темные детали изображения.

·  Происходит заметное "расширение" границ ярких объектов, при этом расширенные границы маскируют и не позволяют наблюдать близлежащие темные объекты.

Рис. 15. 7. Иллюстрация расширения границ яркого объекта в объективах со значительным светорассеянием.

К сожалению, характеристики светорассеяния также не приводятся в паспортных данных на объективы, поэтому, также необходимо вести статистический учет по этому параметру самостоятельно. Нужно отметить, что светорассеяние в объективах с пластмассовыми линзами заметно больше, чем в стеклянных. Поэтому, для камер, работающих в условиях яркого солнечного света, целесообразно использовать объективы только со стеклянными линзами. Меньшее светорассеяние оказывается и в объективах с линзами, на которых нанесены специальные интерференционные пленки, ослабляющие инфракрасную составляющую спектра. Однако, использовании таких объективов не всегда допустимо, так как с ними в 2 -3 раза ухудшается чувствительность черно-белых камер ночью.

Гамма коррекция.

Гамма коррекция является обязательным элементом любой телевизионной камеры. С помощью этого вида нелинейной обработки сигнала происходит согласование логарифмического закона восприятия освещенностей человеческим глазом с линейной зависимостью свет-сигнальных характеристик камеры и видеомонитора. Упрощенно говоря, гамма коррекция состоит в дополнительном усилении слабых уровней сигнала. В камерах используют различные степени гамма коррекции от 0,7 до 0,45.

Рис. 15.8. Амплитудные характеристики узла гамма коррекции в микросхеме CXA1310AQ (SONY), которая применяется во многих современных черно-белых телевизионных камерах.

При работе камеры в условиях солнечного света, целесообразно устанавливать меньшее из возможных значений гамма коррекции – 0,45, что позволит несколько расширить диапазон наблюдаемых освещенностей сверху. Режим гамма коррекции, создает комфортное, "правильное" визуальное соотношение освещенностей, и сдвигает вверх нижний уровень наблюдаемых освещенностей. Но указанное преимущество достигается ценой следующих недостатков: