[ журнал «ProSystem CCTV», № 6, ноябрь-декабрь 2007 г. ]

Версия для печати

Реальные возможности телекамер с расширенным динамическим диапазоном

Целью очередного тестирования телекамер мы сделали оценку реальных возможностей современных технологий расширения динамического диапазона. Впервые в индустрии охранного телевидения и видеонаблюдения об этом начали говорить уже достаточно давно, и к настоящему времени первые идеи трансформировались в серьезные разработки, которые уже насчитывают несколько поколений. Практическая потребность в технологиях расширения динамического диапазона, разумеется, присутствует, но их внедрение не должно негативно сказываться на других характеристиках телекамер, таких как разрешающая способность и минимальная освещенность. В данном тестировании традиционно были проведены измерения минимальной освещенности, разрешающей способности, максимального отношения сигнал/шум, точности цветопередачи. Также мы обратили внимание на то, c чем иногда приходится мириться при использовании режимов расширения динамического диапазона. В тестирование было включено две телекамеры с технологией Sony Double Scan (Ganz ZC-YHW702P и Infinity CX-TWDN520SD) и две телекамеры с технологией Pixim Digital Pixel System (Dallmeier DF3000A-DN и JVC TK-WD310). Интересно также было сравнить и светочувствительность современных фотоприемников, выполненных по технологии КМОП и ПЗС.

ТЕЛЕКАМЕРА JVC TK-WD310
В ряд многочисленных компаний, внедривших технологию Digital Pixel System в свои телекамеры видеонаблюдения, входит и JVC, которая реализовала ее в модели TK-WD310. Продукция этой японской компании всегда позиционировалось как оборудование высокого класса, но в данном случае качество этого устройства большей частью определяется возможностями используемого чипсета от Pixim. В названии этой модели аббревиатура WD очевидно и обозначает расширенный диапазон (Wide Dynamic). Как и остальные участники этого тестирования, модель TK-WD310 - это телекамера в стандартном корпусе для наблюдения внутри помещений.

Кроме расширенного динамического диапазона, телекамера обладает и другими полезными функциями и возможностями. Производитель обращает внимание на высокое разрешение телекамеры, которое составляет, как заявлено 480 ТВЛ, а также на отсутствие смаза изображения ярких объектов. Впрочем, это как раз и ожидаемо, если учитывать, что вертикальный смаз характерен именно для ПЗС-матриц, а технология Pixim основана на КМОП-матрицах. В качестве порога минимальной освещенности для данной модели производителем указывается величина 1.9 лк при F1.2. В отличие от телекамеры Dallmeier DF3000 здесь используется чипсет D1020 из более ранней серии.

Внешне телекамера смотрится компактно. Подстройка заднего фокального отрезка осуществляется с помощью специального кольца. На задней стенке корпуса телекамеры традиционно расположены видеовыход, разъемы для подключения питания и кнопки управления экранным меню. Также здесь имеется переключатель типа синхронизации, который может потребоваться, если питание осуществляется переменным током. Светодиодная индикация информирует о наличии питания. Гнездо для подключения управления АРД объектива находится на боковой стенке вместе с переключателем типа управления диафрагмой.

Функциональность телекамеры полностью определяется возможностями используемого чипсета D1020. На телекамере предусмотрено четыре режима работы функции расширения динамического диапазона. Причем именно в качестве расширения динамического диапазона работает только четвертый режим. Как следует из описания телекамеры, этот режим позволяет поднять яркость темных объектов на сцене, где присутствуют сильные перепады яркости. Остальные же режимы ориентированы либо на наблюдение при очень высокой, либо при низкой освещенности. Имеется также режим, работа которого соответствует режиму обычной телекамеры. В пользовательском режиме расширения динамического диапазона можно самостоятельно подстроить средний уровень яркости, установить предел расширения динамического диапазона, смещение экспозиции для более четкой передачи либо темных, либо ярких деталей, а также яркость изображения темных областей. Впрочем, последняя регулировка не может не сказываться на качестве изображения ярких областей. При сильном увеличении яркости в темной области будет наблюдаться перенасыщение в светлой области.

Предел усиления АРУ поддается регулировке либо от 10 до 34 дБ, либо до 50 дБ с переходом в черно-белый режим и двукратным увеличением времени накопления заряда. Также можно настраивать резкость изображения и цветовую насыщенность. При использовании объектива с АРД, управляемой сигналом постоянного тока, регулируется не только уровень сигнала, который поддерживается автоматикой, но и скорость подстройки, что, кстати, редко встречается на телекамерах. Было отмечено, что при максимальной скорости подстройки немного снижается и средний уровень яркости изображения.

Рассматривая результаты тестирования, сперва обратимся к максимальному отношению сигнал/шум. При максимальной резкости (апертурной коррекции) со средним значением цветовой насыщенности эта величина составляет 43 дБ. Уменьшение цветовой насыщенности практически не приводит к улучшению этого показателя. Это говорит о том, что цветовой шум не вносит ощутимого вклада в соотношение сигнал/шум. При среднем положении регулировки апертурной коррекции соотношение сигнал/шум составит 46 дБ. Убрав резкость до минимума, удалось получить 48 дБ для соотношения сигнал/шум. Тем не менее, даже это значение ниже официально заявленного производителем. Если показатель гамма-коррекции поднять до 0.5, то можно улучшить отношение сигнал/шум до 49 дБ. Эти измерения проводились в режиме, адаптированном для наблюдения сцен с большими перепадами освещенности.

Чтобы охарактеризовать чувствительность телекамеры, мы отключаем АРУ и переводим телекамеру в режим 2, который здесь именуется Standard video. Поведение телекамеры TK-WD310 в этом режиме соответствует работе обычной телекамеры. Гамма-коррекция телекамеры во всех режимах одинакова, и ее показатель равен 0.35.

Уровень сигнала во втором режиме составляет 450 мВ при освещенности 45 лк (F1.4). С включенной АРУ в положении HIGH при том же уровне освещенности уровень сигнала поднимается до 590 мВ, а соотношение сигнал/шум составляет 41 дБ. Регулировки цветовой насыщенности и резкости в ходе измерений стояли в нейтральном (среднем) положении. При освещенности 1.1 лк (F1.4) телекамера формирует сигнал с уровнем 430 мВ и с соотношением сигнал/шум 21 дБ. В режиме АРУ Easy D/N в условиях освещенности 0.25 лк (F1.4) уровень сигнала составляет 320 мВ, а соотношение сигнал/шум - 22 дБ. Нужно отметить, что результаты измерения порога минимальной освещенности хорошо согласуются с заявленными производителем значениями.

Горизонтальное разрешение TK-WD310 немного не дотянуло до указанного в спецификациях. На штриховой мире 480 ТВЛ по худшей фазе модуляция составила менее 5%. На штриховой мире с пространственной частотой 470 ТВЛ в худшей фазе было получено 5%, в лучшей - 12%.

При оценке точности цветовоспроизведения для цветовой температуры источника света Т=5600К были получены очень неплохие результаты. Искажения цветовых оттенков оказались не столь значительными, а если бы цветовая насыщенность голубого и пурпурного была чуть ниже, то средний индекс качества цветопередачи был бы еще выше. При цветовой температуре Т=3200К наблюдалось сильное искажение в передаче зеленого, что было связано со значительным изменением цветового оттенка в сторону голубого.

Перейдем к тестированию функции расширения динамического диапазона. На сильном перепаде освещенностей 65 лк/10000 лк были получены соотношения уровней сигнала и контрастов, которые можно посмотреть в соответствующей таблице.

Эффективность технологии расширенного динамического диапазона

Как видно из таблицы, применение четвертого режима в совокупности с корректировкой гамма-характеристики позволяет не только улучшить изображение темных деталей, но и растянуть контраст в светлой «засвеченной» области. По сравнению с третьим режимом адаптированным, как сказано в описании, для увеличения яркости при наблюдении внутри помещений, заметно увеличился контраст в светлой области.

В общем, результаты тестирования оказались неплохими. Несмотря на то, что на телекамере используется КМОП-матрица, имеется необходимость установки объектива с АРД, если наблюдение ведется при переменной освещенности, превышающей 1000 лк. Такие характеристики телекамеры, как максимальные отношение сигнал/шум и разрешение оказались взаимно исключающими, т.е. при тех параметрах, когда обеспечивается максимальное разрешение, заявленное отношение сигнал/шум не может быть достигнуто, и наоборот. Хотя о телекамере сложилось положительное впечатление, все же ее цена показалась нам немного завышенной. Стоимость телекамеры TK-WD310 составляет 401 евро.

Публикуется с сокращениями.

Подробная техническая информация и цена на цветную телекамеру JVC TK-WD310 приведена в подразделе «цветные телекамеры» каталога CCTV. Для получения дополнительной информации на телекамеры и другое оборудование JVC, обращайтесь по эл. почте armosystems@armo.ru или по телефонам: (495) 787-3342, 937-9057 к менеджерам отдела продаж компании «АРМО-Системы», являющейся официальным российским дистрибьютором оборудования JVC, либо в региональные офисы «АРМО».