Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
2.3. параметры телевизионных камер ,продолжение,Фотонный шум. Как указано ранее, этот шум является следствием дискретной природы света. Среднеквадратичное отклонение (СКО) числа фотонов от среднего значения равно корню квадратному из среднего значения. Для максимальных сигналов СКО фотонного шума в элементе матрицы ПЗС достигает сотен электронов. Шум темнового сигнала. Если объектив телекамеры закрыть непрозрачной крышкой, то в осциллограмме выходного сигнала наряду с сигналом синхронизации будет присутствовать темновой сигнал. Основной причиной темнового сигнала является термоэлектронная эмиссия, при которой темновой ток экспоненциально уменьшается при снижении температуры. Количество термогенерированных электронов Nt также подчиняется статистике Пуассона, и их среднеквадратичное отклонение (СКО) от среднего значения равно √Nt. В телекамерах для СФЗ ПЗС-матрицы принудительно не охлаждаются, вследствие чего среднеквадратичным значением шума темнового сигнала (до 20 электронов (е)) пренебречь нельзя. Шум переноса. Во время переноса зарядового пакета по элементам ПЗС некоторая часть электронов теряется, она захватывается на дефектах и примесях, существующих в кристалле. Эта неэффективность переноса является функцией количества переносимых зарядов (N), числа переносов (n) и неэффективности отдельного акта переноса (ε). Если предположить, что каждый пакет переносится независимо, то СКО шума переноса можно вычислить по формуле: σ= √ 2εnN. Например, для неэффективности переноса 10,.–5, 500 переносов (центр матрицы ПЗС) и числа электронов в пакете 25 тысяч (максимальный сигнал) СКО шума переноса составит 16 е. Шум считывания. Когда сигнал, накопленный в элементе ПЗС, выводится из матрицы, преобразуется в напряжение и усиливается, в каждом элементе появляется дополнительный шум, называемый шумом считывания. Шум считывания присутствует в изображении при отсутствии света на входе телекамеры и не зависит от шума темнового сигнала. Типичное значение СКО шума считывания составляет 20 е и теоретически может быть снижено на порядок. Ограничением здесь является площадь затвора первого выходного транзистора. Чем меньше площадь, тем меньше шум, но затвор с малой площадью не в состоянии вместить заряд элемента в условиях большой освещённости. Для устранения этого противоречия можно разместить в матрице ПЗС два выходных устройства: одно для малых, а другое для больших зарядов, и переключать их в зависимости от условий наблюдения. Поэтому можно ожидать в дальнейшем появление новых ПЗС с уменьшенным шумом выходного устройства. Шум сброса (kTC-шум). Перед вводом в детектирующий узел сигнального заряда необходимо вывести предыдущий заряд, для чего используется транзистор сброса. Электрический уровень сброса зависит только от температуры Т, ёмкости узла считывания С и его СКО с учётом заряда электрона q и постоянной Больцмана k вычисляется по формуле: σ= √kTC/q . Для типичного значения ёмкости С, равной 0.1 пф, при комнатной температуре СКО шума сброса составляет около 130 е. Этот шум полностью подавляется двойной коррелированной выборкой (ДКВ), которая эффективно устраняет и низкочастотные помехи, вносимые цепями питания. Рассмотренные компоненты шума являются первой причиной ограничения потенциально достижимого отношения сигнал/шум. С другой стороны, оно ограничено ёмкостью элемента ПЗС, которая в типовых матрицах со строчным переносом составляет примерно 50 000 электронов. Поэтому в ТВ-камерах, серийно выпускаемых для СФЗ, максимальное отношение сигнал/шум при большой освещённости не превышает 50 дБ. Отношение сигнал/шум является объективной характеристикой изображения, связанной с субъективной оценкой его качества. Экспертная оценка субъективного ухудшения качества при увеличении уровня шума по пятибалльной шкале, рекомендованной Международным консультативным комитетом по радиотехнике (МККР), приведена в табл. 2.2. Качество телевизионного изображения зависит от числа m воспроизводимых градаций (пороговых перепадов яркости, различаемых глазом), которое ограничивается только шумом. В первом приближении при уровне шума, не зависящем от интенсивности сигнала, число градаций определяется пороговым отношением сигнал/шум (входящим также в формулу (2. ): m = Ψ/Ψпор + 1 Таблица 2.2
Спектральная чувствительность телевизионной камеры характеризует возможность её работы с источниками излучения различных длин волн. Для оценки интенсивности видимого излучения широко используются фотометрические величины (единица освещённости – люкс), учитывающие различную чувствительность зрения человека К(λ) к спектральным компонентам белого света (рис. 2.1 .
Спектральную характеристику телекамер всегда стараются сделать близкой к спектральной характеристике зрения. Однако рабочий диапазон длин волн у кремниевых ПЗС значительно шире и охватывает диапазон от ближнего УФ до ближнего ИК. Для более длинных волн кремний прозрачен и поглощение квантов света в нём не происходит (рис. 2.1 . Из-за различий спектральных характеристик зрения и фотоприёмников для оценки чувствительности за пределами видимого диапазона используются энергетические величины (единица облучённости – ватт/см2). Основная особенность системы энергетических величин – это их независимость от характеристик приёмников света и обусловливающая их универсальность. Для вычисления освещённости Е (лк), создаваемой источником с произвольной спектральной характеристикой мощности излучения S(λ), учитывают спектральную характеристику зрения К(λ):
Численный коэффициент в (2. определяется тем, что 1 Вт электро-магнитного излучения на длине волны 0.555 мкм соответствует 683 лм светового потока. Так как фотоприём в телевидении осуществляется не глазом, а твердотельной матрицей с иной спектральной характеристикой, то интегрирование белого света в пределах от 0.38 до 0.78 мкм без учёта весовой функции зрения даёт иное значение соотношения освещённости и облучённости: 1 Вт белого света соответствует 220 лм. Преобразование света в ПЗС носит квантовый характер, поэтому для оценки спектральной чувствительности облучённость должна быть пересчитана в плотность потока фотонов. Учёт спектральной характеристики зрения в (2. даёт численное значение эффективных фотонов в 1 лм: N1 ≈ 4∙1015фот/лм. Для белого света без учёта весовой функции зрения К(λ) в том же спектральном диапазоне 0.38…0.78 мкм общее количество фотонов примерно в три раза больше: N2 ≈ 1.3∙1016 фот/лм. Эта цифра хорошо известна всем специалистам в области телевидения из фундаментального труда В. К. Зворыкина Телевидение. Расширение спектрального диапазона чувствительности фотоприёмника ещё больше увеличивает число фотонов в белом свете с равномерной плотностью мощности при условии, что в пределах диапазона чувствительности зрения световой поток по-прежнему равен 1 лм. Тогда полное количество потенциально доступных фотоприёмнику фотонов будет зависеть от ширины этого спектрального диапазона. Для типичных ПЗС этот диапазон равен 0.4…1.06 мкм и число фотонов в этом диапазоне достигает N3 ≈ 2∙101 Это соответствует, примерно, 2∙1012фотонов, потенциально доступных ПЗС в 1 с на 1 см2 при освещённости 1 лк (см. формулу (2. ). Для неравномерного спектра излучения источника света (см. 3. характеристика плотности потока фотонов связана со спектральной плотностью мощности излучения, отражённого объектом, соотношением  где h – постоянная Планка; с – скорость света. Полное количество фотонов, преобразованное матрицей ПЗС в электрический сигнал, вычисляется с учётом спектральной характеристики прибора η(λ):  Поэтому проектирование телевизионных систем, предназначенных для работы с источниками искусственного освещения, необходимо проводить с учётом различий в спектральной чувствительности зрения и телекамер на ПЗС. В задачах скрытого наблюдения такие различия определяют выбор типов фотоприёмников и источников освещения. Читайте далее:  Наш опыт прокладки кабелей Аспирационные системы пожарной сигнализации сверхраннее обнаружение возгорания Противодействие внешним it-угрозам. задачи и способы решения ,часть 1., Регистрация транспорта в скуд Дурная наследственность Ansul r 102 - пожарный на кухне ресторана Дымовой? тепловой? комбинированный? проблема выбора типа пожарного извещателя для вашего объекта Мировые тенденции развития адресно - аналоговых систем пожарной сигнализации Дурная наследственность-ii Сетевые mpeg-4. кодеки видеосигнала – взгляд на качество или качество взгляда? Расстановка пожарных извещателей - теория и практика Автоматическая идентификация лица требования и возможности Автоматизация и безопасность объектов оао ржд Оценка эксплуатационной безопасности системных средств. анализ защищенности современных универсальны Двенадцать приемов литературной полемики или пособие по газетным дискуссиям
|
