Цветное видео в полной темноте
31.10.12
В течение выставки MIPS 2012 от одного из наших китайских коллег мы получили тестовый видеоролик с записью работы двух телекамер, одна из которых, обладая «сверхвысокой» чувствительностью давала в ночных условиях цветное изображение. В настоящее время производители, причем и самые уважаемые, «громыхая» фантастическими цифрами чувствительности уже дали всем насладится стоп-кадрами не подвижных ночных пейзажей в цвете. В этом случае речь идет о другом, поскольку по динамике движения объектов на изображении было видно, что накопление здесь не используется. Одновременно была представлена и сама чудо-камера. Поступило предложение немедленно протестировать ее на выставочном стенде, а еще лучше на улице ближайшим же вечером. Благо небольшой автономный LCD монитор оказался у наших китайских друзей. Поначалу эти видеокадры привели нас в некоторое замешательство. Стоп-кадр из этого материала представлен на фото 1. Возникло подозрение об использовании этой «простецкой» камере супер матрицы с лавинным эффектом. Мы естественно подключили эту камеру на своем выставочном стенде и посмотрели, как она работает в закрытой картонной коробке. Оказалось, что то видит, но не более.
Фото 1
Всегда вызывают сомнения предложения «тестировать» камеры в обычных офисных условиях при нормальной освещенности, просто путем демонстрации изображения на мониторе. В этих условиях практически все камеры, как правило, просто одинаковы. Очень хотелось провести хотя бы сравнительные испытания с одной из наших моделей в условиях переменной освещенности. Для этого у нас в техотделе создана светонепроницаемая камера, где можно плавно изменять освещение по уровню от 30 000 лк до полной темноты и дискретно по спектральному составу. Для оценки влияния накопления и шумоподавления используется движущийся объект (мельница). Изменения изображения записываются на 8-х канальный регистратор и DVD-рекордер. Это позволяет одновременно проводить сравнительные испытания до 8 телекамер. Разрешение (по яркости) оценивается по телевизионной таблице на черно-белом мониторе с разрешением 1000 ТВЛ при освещенности около 1000 лк. На фото 2 приведен внешний вид камеры.
Фото 2
Остался один пустяк, выпросить камеру на тестирование с условием предоставить результаты теста. И это, как ни странно, удалось…..
Как и предполагалось, камера не является каким то чудом. Она представляет собой модель цветного изображения стандартного разрешения (330-350 ТВЛ) с подвижным срезающим ИК фильтром без отключения цветности. Переключение фильтра слышно, как говорят не «вооруженным» ухом. Естественно, в камере имеется достаточно глубокая АРУ. Стандартное разрешение и его снижение подтверждаются оценкой разрешения по стандартной телевизионной таблице. Вариации разрешения (полосы пропускания видеотракта) косвенно подтверждаются более крупнозернистой картиной цветового шума в сравнении с образцовой камерой высокого разрешения. Из дополнительных особенностей камеры можно отметить мгновенное пропадание изображения в момент переключения ИК фильтра. В телекамере имеется возможность ступенчато изменять чувствительность. Для теста было установлено ее максимальное значение.
Поскольку в ассортименте компании практически отсутствуют камеры стандартного разрешения, для сравнения были выбраны C/CS камеры высокого разрешения с технологией расширения динамического диапазона WideLux (VC58S), выполненные на современных матрицах SONY Super HAD II. Естественно, функция WDR при тестировании была отключена. Для адекватного сравнения в них был отключен переход в черно-белый режим при переходе в режим ночь с сохранением переключения срезающего ИК фильтра. В двух из трех базовых камер, используемых для сравнения, были включены режимы шумоподавления 2DNR и 3DNR. Сравнение работы камер в ИК диапазоне осуществлялось при изменяющейся освещенности на длине волны 940 нм.
Общее впечатление от работы камеры напомнило первые «высокочувствительные» модели цветного изображения начала двухтысячных годов с наличием постоянной ИК чувствительности. В них еще не использовалось отключение цветности и можно было получить странное цветное изображение с черно-белыми или голубоватыми фрагментами, освещаемыми ИК прожектором. Высокая чувствительность поначалу компенсировала сомнительную цветопередачу при освещении, содержащем ИК составляющую.
В исследуемой телекамере при снижении освещенности, задолго до появления шума на экране дополнительно заметно снижается разрешение до 200-160 ТВЛ. Можно предположить, что для увеличения отношения сигнал/шум с ростом усиления сужается полоса видеотракта или это производится эквивалентной цифровой фильтрацией. Тестируемая камера получила в тирах условное название xxx max. Образцовые камеры VC58S обозначены в титрах в соответствии с режимом шумоподавления: dnr off, 2dnr и 3dnr. На фото 3 представлены изображения стоп-кадров 4 камер после перехода в ночной режим (удаление IRC). На фото 4 и 5 изображения при предельно малом уменьшающемся освещении. На фото 5 отчетливо видны артефакты характерные для стоп-кадров, полученных из изображений с потоковым сжатием. На фото 6 представлено изображение при освещении ИК излучением 940 нм. Примечательно, что на 1 и 4 кадре заметны цветные цифровые артефакты.
Фото 3
Фото 4
Фото 5
Фото 6
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
- применение матрицы стандартного разрешения с большими размерами пикселей уже не обеспечивает реальных преимуществ по чувствительности в сравнении с современными матрицами Super HAD II и Ex-view HAD II высокого и даже сверхвысокого (960Н) разрешения;
- при необходимости возможно получение ночного цветного изображения на современных камерах день-ночь с независимым отключением цветности;
- для увеличения яркости изображения целесообразно использовать камеры с максимальным усилением (AGC), методикой широко используемой известным производителем Watec
- для хотя бы относительного улучшения качества получаемого изображения использовать режим шумоподавления, который практически эквивалентен сужению полосы для повышения отношения сигнал/шум.