Карта сайта
Обратная связь

443086, Россия, г. Самара
ул. Ерошевского, дом 3а
+7 (846) 334-19-00, 334-19-20,
334-34-99, 334-47-71
info@kb-sb.ru
Полная контактная информация


Pixim

В последнее время в моду вошло указывать в характеристиках видеокамер параметр -  эффективное горизонтальное разрешения (ЭТВЛ). Производители видеокамер с технологией Pixim заявляют разрешение 690  ЭТВЛ, примером таких камер могут послужить внутренняя полусфера INNOVI SW115 или уличная ИК камера SW360.  Что же это такое ЭТВЛ и как его померить?

Начнем с истории. Камеры видеонаблюдения захватывают двумерные изображения, однако на протяжении десятилетий в отрасли охранных видеосистем использовалась одномерная спецификация для разрешения по горизонтали. На это есть исторические причины, связанные с принципами работы первых ламповых камер, но с тех пор практика указания числа телевизионных строк (ТВЛ) по горизонтали (HTVL) так и не изменилась. Прежде всего, это обусловлено тем, что аналоговые ПЗС-сенсоры по своему существу ограничены в плане эффективного разрешения по вертикали, что снижает их общее эффективное разрешение.

Отрасль охранных видеосистем развивается. Теперь конечные пользователи сравнивают IP-камеры по количеству мегапикселей, которое является двумерным показателем общего разрешения изображения. Для камер видеонаблюдения требуется аналогичный критерий, который позволил бы конечным пользователям принимать более обоснованные решения при покупке, чем в случае использования устаревшей спецификации, предполагающей указание HTVL. Это количество вводит пользователей в заблуждение и иногда неправильно применяется в отрасли.

Ограничения аналоговых ПЗС-сенсоров, связанные с разрешением по вертикали Важно понять неотъемлемое ограничение, налагаемое на разрешение по вертикали при использовании решений для обработки изображения, основанных на чересстрочном захвате изображения. Аналоговые ПЗС-сенсоры, используемые в камерах видеонаблюдения, захватывают видео с чересстрочной разверткой посредством процесса, называемого суммированием пар строк. Этот процесс несколько повышает чувствительность при низкой освещенности и действует в качестве фильтра нижних частот, но имеет побочный эффект, заключающийся в снижении эффективного разрешения по вертикали на 25 %1. Это означает, что 480-строчный ПЗС-сенсор ограничивается максимальным разрешением 360 строк по вертикали и что общее разрешение изображения уменьшается на 25 %.

Для конечных пользователей это является недостатком, поскольку цифровые видеорегистраторы и мониторы вполне способны использовать все 480 строк по вертикали. Формирователи изображения, выполняющие прогрессивный захват изображения (как в случае технологии Digital Pixel System® от Pixim), поддерживают полное разрешение по вертикали.

Метод, используемый для захвата изображения, не зависит от метода, используемого для вывода изображения.  Камеры видеонаблюдения обычно выводят видео в формате с чересстрочной разверткой, но для захвата видео камера может использовать формат как с прогрессивной, так и с чересстрочной разверткой.

Не обращая внимания на тот факт, что просмотр и запись видео с разрешением по горизонтали свыше 540 (ГТВЛ) невозможны для типичной системы видеонаблюдения, взгляните на изображение, получаемое новым ПЗС-сенсором, который предназначен для захвата изображения с разрешением 650 (ГТВЛ).  В нем используется захват изображения с чересстрочной разверткой, поэтому для него характерны те же ограничения на разрешение по вертикали, что и для его предшественников с разрешением 540 (ГТВЛ).  Это видно на рис. 2, где показано измерение числа ТВЛ по вертикали (ВТВЛ) для этого сенсора с использованием стандартной испытательной таблицы CCTV Labs для систем видеонаблюдения. 

Разрешение измерено в точке, где важной особенностью является большой уровень шума цветности, который появляется в изображении до маркера измерения, соответствующего 200 вертикального разрешения (ВТВЛ).  Эта часть испытательной таблицы является черно-белой, поэтому шум цветности появляется из-за проблем дискретизации, которые являются прямым следствием ограничений сенсора, связанных с разрешением по вертикали.  Это настоящие артефакты, которые влияют на качество изображения, получаемого с помощью камеры. Четыре строки начинают отображаться как три, поэтому измеренное число строк данной камеры действительно оказывается меньше теоретического предела в 360 (ВТВЛ). Важной особенностью, на которую следует обратить внимание, является большое количество шума цветности, который появляется в изображении до маркера измерения, соответствующего 200 (ВТВЛ).  Эта часть испытательной таблицы является черно-белой, поэтому шум цветности появляется из-за проблем дискретизации, которые являются прямым следствием ограничений сенсора, связанных с разрешением по вертикали.  Это настоящие артефакты, которые влияют на качество изображения, получаемого с помощью камеры. 

вертикальное разрешение видеокамер

Рис.2. Измерение разрешения по вертикали для сенсора с разрешением 650 ТВЛ по
 вертикали. Можно заметить шум цветности на всем протяжении штрихового клина
испытательной таблицы и уменьшение исходного размера до 360 ТВЛ по вертикали.

Рис. 3. Измерение разрешения по вертикали для сенсора, в котором используется захват
с прогрессивной разверткой. Появление шума цветности отсутствует до достижения предела
разрешения сенсора по вертикали 460 ТВЛ

На рис. 3 показано то же самое изображение, полученное от сенсора на основе технологии Digital Pixel System от Pixim, в котором используется захват с прогрессивной разверткой.  Обратите внимание, что в изображении не появляется шум цветности, пока штриховой клин не достигает предела разрешения сенсора в точке, где строки начинают сходиться (460 ВТВЛ).

Эффективное разрешение

Разрешение камеры по горизонтали в типичных системах видеонаблюдения ограничивается максимальным значением в 540 ГТВЛ вследствие внутренних ограничений композитных видеовходов цифровых видеорегистраторов и ЖК-мониторов.  В настоящей статье также показано, что теми же композитными видеовходами поддерживаются разрешения до 480 ВТВЛ.   Разрешение по вертикали является важным фактором, влияющим на качество изображения, но этот показатель редко упоминается в материалах о продукции и в инструкциях на камеры видеонаблюдения.  Ситуация едва ли изменится в ближайшее время, поэтому целесообразно ввести концепцию спецификации эффективного разрешения, которая учитывала бы как горизонтальную, так и вертикальную составляющую разрешения, и представляла их в виде единого числа с использованием привычной для отрасли охранных видеосистем терминологии.

В спецификации эффективного горизонтального разрешения (ЭТВЛ) общее разрешение изображения нормируется по вертикальному разрешению изображения, захватываемого с помощью ПЗС-сенсоров с чересстрочной разверткой, являющихся на  сегодняшний день наиболее часто применяемыми в камерах видеонаблюдения.  Нормирование подразумевает простое деление на константу в целях уменьшения большого числа общего разрешения, которое трудно запомнить и с которым трудно работать. В результате получается число, которое является более удобным для целей сравнения и попадает в числовой диапазон, адекватно воспринимаемый конечными пользователями.  Слово «эффективное» означает готовность к работе или действию, следовательно, в данной спецификации для камеры вычисляется некоторый показатель, характеризующий полное полезное изображение, которое производит данная камера, с использованием следующей формулы:

Эффективное горизонтальное разрешение (ЭТВЛ) =     Общее разрешение (Г x В)  / 360 ВТВЛ

Рассмотрим случай сенсора с разрешением 650 HTVL, с которого было получено изображение на рис. 2. Если в качестве рассматриваемого показателя задать для него полное горизонтальное разрешение, заявленное в спецификации производителя, и учесть его максимальное разрешение по вертикали, составляющее 360 VTVL, то общее разрешение изображения составит 234 000 пикселей (650 х 360).  Если применить к данному сенсору формулу для вычисления HTVL Effective, то в результате математических операций получится эффективное разрешение, составляющее 650 HTVL Effective, что точно соответствует заявленному значению.

234 000 пикселей / 360 ТВЛ  = 650 ЭТВЛ

Сенсор с прогрессивным захватом, с помощью которого было получено изображение на рис. 3, имеет общее разрешение изображения, составляющее 248 400 пикселей (540 x 460).  Используя ту же формулу, получим эффективное разрешение, составляющее 690 строк по спецификации HTVL Effective.

248 400 пикселей / 360 ТВЛ = 690 ЭТВЛ

Таким образом, показатель общего разрешения, захватываемого сенсором, позволяет конечному пользователю делать более объективные выводы о степени детализации просматриваемых и записываемых изображений при их получении от данной камеры.  Значения разрешения IP-камер уже определяются аналогичным образом, поскольку они выражают разрешение в переводе на фактическое количество мегапикселей, которое может захватить сенсор.  Спецификация ЭТВЛ основывается на той же концепции общего разрешения.

Эффективное разрешение — это полезное разрешение

Увеличение разрешения по вертикали означает повышение эффективного разрешения изображения, получаемого от камеры и позволяет камерам видеонаблюдения захватывать изображение с большим количеством полезных деталей.  В то же время это препятствует появлению при захвате шума цветности, который смазывает детали в изображениях, неоправданно «раздувает» размеры файлов цифровых видеозаписей и создает помехи при работе аналитических алгоритмов.  Стандартные видеорегистраторы, так же как и стандартные ЭЛТ- и ЖК-мониторы, поддерживают дополнительное разрешение по вертикали.  Эффективное разрешение является наилучшим показателем, действительно отражающим эффективность камеры видеонаблюдения с точки зрения захвата деталей.

Сведения об авторе

Джефф Джонс (Jeff Jones) является директором по маркетингу продуктов компании Pixim. Его вклад в систему управления продукцией компании базируется на опыте работы в области полупроводников и встраиваемых систем. До прихода в Pixim Джефф Джонс являлся старшим техническим директором компании LSI Corporation, где отвечал за цифровые видеорешения для потребительской электроники и профессионального вещательного оборудования.  Джефф Джонс является обладателем патентов США и имеет степень бакалавра в области электротехники, полученную в Калифорнийском университете (г. Ирвайн), а также степень магистра делового администрирования, полученную в Калифорнийском государственном университете (г. Фуллертон).

Цитаты 

  «По мнению компании Frost & Sullivan, предлагаемая спецификация HTVL Effective является наиболее подходящим и точным показателем фактического полезного разрешения камер видеонаблюдения.  В наш век цифрового захвата изображений, цифровой записи и воспроизведения спецификация HTVL-E предоставляет пользователям охранных видеосистем более точный ориентир для сравнения разрешения видеокамер, основанных на различных технологиях. Стандарт обеспечивает простоту измерений на любых камерах видеонаблюдения при использовании сенсоров изображения любого типа (как с прогрессивной, так и с чересстрочной разверткой), поэтому компания Frost & Sullivan поощряет широкое использование данного стандарта в отрасли охранных видеосистем».

                                   Сандип Махешвари (Sandeep Maheshwari)
                                   Вице-президент группы промышленной автоматизации и электроники Frost & Sullivan

 «Новая спецификация HTVL Effective обладает двумя основными преимуществами по сравнению с существующими стандартами разрешения систем видеонаблюдения. Во-первых, конечные пользователи систем безопасности, интеграторы, дилеры и консультанты получат возможность сравнить фактическое полезное разрешение камер, в которых используются сенсоры изображения на основе различных технологий (как с прогрессивной, так и с чересстрочной разверткой). Во-вторых, наконец-то получена спецификация, в которой учитывается общее захватываемое разрешение — как по горизонтали, так и по вертикали. До введения этой новой спецификации игнорировался решающий вклад вертикальных ТВ-линий в видеосигнал высокого разрешения, получаемый от систем видеонаблюдения. Однако видеомониторы и видеорегистраторы, широко используемые в миллионах установок для видеонаблюдения, полностью поддерживают расширенное количество вертикальных ТВ-линий».

                                   Мишель Абрахам (Michelle Abraham)
                                   Главный аналитик In-Stat


Комментари к статье:


 
Концепции безопасности