Телекоммуникация



жүктеу 66.06 Kb.
Дата08.05.2019
өлшемі66.06 Kb.

телекоммуникация


Об одной задаче оценки влияния сквозной

спектральной характеристики ПЗС матрицы

на параметры изображений в системах телевизионного контроля объектов
К.С. Икрамов, С.Ш. Кутбитдинов, Х.Б. Рустамов (ГУП «UNICON.UZ»)
В статье рассматриваются пути улучшения преобразования свет-сигнал в телевизионных камерах на приборе с зарядовой смесью (ПЗС) путём оптимизации сквозной спектральной характеристики.

Мақолада икки тарафи очиқ спектрал характеристикани оптималлаштириш йўли билан заряд аралашмали ускуна (ЗАУ)да телевизион камералардаги ёруғлик сигналининг қайта ўзгартирилишини яхшилаш йўллари кўриб чиқилади.

In article ways of improvement of transformation light signal in TV cameras on the device with a charging mix (CCD) by optimization of a through spectral characteristic are considered.

Введение. Если известна в прямоугольной системе координат функция, отражающая распределение мощности электромагнитного излучения от объектов , то операция селекции видеоинформационного сигнала, соответствующего заданному диапазону длин волн, определяется зависимостью чувствительности системы телевизионного (ТВ) контроля объектов от длины волны, т.е. по направлению . Форма соответствующей функции в реальных ТВ системах контроля объектов определяется последовательным действием спектральных характеристик промежуточной, между объектом и, например ТВ камерой, среды, элементов оптической системы и светофильтров (зональных по направлению фильтров). В условиях параллельного анализа зональных составляющих от общего воздействия такая функция общей спектральной чувствительности системы ТВ контроля объектов может быть представлена в виде соотношения:




,

(1)

где, – характеристика зональной чувствительности отдельного параллельного канала системы видеоконтроля,



αi – весовой коэффициент i-ной спектральной зоны,

– центральная частота отдельной спектральной зоны.

Тогда общий интегральный сигнал на выходе оптической системы или его отдельные (интегрального или дифференциального типа) составляющие в таком случае могут быть сформированы за счет алгебраического суммирования зональных составляющих дискретного типа:



,

(2)

За счет относительной взаимной весовой обработки полученных зональных составляющих могут быть оптимизированы характеристики их селекции.

Согласно соотношению (2), уровень сигнала каждой отдельной зональной составляющей определяется площадью , т.е. сквозной характеристикой зональной чувствительности отдельного параллельного канала системы ТВ контроля объектов.

Для используемых в настоящее время телевизионных камер на приборах с зарядовой смесью (ПЗС), характерно увеличение чувствительности в диапазоне относительно низких частот электромагнитного воздействия. Спектральная характеристика ПЗС матрицы ТВ камеры определяется материалом подложки, конструктивными особенностями и технологией изготовления. Спектральная характеристика чувствительности S (в относительных единицах) матрицы ПЗС (квантовая эффективность) при подсветке со стороны электродов (1), со стороны подложки (2) и кривая видности глаза (3) приведены на рис. 1 [1].




Рис. 1. Спектральная характеристика чувствительности ПЗС (S),

в относительных единицах: 1- подсветка со стороны электродов,
2- подсветка со стороны подложки, 3- кривая видности глаза


Как видно из рисунка 1, для ПЗС матрицы является характерным существенное падение чувствительности в области длин волн от 400 до 500 нм. При этом максимум характеристики пропускания светофильтра составляющей сигнала изображения “синего” blue (B) соответствует нм. Следовательно, в равных условиях, уровень накопленного потенциального рельефа, соответствующего составляющей канала “синего” может на фоточувствительной поверхности ПЗС матрицы быть в более чем в два раза ниже, чем уровень составляющей “красного” red (R) нм. Соответственно, минимальное значение отношения сигнал/шум имеет место в телевизионных камерах данного типа в сигнале составляющей “синего”. Это определяет целесообразность реализации его аналого-цифрового преобразования (АЦП) с максимально возможным числом уровней квантования. С другой стороны, вклад составляющей “синего” в сигнал яркости, в более чем пять раз ниже, чем вклад составляющей “зелёного” green (G) и, более чем в два раза меньше, составляющей “красного”. Поэтому влияние шумов “синем” B существенно меньше, чем влияние шумов в “зелёном” G, нм, где чувствительность телевизионной камеры на ПЗС также меньше, чем в “красном” R.

Следовательно, неравномерность характеристик спектральной чувствительности камер на ПЗС определяет целесообразность использования, при преобразовании на выходе составляющих сигнала изображения в цифровую форму, интегральных схем АЦП с повышенным по отношению к минимальному значению (C=28=256) числом уровней квантования.

При этом обеспечивается относительно высокое качество отображения в цифровую форму составляющих основных цветов, что отражается сохранением возможностей реализации раздельной цифровой обработки составляющих основных цветов в системах телевизионного контроля объектов.

Другим вариантом решения вопроса является предварительное матрицирование составляющих основных цветов. Для такого случая характерно понижение, в конечном итоге, отношения уровня сигнала яркости к шуму, обусловленное ростом влияния шумов квантования на составляющие основных цветов, входящие в структуру сигнала яркости. Однако некоторым преимуществом такого варианта является сокращение, в два и более раз, полосы частот цветоразностных сигналов B-Y, R-Y, (где Y яркостной сигнал) что обусловливает увеличение примерно в √2 и более раз соотношения сигнал/шум в исходных, для аналого-цифрового преобразования, цветоразностных сигналах. При этом, в охранном телевидении сохраняет актуальность раздельное формирование сигналов яркостной составляющей, основного “синего” и основного “красного” на основе ТВ камер, что обеспечивает возможности для адаптивной перестройки режима работы такого датчика телевизионного сигнала (ДТВС) в условиях изменения условий функционирования системы телевизионного контроля объектов (например, падение уровня освещённости и изменения спектра входного электромагнитного излучения в ночное время или в сумерках).




Рис.2. Спектральная, относительная, мощность излучения различных источников света: 2- спектральная чувствительность ПЗС при засветке со стороны электродов, 3- кривая видности глаза, 4- спектр солнечного излучения, 5- спектр излучения лампы накаливания, 6- спектр излучения галогенной лампы, 7- спектр излучения лампы дневного света, 8- спектр ртутной лампы высокого давления


Существенной спецификой работы систем телевизионного контроля объектов является вариация спектральных характеристик источников освещения. При этом, система ТВ контроля объектов должна функционировать и днём, при естественном, солнечном освещении, и ночью, при искусственном освещении. Из-за этого возникает проблема выбора оптимального источника освещения.

На рисунке 2 приведены относительные значения распределения энергии (W) в спектре излучения различных источников света: 4- солнца, 5- лампы накаливания, 6- галогенной лампы, 7- лампы дневного света, 8 - спектр ртутной лампы высокого давления. На этом же графике, для сравнения, приведены также: 2- спектральная чувствительность ПЗС (S) при засветке со стороны электродов и 3- кривая видности глаза [2, 3].

Спектр освещения, во-первых, должен быть согласован с характеристикой ПЗС матрицы, во-вторых, должен учитывать окраску контролируемых объектов и, в-третьих, должна также учитываться характеристика коэффициента отражения фона (преобладающий цвет фона). При этом следует по возможности обеспечить такую окраску контролируемых объектов, спектральный состав которой определяет цветовой тон, являющийся дополнительным по отношению к превалирующему цветовому тону источника освещения. С другой стороны следует оснастить камеры телевизионного контроля устройством, обеспечивающим в режиме автоматического телевизионного контроля объектов, цветовое контрастирование деталей контролируемой сцены по отношению к фону в условиях изменений цветового тона освещения в текущем времени.

Заключение

Таким образом, как можно видеть (рис. 1), в наибольшей степени с кривой видности зрительной системы человека согласован спектральный состав солнечного света и лишь в некоторой степени согласованы со спектральной характеристикой ПЗС матрицы спектры излучения галогенной лампы и лампы дневного света. Однако лампа дневного света имеет некоторое падение относительной мощности излучения в “зеленом” B и “красном” R участках спектра излучения. Это может быть отнесено к недостаткам такого источника освещения. Определённое же приближение к “солнечному” типу освещения могут, давать сочетания галогенных ламп и ламп дневного света.



Литература

1. Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Красносельский И.Н. Цифро-вое телевизионное вещание. Основы, методы, системы. – М.:(НИИР-ИОИ), 2001.

2. Самойлов В. Ф., Хромой Б.П. Телевидение. – М.: Связь, 1975.

3. Безруков В.Н. Анализ характеристик спектра орто-гональных структур квази-периодической дискретизации в системах телевидения, – М.: Радиотехника, 1989, №2, с. 3-7.






Каталог: uploads
uploads -> Английские слова и выражения в оригинальном написании a horse! a horse! MY KINGDOM FOR a horse! англ букв. «Коня! Коня! Мое царство за коня!»
uploads -> Викторина по пьесе В. Шекспира «Гамлет, принц Датский»
uploads -> Қазақстан Республикасы Қорғаныс министрінің 2016 жылғы 22 қаңтардағы №35 бұйрығымен бекітілген тиісті деңгейдегі білім беру бағдарламаларын іске асыратын Қазақстан
uploads -> 2018 жылға арналған Жарқайың ауданы бойынша айтақты және естелік күнтізбесі 24 маусым
uploads -> Ақмола оато үшін есікті қайта сатып алуды жүзеге асыру туралы хабарландыру 2016 жылғы 11 қазан Астана қ. Тапсырыс берушінің атауы мен пошталық мекенжайы «Ұлттық ақпараттық технологиялар»
uploads -> «Қостанай қаласы әкімдігінің білім бөлімі»


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет