В 1965 г. Международный комитет по свету (CIE) предложил новый стандартный источник света, который, предположительно, представлен средней цветовой температурой дневного света и обозначается как стандарт D. Рекомендуемая корреляционная цветовая температура для стандарта D равна 6500° К, поэтому данный стандарт обозначается D6500. Этот источник света нельзя получить посредством изменения источника А, но его спектральная характеристика приближается к некоторыми другим физическим источникам, как в случае соразмерного смешения трех люминесцентных слоев ЭЛТ цветного монитора. Говоря о системах видеонаблюдения, нам важно помнить этот факт, поскольку D6500 часто рекомендуется для цветных мониторов.
Рис. 2.18. Рассеяние спектральной энергии различных источников света
Рис. 2.19. Цветовая температура различных источников света
Наконец, существует еще один, фиктивный источник света с однородным распределением излучаемой энергии, которая внешне напоминает плоскую горизонтальную линию. Он используется только для вычислений и обозначается кодом W. Человеческий глаз легко приспосабливается к разнице цветовых температур, и наш мозг автоматически компенсирует цветовые вариации различных источников света. Светочувствительные слои пленки, ЭЛТ и ПЗС-матрицы несколько отличаются друг от друга. При использовании пленочных фотоаппаратов для корректировки цветовой температуры нужно пользоваться специальной пленкой или оптическими фильтрами. При работе с телекамерами компенсация производится при помощи электроники (вручную или автоматически).
Наконец, как уже упоминалось, необходимо учитывать цветовую температуру экрана монитора. Температура большинства ЭЛТ равна 6500° К, но некоторые могут иметь более высокую (9300° К) или низкую (5600° К) температуру.
Говоря о системах видеонаблюдения, нам очень важно знать, как работает человеческий глаз, и как будет видно далее из текста, фактически мы используем аномалию человеческого глаза, чтобы «обмануть» мозг, заставив его думать, что мы смотрим «фильмы». Эта аномалия заключается в инерционности человеческого зрения. Инерционность — самый важный «дефект глаза», используемый в кинематографии и телевидении. Глаз не сразу реагирует на изменения интенсивности света. Происходит задержка в несколько миллисекунд, в течение которых мозг получает информацию относительно наблюдаемого объекта. Это отставание тем больше, чем лучше освещен объект.
Не все области сетчатки имеют одинаковую инерционность. Центральная область вокруг желтого пятна имеет большую инерционность. Инерционность зависит также от спектральных характеристик источника света, то есть от его цвета и яркости.
Все вышесказанное имеет большое значение для идеи кинофильма. Как видно из графика на рис. 2.20, инерционность зрительного восприятия очень сильно зависит от интенсивности света, или яркости той области, на которую мы смотрим. Чем ярче эта область, тем быстрее нужно менять картинки, чтобы мерцание не было заметно.
Рис. 2.20. Кривая инерционности зрительного восприятия.
В основе первых кинофильмов начала XX века, мультипликационных фильмов и даже «перекидных книжек», которыми мы играли в детстве, лежит концепция инерционности зрения. Когда расположенные в логической последовательности картинки мелькают у нас перед глазами со скоростью, равной инерционности зрения или превышающей ее, мы видим непрерывно движущуюся картинку, хотя она состоит из отдельных изображений.
Кинокамера записывает изображения со скоростью 24 кадра в секунду. Обычно этого достаточно для пленки, которая заряжается в проекторы с очень слабой интенсивностью света — подобно тем, какие использовались на заре существования кинематографа. Для большой аудитории необходимы более сильные проекторы большого размера и более яркие экраны (такие, которыми мы пользуемся сегодня). Поэтому необходимость увеличения первоначальной скорости 24 кадра в секунду очевидна.
С точки зрения фотографии, которая во многом совпадает с кинематографической, непрактично увеличивать частоту смены кадров в кинокамере больше 24 кадров в секунду, поскольку тогда придется сокращать время экспонирования каждого кадра пленки. Это возможно либо при условии более высокой чувствительности пленки, что приводит к увеличению ее зернистости, либо при увеличении отверстия диафрагмы объектива, в результате чего получаются не очень качественные снимки при более низком уровне освещенности, а также уменьшенной глубине резкости. Для кинематографистов ни одно из этих двух условий неприемлемо, поэтому был найден другой выход: увеличение частоты кинопроекции (а не записи) с 24 до 48 кадров. Просто, как все гениальное.
Это оказалось возможным благодаря так называемому затвору «Мальтийский крест», который представляет собой круговой лепесток диафрагмы, вырезанный в форме мальтийского креста. Он вращается перед проекционной лампочкой и не только блокирует свет, когда пленка движется от одного
— Система цветного ТВ PAL: 625 строк развертки / 50 чересстрочных изображений в секунду.
— Система цветного ТВ NTSC: 525 строк развертки / 60 чересстрочных изображений в секунду.
— Система цветного ТВ SECAM: 625 строк развертки (раньше было 819) / 50 чересстрочных изображений в секунду.
Хотя в этих системах число строк в кадре и кадров в секунду различно, с точки зрения создания кадров используется общая идея — кадр за кадром и строка за строкой разворачиваются на высокой скорости, и благодаря концепции инерционности зрения мы видим фильм. Система NTSC (525 строк и 30 кадров в сек.) распространена, главным образом, в Соединенных Штатах, Канаде, Гренландии, Мексике, на Кубе, Филиппинах, в Панаме, Японии, Пуэрто-Рико и большинстве стран Южной Америки. Стандарт NTSC был разработан в 1941 г., первоначально — для черно-белого (монохромного) телевидения. Система ТВ-передачи цвета впервые была осуществлена в США в 1953 г.
Больше половины стран в мире используют одну из двух систем с 625 строками и 25 кадрами: PAL (Phase Alternating Line) или SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire или Sequential Color with Memory).
Стандарт PAL был представлен в начале 1960-х гг. и принят в большинстве европейских стран, Австралии, Новой Зеландии, Китае, Индии и во многих странах Африки и Ближнего Востока. Стандарт PAL использует более широкую полосу пропускания канала, чем система NTSC, что позволяет получать более качественную картинку. Кроме того, кодирование цвета в PAL разрабатывалось позднее NTSC и обеспечивает более точное воспроизведение цвета и обладает лучшей помехозащищенностью.
Стандарт SECAM также появился в начале 1960-х гг. и распространен во Франции и других странах Европы, включая страны бывшего СССР. Система SECAM использует ту же ширину полосы, что и PAL, но передает цветовую информацию последовательно. Дополнительные 100 строк в системах SECAM и PAL придают видеоизображению больше четкости и яркости, но смена всего 50 разверток в секунду (в сравнении с 60 развертками в NTSC) может оставлять на экране небольшое мерцание.
С появлением новых цифровых стандартов телевидения (DTV) стало возможным использование как чересстрочной, так и прогрессивной развертки. В этом случае они обычно обозначаются латинскими буквами «i» (чересстрочная развертка) или «р» (прогрессивная развертка). Так, например, сокращение «1080i» обозначает формат телевидения высокой четкости (HDTV) с форматом кадра 1920x1080 пикселов и чересстрочной разверткой.
3. Оптика в системах видеонаблюдения