Журнал "Системы Безопасности" № 5‘2018

w w w . a l l - o v e r - i p . r u n В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е 151 Современные проблемы с представлением чувствительности Со временем важнейшие условия оценки и нор- мирования чувствительности стали игнориро- ваться. Например, не всегда указывается уро- вень получаемого сигнала при 90% модуляции и F-число объектива. Достаточно часто дается чувствительность камеры при включенной авто- матической регулировке усиления (АРУ) при одновременном отсутствии данных о ее макси- мальной глубине. Широко известные и популярные в свое время камеры Vatec также нормировались по чувстви- тельности с включенной АРУ. Однако каждому значению переключаемой максимальной АРУ давался свой конкретный показатель чувстви- тельности. Зачастую в современных камерах по умолчанию используется небольшое накопление по време- ни (DSS x 2–4), к тому же не всегда отключае- мое. И это, к сожалению, подчас не находит отражение в технических характеристиках. Многие владельцы смартфонов хорошо знако- мы с эффектом накопления, когда при недоста- точном освещении изображение от камеры смазывается как при движении объекта, так и при смещении самого гаджета. Эти "маленькие хитрости" позволяют увеличи- вать заявляемое значение чувствительности или минимальной рабочей освещенности видеока- меры. Разумеется, в данном процессе самым мощным средством является стремление менеджмента представить свой товар лучше прочих. И здесь пределов практически нет. Мы уже добрались до десятитысячных и стотысяч- ных долей люкса. Объективные причины завышения чувствительности Еще в конце 1990-х гг. ряд российских специа- листов (еще советской школы и опыта ВПК) во многих публикациях убедительно показали, что даже при заявленной чувствительности порядка 0,01 лк на типовой тогда пиксель от 70 кв. мкм (1/2") до 40 кв. мкм (1/3") могло приходиться не более нескольких фотонов. А ведь уже в то время квантовая эффективность фотоприемни- ков была практически максимально возмож- ной. Площадь же пикселей с ростом разреше- ния и уменьшением форматов только сокраща- лась и сейчас редко превышает 9 или даже 2 кв. мкм. Конечно, оптимизация конструкции матрицы (HAD, Super HAD и Exview HAD в CCD и Exmor, BSI или STARVIS в CMOS) несколько увеличила эффективность преобразования света в электрический сигнал. Но здесь речь может идти о разах, а не о порядках. Это под- тверждают величины удельных чувствительно- стей матриц для разных технологий, получен- ные расчетным путем из данных производите- лей сенсоров и представленные в таблице. Основной фактор увеличения чувствительности сенсоров и телекамер Современный выигрыш в чувствительности мы должны отнести в основном за счет расширения спектрального диапазона в область ИК-излуче- ния. И здесь нет смысла говорить о видимом свете и освещенности в люксах. При этом мы использовали несколько противоречивое соче- тание "видимый свет", поскольку свет может быть только видимым. Более того, все светотехнические единицы жестко привязаны к реакции человеческого глаза, а значит и к его спектральной характери- стике чувствительности или кривой видности глаза. Соответственно, измеритель освещенно- сти должен иметь (и, как правило, имеет) близ- кую глазу спектральную характеристику. На заре развития телевидения аналоговые люкс- метры редко имели нижний диапазон измерения освещенности менее нескольких люксов, в резуль- тате и чувствительность не превышала десятых долей люкса. Изготавливались подобные люксмет- ры на основе селеновых фотоэлементов. Спек- тральная характеристика их чувствительности в целом была подобна кривой видности глаза и если и требовала коррекции, то лишь в области ближ- него ультрафиолета. Это видно на рис. 1. Приме- нялись подобные приборы в основном для оценки освещенности на рабочих местах или на телевиде- нии и в кинематографе, где требуемые освещен- ности достаточно велики. Прямая оценка чувствительности типовым методом При прямой оценке чувствительности все более усовершенствованных видеокамер применя- лись нейтральные стеклянные светофильтры серии НС, чтобы снизить освещенность матри- цы до требуемых предельных значений. Однако указанные светофильтры нормированы по про- пусканию света исключительно в видимом диа- пазоне. Это наглядно видно по типовым харак- теристикам пропускания этих фильтров, приве- денных на рис 2. Нас интересует прежде всего ближняя ИК- область до 1000 нм практической границы чув- ствительности телекамер. На графиках нагляд- но показано, что поглощение фильтров для излучения более 700 нм существенно уменьша- ется. (Как, впрочем, и в ближнем ультрафиоле- товом диапазоне выше 400 нм.) Именно этот эффект, по мнению уже упомянутых специали- стов, был причиной совершенно нереального завышения чувствительности или минимальной освещенности для камер наблюдения. Другими словами, чувствительность в люксах на самом деле соответствует комплексной чувствительно- сти в люксах (видимый диапазон) и в ваттах на единицу площади для ближнего ИК-диапазона. Изображение от ИК или видимого света: какая разница? Потребителю, строго говоря, неважно, каким излучением (видимым или ИК) строится изоб- ражение, особенно если это изображение www.secuteck.ru октябрь – ноябрь 2018 Рис. 2. Характеристики поглощения нейтральных стекол НС Таблица. Удельная чувствительность матриц для разных технологий Технология Super Exview Super Exview CMOS Exmor Exmor R STARVIS HAD HAD HAD II HAD II (Exmor R) Чувствительность, 24 28–30 58 77 27–35 69–96 62–82 70–150 мВ/кв. мкм Рис. 3. Освещенность земной поверхности Луной Рис. 4. Спектральная характеристика лун- ного освещения