На что влияет размер матрицы в камере?
От диагонали сенсора напрямую зависит качество изображения. Чем больше размер матрицы, тем крупнее у нее пиксели, следовательно, они улавливают большее количество света и расположены менее густо. Это позволяет уменьшить уровень помех, наводок и паразитных шумов. Кроме того, крупные сенсоры дают большие углы обзора для оптики с одинаковым фокусным расстоянием.

Какой размер матрицы лучше для видеокамеры

Это зависит от конкретных задач, стоящих перед видеонаблюдением. Важно помнить, что при выборе устройства характеристики нужно рассматривать комплексно. Например, хорошее разрешение при маленьком размере сенсора дадут плохое изображение. Кроме того, чем больше матрица, тем она дороже. Поэтому при выборе видеокамеры необходимо рассматривать вариант, в котором будут учитываться оптимальное соотношение трех показателей, удовлетворяющих потребности видеонаблюдения — это цена, разрешение и типоразмер.

Размер матрицы все, что нужно знать

Раньше было вполне логичным, что покупая компактную камеру, вы получали небольшую матрицу, а если выбирали крупногабаритную зеркалку со сменными объективами, матрица на ней была значительно больше. Это сказывалось на качестве фотографий, поскольку чем больше матрица, тем более детализированы были изображения.

Сейчас это в принципе, тоже в какой-то мере актуально, матрица — это самая дорогая часть камеры в плане производства, и чем больше матрица, тем и камера, соответственно, дороже. Потому на дорогие камеры обычно не устанавливаются матрицы 1/2.3 дюймовые, а на дешевых, соответственно, не найти полнокадровую.

Но надо сказать, что сейчас многие производители стали предлагать компактные камеры с относительно большими матрицами, точно так же как и камеры под сменные объективы с меньшими матрицами. Так что разобраться в ситуации, пожалуй, стало сложнее. Небольшие матрицы способны отлично срабатывать в различных условиях, и даже имеют некоторые преимущества перед большими.

За последние годы и сама технология создания матриц значительно продвинулась вперед, так что сегодня большое количество предлагаемых вариантов может смутить даже опытного пользователя, что уж говорить о тех, кто приобретает первую фотокамеру. А ведь размер матрицы еще и на фокусном расстоянии сказывается, так что учитывать при выборе камеры действительно нужно очень многое.

Итак, мы решили разобраться в различных типах матриц, чтобы расставить все по местам. Но для начала нужно уточнить, как именно размер матрицы влияет на эффективное фокусное расстояние.

Фокусное расстояние

Итак, мы уже выяснили, что размер матрицы связан с фокусным расстоянием, то есть с тем, какой именно объектив подойдет вашей камере. Если вы приобретаете компактный девайс с не съемным объективом, проблема сама собой отпадает, то есть с позиции покупателя это гораздо проще. Но не просто так профессионалы выбирают именно те камеры, где объективы можно менять. Любой объектив должен иметь поле (круг) изображения или диаметр света, который существует в объективе и который покрывает размер матрицы. Есть одно исключение, к которому мы вернемся позже.

Итак, встроенные или нет, объективы всегда помечены реальным фокусным расстоянием, а не эффективным фокусным расстоянием, которое вы получите при использовании на той или иной камере. Но проблема в том, что различные объективы с различной маркировкой могут в итоге обеспечить одно и то же фокусное расстояние для работы. Почему? Потому что они предназначены для разных матриц. Именно поэтому производители помимо маркировки указывают эквивалент, где основным расстоянием считается 35мм или полнокадровая матрица.

Вот — один из примеров: камера с матрицей меньше чем полнокадровая вполне может использоваться с 18-55мм объективом, но на деле фокусное расстояние, которое вы получите будет ближе к 27-82мм. Это все происходит потому, что матрица не достаточно велика, чтобы использовать объектив точно так же как смог бы полнокадровый. Из-за того, что периферическое пространство внутри объектива не принимается в расчет, получается тот же эффект как от использования объектива с большим фокусным расстоянием.

В компактных камерах может был установлен 19мм объектив, но из-за размера матрицы, который меньше фуллфрейма, вы получите в итоге большее фокусное расстояние, около 28мм. Точная длина определяется кроп-фактором, то есть числом, на которое нужно увеличить данное под фуллфрейм фокусное расстояние, чтобы выяснить какое расстояние получится на той или иной камере.

Размеры матриц

1/2.3 дюйма

Размер такой матрицы примерно 6.3 x 4.7 мм. Это — самая маленькая матрица, которую можно найти в современных камерах, и чаще всего — в бюджетных компактных моделях. Разрешение такой матрицы составляет, как правило, 16-20 Мп.

По крайней мере такой расклад был самым популярным какое-то время назад. Сегодня многие производители стали делать больший упор на любительские фотоаппараты с большими матрицами, так что и размер такой не так распространен как ранее.

Однако, преимущество в том, что такой размер позволяет получить компактную камеру и использовать ее с длиннофокусными объективами, например компактными суперзумами. А большая матрица значит, что и объектив понадобится больший.

При хорошем освещении такие камеры могут предоставить неплохой результат, но для более придирчивых фотографов они точно не подойдут, поскольку при низкой освещенности будут зернить.

1/1.7 дюймов

Размер этих матриц 7.6 x 5.7мм. С такой матрицей гораздо проще выделить объект съемки из фона, и соответственно, производительность в плане деталей как в тени, так и на свету. Так что использовать их можно уже в более разнообразных условиях. Раньше такие камеры были самыми распространенными среди любителей, но сейчас их место стремительно занимают дюймовые матрицы, о которых речь и пойдет дальше.

А вот 1/1.7 дюймовые матрицы используются в некоторых относительно устаревших камерах Q-серии Pentax.

Дюймовые матрицы

Размер дюймовой матрицы 13.2мм x 8.8мм. Сегодня такие матрицы очень популярны на различных типах камер, размер позволяет им оставаться легкими и компактными. Логично, что самый популярный способ применения для дюймовой матрицы — это карманные любительские камеры, на которых объектив будет лимитирован 24-70мм или 24-100мм (если брать эквивалент 35мм). Однако, на некоторых суперзум камерах он тоже используется?, примеры — это Sony RX10 III и Panasonic FZ2000.

Гораздо лучше дюймовая матрица нам знакома по камерам Nikon серии 1, например Nikon 1 J5 — отличной и легкой камере, которая способна делать отличные фото и снимать 4К видео. Такую матрицу можно встретить даже среди смартфонов — Panasonic CM1.

Камеры с дюймовой матрицей способны показать результаты, значительно отличные от предыдущих вариантов. Качество их будет высоким, а даже компактные камеры, как правило, имеют широкую максимальную апертуру, так что на матрицу попадает достаточно света, потому и фотографии выходят четкими и резкими.

Частично, это результат технологии, а не только размера матрицы. Матрицы современного производства могут более эффективно захватывать свет.

Микро 4/3

Матрица микро 4/3 имеет физический размер 17.3 x 13мм. Этот формат используется в компактных зеркалках и беззеркалках Olympus и Panasonic. Они ненамного больше по размеру, чем дюймовые матрицы, но меньше чем APS-C, речь о которых пойдет ниже.

По сути, микро 4/3 — это четверть размера полнокадровой матрицы, так что считать для нее активное фокусное расстояние предельно просто: достаточно умножить фокусное расстояние на 2.

Иными словами, 17мм объектив на камере с матрицей микро 4/3 обеспечит фокусное расстояние такое же, как 34мм объектив на полнокадровой матрице. По аналогии, 12-35мм даст 24-70мм и так далее.

На камере Lumix DMC-LX100 используется матрица микро 4/3 разрешением 12.8 Мп. Это — одна из компактных цифровых камер, которые обладают большим количеством функций и небольшим размером. Камера оснащена объективом Leica с фокусным расстоянием 24-75мм.

APS-C

Средний физический размер такой матрицы 23.5 x 15.6мм. Такая матрица используется на зеркальных камерах для начинающих и любительских камерах, а сейчас и на многих беззеркалках. Матрица APS-C обеспечивает отличный баланс между качеством изображения, размером и вариативностью в плане совместимости с различными объективами.

Не все APS-C матрицы одинаковы по размеру, ведь это зависит от производителя тоже. Например, матрицы APS-C на камерах Canon физически немного меньше чем те, что установлены в Nikon и Sony, таким образом ее кроп-фактор равен 1.6x, а не 1.5x. В любом случае, APS-C — это всегда отличный вариант и профессиональные фотографы нередко предпочитают его для съемок природы и спортивных мероприятий, потому что благодаря кроп-фактору появляется возможность “приблизиться” к объекту съемки имеющимся объективом.

APS-C доступны на некоторых компактных камерах, например Fujifilm X100F, это обеспечивает высокое качество для фотографий на портативных камерах, особенно в комплекте с объективами с постоянным фокусным расстоянием. 23мм объектив на Fujifilm X100F, имеет широкую максимальную апертуру, потому с помощью этой камеры можно без труда добиться узкой глубины резкости.

APS-H

Размер матриц APS-H как правило равен 26.6 x 17.9мм. Сегодня этот формат практически не встречается, и ассоциируется только с устаревшими моделями Canon EOS-1D (EOS-1D Mark III и Mark IV). Сейчас, правда, в этой серии используются фуллфреймы.

Поскольку APS-H больше чем APS-C, но меньше полнокадровой матрицы, кроп-фактор, соответственно равен 1.3х, потому 24мм объектив обеспечит на такой камере фокусное расстояние приблизительно 31мм.

Одна из последних фотокамер, где можно встретить такую матрицу — это Sigma sd Quattro H. Однако и Canon решили не отказываться от APS-H совсем, и предпочли применить эту матрицу для камер наблюдения, а не для зеркальных фотоаппаратов.

Фуллфрейм

36 x 24мм она же фуллфрейм, она же полнокадровая матрица и она же примерно такая же по размеру как негатив пленочной фотографии. Используются полнокадровые матрицы на любительских и профессиональных камерах и считаются самым удобным вариантом для съемок. Размер такой матрицы позволяет ей принимать на себя больше света, вследствие чего и фото получаются выше по качеству чем с меньшими матрицами. Соответственно, и когда речь идет о количестве пикселей, выбор больше. А разрешение полнокадровых матриц варьируется от 12 до 50Мп.

Кроп-фактор, конечно, в случае с полнокадровой матрицей значения не имеет, так как маркировка объектива будет соответствовать активному фокусному расстоянию. Однако же, некоторые объективы, созданные под APS-C матрицы все равно можно использовать с фуллфреймами, но разрешение будет ограничено (камера обрежет углы, чтобы избежать виньетирования). Но проверять совместимость, разумеется, нужно всегда, иначе есть риск повредить зеркало.

Средняя (медиум) матрица

44мм x 33мм — размер такой матрицы. Это, очевидно, больше фуллфрейма и с момента появления такие матрицы вызвали оживленный интерес и дискуссии. Они использованы в камерах Fujifilm GFX 50S, Hasselblad X1D и Pentax 645Z, последняя немного старше остальных. Применяются они в основном, исключительно профессиональными фотографами в силу цены таких камер и их специфики.

Не факт, что на этом развитие матриц как таковых остановится, но пока что это — все доступные на рынке типы матриц, а какая подойдет для ваших фото интересов, решать только вам.

Матрицы для камер видеонаблюдения. На что обращать внимание? / Хабр

Качество изображения видеокамеры во многом зависит от используемого в ней светочувствительного сенсора (матрицы). Ведь поставь хоть лучший процессор для оцифровки видео – если на матрице получено плохое изображение, хорошим оно уже не станет. Попытаюсь популярно объяснить, на что следует обращать внимание в характеристиках сенсора камеры видеонаблюдения, чтобы потом не было мучительно больно при взгляде на изображение…

Тип матрицы

В интернете вы наверняка найдете информацию о том, что в камерах видеонаблюдения применяются CCD (ПЗС, прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) светочувствительные матрицы. Забудьте! Давно остался только CMOS, только хардкор.

CCD матрицы, при всех их достоинствах (лучшая светочувствительность и цветопередача, меньший уровень шумов) – уже практически не используются в видеонаблюдении. Потому что сам принцип их действия CCD матриц – последовательное считывание заряда по ячейкам – слишком медленный, чтобы удовлетворить запросы быстрых современных видеокамер высокого разрешения. Ну и самое главное CCD дороже в производстве, а в условиях современной высококонкурентной среды на счету каждая копейка прибыли. Вот почему все ключевые производители сосредоточились на выпуске именно CMOS матриц.

Осталось производителей, между прочим, не так и много. Крупнейшими, по состоянию на начало 2017 года, являются компании: ON Semiconductor Corporation (в свое время поглотившая известную профильную компанию Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Кроме того, матрицы для собственных нужд производит, например, компания Canon, Hikvision.

Конкуренцию старым брендам пытаются создать молодые, полные энтузиазма и денег китайские чипмейкеры «второго эшелона», вроде компании SOI (Silicon Optronics, Inc.) и др. Трудно сказать, выживет ли молодая поросль, когда на рынке CMOS сенсоров наступит насыщение и станет слишком тесно. Но в любом случае в этом сегменте не исключено появление новых игроков и обострение борьбы, ведь наладить производство CMOS сенсоров не слишком и сложная по современным меркам задача.

Крупные мировые бренды типа Hikvision или Dahua обычно предпочитают работать с производителями матриц первого эшелона или собственными. Локальные же ведут себя по разному. Например, Tecsar даже в недорогих камерах использует матрицы с хорошей репутацией от ON Semiconductor, Omnivision и Sony. В в ассортименте других “народных” марок, например Berger, широко представлены сенсоры SOI и т.д.

Лидерские качества CMOS

CMOS технология предусматривает размещение электронных компонентов (конденсаторов, транзисторов) непосредственно в каждом пикселе светочувствительной матрицы.

Структура пикселя и CMOS матрицы

Это уменьшает полезную площадь светочувствительного элемента и снижает чувствительность, плюс активные элементы повышают уровень собственных шумов матрицы. Зато технология позволяет осуществлять преобразование заряда светочувствительного элемента в электрический сигнал прямо в матрице и гораздо быстрее сформировать цифровой сигнал изображения, что критично для видеокамер. Именно поэтому CMOS лучше подходят для камер видеонаблюдения, где требуется быстрая смена кадров.

Плюс возможность произвольного считывания ячеек CMOS матрицы дает возможность буквально «на лету» изменять качество и битрейт получаемого видео, что невозможно для CCD. А энергопотребление CMOS-решений ниже, что тоже немаловажно для компактных камер наблюдения.

Да будет цвет

Для получения цветного изображения матрица разлагает световой поток на составляющие цвета: красный, зеленый и синий. Для этого используются соответствующие светофильтры. Разные производители варьируют размещение и количество светочувствительных элементов разного цвета, но суть от этого не меняется.

Принцип формирования изображения на светочувствительной матрице:

Р – светочувствительный элемент
Т — электронные компоненты

Как устроен и работает КМОП сенсор камеры можно также посмотреть на этом видео от Canon:

CMOS матрицы всех производителей базируются на вышеописанных общих принципах, отличаясь лишь в деталях реализации на кремнии. Например, в погоне за дешевизной и сверхприбылью, чипмейкеры стараются выпускать матрицы как можно меньшего размера. Расплата за это неизбежна…

Почему большой – это хорошо

Типоразмер (или другими словами формат) матрицы обычно измеряют по диагонали в дюймах и указывают в виде дроби, например 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2 дюйма и др.

Первое правило выбора лучшей матрицы довольно простое: при одинаковом количестве пикселей (разрешении), чем больше физические размеры сенсора – тем лучше. У большей матрицы крупнее пиксели, а значит, она улавливает больше света. Пиксели большей матрицы расположены менее тесно, а значит меньше влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, что напрямую влияет на качество получаемого изображения. Наконец, более крупная матрица позволяет получить большие углы обзора при использовании объектива с одним и тем же фокусным расстоянием!

Светочувствительная матрица производства ON Semicondactor для камер видеонаблюдения

Светочувствительная матрица, установленная на плате видеокамеры

Увы, большеформатные матрицы в массовых камерах видеонаблюдения сейчас практически не используются в силу дороговизны и самих матриц, и объективов для них, которые должны иметь более крупные линзы и, соответственно, габариты и стоимость. На сегодня в камеры устанавливают в основном матрицы типоразмера 1/2″ – 1/4″ (это самые крошечные). Выбирая камеру, нужно четко понимать, что покупая ультрадешевую модель с 1/4″ матрицей производства SOI и крохотным объективом с пластиковыми линзами сомнительной прозрачности, вы не сможете создать систему видеоконтроля приемлемого качества, на которой можно было бы хорошо различать небольшие детали отснятых событий, особенно при съемке в условиях слабой освещенности.

Выбирая же камеру с матрицей Sony типоразмера 1/2.8″ вы априори получите гораздо лучший результат по качеству видео, камеру с такой матрицей уже вполне можно использовать в профессиональной системе видеонаблюдения. И чувствительность у такой камеры будет заведомо выше, что позволит лучше снимать в условиях слабой освещенности: в плохую погоду, в сумерках, в полутемном помещении и т.п. С увеличением разрешения при том же размере матрицы светочувствительность падает, и это тоже нужно учитывать при выборе. Для камеры, установленной в темной подворотне у черного хода, имеет смысл выбрать матрицу с меньшим разрешением и более высокой чувствительностью, чем камеру ультравысокого разрешения с низкой чувствительностью матрицы на которой из-за шумов ничего нельзя будет толком различить.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы определяет возможность ее работы в условиях слабого окружающего освещения. С точки зрения физики это выглядит совсем банально: чем меньше световой энергии достаточно для получения изображения матрицей, тем выше ее светочувствительность. Но! Будем откровенны, гнаться за высокой чувствительностью уже особо не стоит. Дело в том, что современные камеры видеонаблюдения благополучно переходят в режимы «день/ночь», при снижении освещенности переводя матрицу в режим черно-белого изображения с более высокой чувствительностью. Плюс автоматическое включение инфракрасной подсветки дает камерам возможность отлично снимать даже в полной темноте. Например, в закрытом помещении без окон и с выключенным светом, когда об уровне какой-то внешней освещенности даже речи нет. Светочувствительность остается критичной для камер лишенных ИК подсветки, но использовать такие в современном видеонаблюдении – почти моветон. Хотя корпусные модели без подсветки все еще продаются, конечно.

Вообще правило таково: чем выше освещенность, тем лучше снимет матрица и, соответственно, камера. Поэтому не рекомендуется ставить камеры по полутемным закоулкам, даже если у них хорошая чувствительность. Имейте в виду, что в спецификации матриц камер обычно указывается минимальный уровень освещенности, когда можно зафиксировать хоть какое-то изображение. Но никто не обещает, что это изображение будет хотя бы приемлемого качества! Оно будет отвратительным в 100% случаев, на нем с трудом можно будет что-либо разобрать. Для достижения хотя бы удовлетворительного результата рекомендуется снимать как минимум при освещенности хотя бы в 10-20 раз большей, чем минимально допустимая для матрицы.

Производители придумали ряд технических решений, чтобы улучшить чувствительность CMOS матриц и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Для этого в основном используется один принцип: вынести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, собирающей свет. Сначала компания Sony предложила свою технологию Exmor, сократившую путь прохождения света в матрице:

Затем прогрессивные производители дружно перешли на использование матриц с обратной засветкой, позволяющей не только сократить путь света сквозь матрицу, но и сделать полезную площадь светочувствительного слоя больше, разместив его над другими электронными элементами в ячейке:

Технология обратной засветке дает камере максимальную чувствительность. Отсюда вывод – «при прочих равных условиях» лучше приобрести камеру использующую матрицу с обратной засветкой, чем без таковой.

Для улучшения изображения в условиях слабого освещения для слабочувствительных дешевых матриц производители камер могут использовать различные ухищрения. Например, режим «медленного затвора», а говоря проще – режим большой выдержки. Однако «размазывание» контуров движущихся объектов уже на этапе фиксации изображения матрицей в таком режиме не позволяет говорить о мало-мальски качественной видеосъемке, поэтому такой подход совершенно неприемлем в охранном видеонаблюдении, где важны детали.

Определенным прорывом в качестве изображения стало появление технологии Starlight, впервые появившейся в камерах Bosch в 2012 году. Эта технология, благодаря комбинации огромной светочувствительности матрицы (порядка 0,0001 — 0,001 люкс) и очень эффективной технологии шумоподавления позволила получать очень качественное цветное изображение с видеокамер в условиях слабой освещенности и даже в ночное время.

Тогда как традиционный способ преодоления слабой освещенности – использование ИК подсветки – дает возможность получить четкое изображение лишь в монохромном режиме (оттенках серого), камеры с технологией Starlight позволяют получить цветную картинку, обладающую гораздо большей информативностью. В частности, при слабой освещенности система видеонаблюдения с технологией Starlight легко сможет различать цвета автомобилей, одежды и др. важные признаки.

Вот демонстрация технологии Starlight в действии:

Итоги

При выборе камеры видеонаблюдения обязательно обращайте внимание на характеристики матрицы, а не только ее разрешение. Ведь от этого в значительной степени будет зависеть качество изображения, а следовательно и полезность камеры. В первую очередь следует обращать внимание на надежный бренд, типоразмер и разрешение матрицы, светочувствительность принципиальна лишь для камер лишенных ИК-подсветки.

Очень рекомендую брать камеру с матрицей, по которой можно найти вменяемый даташит с подробной информацией, а не покупать кота в мешке. Например, вы легко найдете спецификации на матрицы производства ON Semiconductor, Omnivision или Sony. А вот мало-мальски подробных характеристик матриц SOI не сыскать днем с фонарем. Возникает подозрение, что производителю есть что скрывать…

А общий итог такой: CMOS матрицы безоговорочно победили в устройствах видеонаблюдения и в ближайшем будущем не собираются сдаваться какой-либо конкурирующей технологии.

Матрица (светочувствительная матрица) в камерах видеонаблюдения

Матрица или светочувствительная матрица, видеоматрица (image sensor, imager) является основным элементов видеокамер, цифровых фотоаппаратов и предназначена для преобразования, проецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии аналого-цифрового преобразователя непосредственно в составе матрицы). Если обойтись без википедии, то матрица преобразовывает свет в электрический сигнал.

Необходимо отметить, что сама матрица даже важнее процессора, который используется для оцифровки видео — пусть в ЦП и будет множество функций, но если на матрице получено плохое изображение, то процессор работает уже с плохим изображением.
Также отметим, что у одного производителя может быть две камеры с одинаковыми характеристиками (разрешение записи, угол обзора и т.п.), но разными матрицами, например одна камера с матрицей от Sony и вторая камера с матрицей от SOI (или Noname) — и цена таких камер может отличаться на 30-35%.

Производители матриц

Давайте и начнем с производителей. Наиболее известными и популярными производителями матриц для камер видеонаблюдения являются: ON Semiconductor Corporation, Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Производители используют матрицы этих брендов для создания основной линейки видеокамер и камер премиум класса. Также, отметим бренды Canon, Hikvision и Dahua — они также производят матрицы под собственные нужды.

Но, разумеется, что существует множество других производителей, которые предлагают бюджетные решения, например, одна из наиболее популярных компаний — это SOI (Silicon Optronics, Inc.), которая достаточно молодая, но уже пытается найти свою нишу среди именитых брендов. Как раз на базе матриц SOI множество производителей и делают бюджетные линейки видеокамер. То есть, если Вы видите, что даже у одного производителя есть камеры с абсолютно одинаковыми характеристиками, но с разной ценой — то, обратите внимание на матрицу и производителя этой матрицы, скорее всего разница только в этом. В целом, понятна и разница между брендами и любым ноунеймом. Да, все характеристики могут быть одинаковыми, разрешение передачи видео изображения, но разные матрицы и разные производители — на выходе вы увидите разные картинки, разную насыщенность и даже разные цвета (оттенки).

CCD и CMOS матрицы

В старых статьях и обзорах в Сети вы можете увидеть много букв про преимущества и недостатки CCD или CMOS матриц и какую лучше выбрать. Но, победили CMOS матрицы, в основном из-за того, что они дешевле в производстве. Поэтому, при выборе камеры для видеонаблюдения нет больше выбора между CCD и CMOS матрицы — only CMOS. Поэтому, перейдем к остальным характеристикам матриц.

Формат (типоразмер) матрицы

В характеристиках видеокамеры вы обязательно увидите размер матрицы — 1/4 дюйма, 1/3″, 1/2.8 д и т.п. Формат матрицы — это размер матрицы по диагонали. Обозначение типоразмера досталось в наследство от электронно-лучевых трубок, и указывают формат матрицы в виде дроби с размерностью в дюймах.

В формате матрицы очень простое правило — чем больше размер матрицы, тем лучше. Так как, при других равных условиях (разрешении, то есть одинаковом количестве пикселей) у большей матрицы крупнее пиксели, таким образом, она улавливает больше света. Кроме того, сами пиксели на матрице большего размера расположены менее тесно, что обеспечивает меньшее влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, а это все влияет качество получаемого видеосигнала и получаемого изображения в итоге.

Также, физический размер матрицы влияет на угол обзора камера видеонаблюдения. При прочих равных условиях, чем больше матрица, тем больше углы обзора у видеокамеры.
От размера матрицы зависит и то, какие объективы можно устанавливать на камеру (если возможна смена объектива в камере видеонаблюдения).  Производители объективов всегда указывают размер матрицы, под которую подходит объектив, например 1/4 или 1/3. При этом, объектив для матрицы большего размера подойдет для камер с матрицей меньшего размера, но никак не наоборот.

И, что очевидно, матрица большего размера дороже в производстве. Поэтому, в бюджетных моделях камер видеонаблюдения вы редко увидите матрицы больше 1/4″, а в уже более дорогих камерах используются типоразмеры матрицы 1/3″,  1/2.8″ и т.п. В специальных профессиональных камерах высокого качества могут использоваться матрицы размером 1/2″ и 1/1.9″.

Светочувствительность матрицы

Характеристика, которую вы также увидите в описание практически у каждого производителя, некоторые производители могут указывать просто как чувствительность матрицы. Светочувствительность матрицы определяет возможность работы матрицы в условиях окружающего освещения. Таким образом, чем меньше количество световой энергии необходимо для получения нормального изображения, тем выше и светочувствительность матрицы. Для всех матриц справедливо следующее — чем лучше освещенность, тем лучше изображение. Светочувствительность матрицы производители указывают в Люксах — ЛК, Lux, люкс. Но, обратите внимание, что производители указывают минимальный уровень освещенности, при котором видеокамера еще может зафиксировать какое-то изображение, но никто не обещает, что это будет изображение хорошего качества. Сегодня практически все камеры поддерживают режимы «день / ночь» и оснащены ИК-подсветкой и в темное время суток (при снижении освещенности) камера переключается автоматически в черно-белый режим съемки. Обычная ИК-подсветка позволяет снимать даже в полной темноте на расстоянии 20 – 25 м, кроме того, существуют модели с усиленной ИК-подсветкой, где можно снимать на расстоянии 60 – 100 м в полной темноте.

Таким образом, светочувствительность критична для камер, без ИК-подсветки, которых сейчас практически нет (только специальные миниатюрные цилиндрические или корпусные камеры могут быть без ИК-подсветки). Как правило, все производители указывают светочувствительность 0,01 Lux, что соответствует по значениям освещенности как «Безлунная ночь» 0,01 Lux (для сравнения — «Лунная ночь» — 0,05 Lux, «Сумерки и хорошо освещенная автомагистраль ночью» — 10 Lux, «Дневное, естественное освещение на улице в солнечную погоду» — 5000 — 100000 Lux).

Еще стоит немного упомянуть о технологиях, которые используются для улучшения светочувствительности матрицы в видеокамере и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Как правило, для этого необходимо вывести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, которая собирает свет. Это технологии Exmor и Starlight. Такие камеры могут передавать даже в цвете с помещения освещенностью 0,01 Lux, и давать неплохое изображение в условиях освещенности 0,0001 — 0,001 Lux. Но стоит, отметить, что и цена таких камер немалая – это уже более профессиональная линейка. Есть смысл использовать такие технологии в роботизированных камерах, которые снимают, например, на больших территориях или для системы «Умный город». Для обычных объектов проще / и дешевле 🙂 / заняться вопросом освещения.

Надеемся, что после прочтения этой статьи вы больше узнаете о характеристиках матрицы и на что они влияют. Теперь вы понимаете насколько много зависит от производителя и качестве матрицы в видеокамере. Поэтому, в одном и том же производители в одинаковых характеристиках и корпусах могут быть камеры с разными матрицами и по разной цене (разница может составлять даже 30-35%).

Типы и размеры матриц камер видеонаблюдения

Разберем характеристику первой попавшейся камеры.

Такую таблицу вы встретите на странице каждой камеры, меняются лишь значения, подставляемые к перечню характеристик. Как понять, что вам нужно и на какие данные стоит обратить внимание в первую очередь? Ведь матрица – это и есть та главная часть камеры, которая получает изображение, как фотопленка в старых фотоаппаратах.

Рассмотрим типы матриц. И начнем от обратного. Матрицы, не использующиеся Hikvision – CCD-матрицы.

По сравнению с технологией CMOS, которую применяет в своих камерах Hikvision, CCD-матрицы позволяют создавать высококачественное изображение. В процессе съемки возникает гораздо меньше шумов, а бороться с все же возникшими намного легче, чем в матрицах CMOS.

Еще одним важным показателем является их высокая эффективность. Например, коэффициент заполнения у матриц CCD приближается к 100%, а соотношение зарегистрированных матрицей фотонов к их общему числу – 95%. Если сравнивать с нашими глазами, то при расчёте в тех же единицах соотношение составит только 1%.

К недостаткам CCD-матриц можно отнести сложность процесса. Для фиксации изображения в камере необходимо дополнительное наличие целого перечня устройств. Это приводит к более высокому энергопотреблению, делает их дороже в производстве и “капризнее” в эксплуатации.

Теперь о CMOS-матрицах.

Главное достоинство CMOS-матриц – более низкое энергопотребление и возможность произвольного считывания ячеек, а это CCD-матрице недоступно, там считывание происходит одновременно. Благодаря произвольному считыванию в CMOS-матрицах нет размазывания изображения.

Еще одно достоинство – расположение значительной части электроники непосредственно на ячейке, благодаря этому появляются широкие возможности управления матрицей и изображением.

При всех имеющихся достоинствах данной технологии, недостатков хватает. Главный – незначительный размер светочувствительного элемента в соотношении к общей площади пикселя. Одно из основных достоинств – расположения электроники на ячейке. Но из него вытекает еще один недостаток – значительная часть площади пикселя занята электроникой, а значит, уменьшена площадь светочувствительного элемента.

В то же время нельзя не отметить, что CMOS был модифицирован несколько лет назад, и  для видеонаблюдения CMOS-матрицы действительно подходят лучше (благодаря чёткому изображению, низкому энергопотреблению и возможности уменьшать битрейт видео.

К вопросу о выборе объектива

Планируя развернуть систему видеонаблюдения, вы неизбежно задаетесь вопросами: куда и сколько установить камер? Как определить наилучшие места их расположения, чтобы избежать «слепых зон»? На каком расстоянии от объектов наблюдения установить камеры, чтобы в итоге получилось достаточно четкое изображение нужных деталей?

На вид и качество изображения большое влияние оказывают не только параметры видеокамеры и объектива, но и их правильное сочетание. Так, иногда отличный, дорогой объектив может давать даже худшее изображение, чем альтернативная дешевая модель.

Расскажем об основных факторах, влияющих на качество и масштаб видеоизображения, которые следует учитывать при выборе объектива для камеры, чтобы по максимуму использовать их возможности и при этом избежать ненужных затрат.

Угол обзора объектива
Одной из важных характеристик систем видеонаблюдения является угол обзора объектива. От него напрямую зависит количество и возможные места установки камер на объекте. Угол обзора объектива определяет величину видимого объекта и масштаб изображения в кадре.

Из этой схемы видно, что на величину угла обзора напрямую влияет не только фокусное расстояние объектива, но и размеры матрицы:

И если с фокусное расстояние определить довольно легко, зная модель объектива, то с размером матриц не все так просто.

Размер матрицы видеокамеры
В зависимости от соотношения сторон (4:3 или 16:9), у матриц с одной и той же диагональю физические размеры различны (Таблица 1). Поэтому, например, камера на матрице 1/3’’ с соотношением сторон 4:3 дает больший угол обзора по вертикали и меньший по горизонтали, чем камера на матрице с такой же диагональю, но соотношением 16:9.

В целях облегчения подбора совместимой оптики и расчета углов обзора обычно заявляют ближайшее из стандартных значений для диагонали матрицы: 1’’, 1/2’’, 1/2.5’’, 1/2.7’’, 1/2.8’’, 1/3’’, 1/4’’. При этом измерять ее принято в видиконовых дюймах. Эта единица измерения, равная 2/3 обычного дюйма, была введена со времен зарождения телевидения, когда приёмным элементом в телекамере служила электронная трубка («видикон»), а размер обозначал её диаметр (в который должен был вписываться с запасом снимаемый кадр).

Помимо этого необходимо помнить, что на некоторых режимах работы камеры часть пикселей матрицы не используется. Поэтому при определении угла обзора следует говорить не столько о размере матрицы, сколько о размере активной области матрицы.

Для наглядности приведем несколько примеров:

N1000 (Рис. 2): для всех возможных режимов работы активная область матрицы остается неизменной.

Размер матрицы: 3.7 х 2.77мм, диагональ 4,62 мм=1/3.67 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/4’’).

N37210 (Рис. 3): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 30% по вертикали и 25% по горизонтали.

Размер матрицы: 5.71 х 3.14 мм, диагональ 6.52 мм=1/2.6 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.7’’). При разрешении 1024х768 размер активной области матрицы уменьшается до 4.58 х 2.32 мм.

BD2570 (Рис. 4): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 50% по вертикали и 25% по горизонтали.

Размер матрицы: 5.61 х 4.31 мм, диагональ 7.08 мм=1/2.39 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.5’’). При разрешении 1280х720 размер активной области матрицы уменьшается до 4.22 х 2.21 мм.

Из этих примеров видно, что величина матрицы может отличаться от указанной в паспорте, а размер ее активной области — меняться в зависимости от режима работы.

Однако, при вычислении угла обзора следует учитывать не только эту особенность, но и тот факт, что аберрации реального объектива приводят к усложнению расчетов.

В большинстве объективов, используемых в CCTV, повышение качества изображения осуществляется путем усложнением оптической системы с целью уменьшения аберраций, влияющих на разрешающую способность. Это часто приводит к увеличению геометрических аберраций, таких как дисторсия (рис. 5), воспринимаемых как побочный эффект.

Например, положительная дисторсия сокращает угол обзора непропорционально быстро при уменьшении активной области матрицы (синяя рамка на рис. 6).

Этот эффект наблюдается как при смене режимов работы одной и той же камеры, так и при установке объектива на матрицы разных форматов. Например, видимый угол обзора у 8-мм дисторзирующего объектива на матрице 1/2 может быть как у 6-мм, а на матрице 1/3 — как у 7-мм.

Непропорциональное уменьшение угла обзора реального объектива с положительной дисторсией объясняется смещением фокальной плоскости в центре кадра, в отличие от идеального объектива (рис. 7), для которого верны соотношения

Таким образом, спрогнозировать, какими будут качество и масштаб видеоизображения для пары «камера-объектив» можно достаточно точно только если учитывать все влияющие на это параметры видеосистемы. Универсальный калькулятор BEWARD позволяет не просто вычислить области видимости и углы обзора, но и подобрать подходящие объективы для камер BEWARD.

Разбираемся в светочувствительных матрицах: CMOS и CCD

Светочувствительная матрица — это «глаз» вашей видеокамеры безопасности. Она захватывает свет, попавший в объектив видеокамеры безопасности, и преобразовывает его в электронный сигнал.

Формат, или размер, матрицы определяет охват ваших камер безопасности. Самыми популярными форматами являются следующие: 2/3″, 1/2″ и 1/3″.

• Матрица с диагональю 2/3″ позволяет вести видеонаблюдение на больших расстояниях в условиях очень низкой освещенности.
• Матрица с диагональю 1/2″ — в большинстве случаев, представляет собой оптимальное решение с приемлемой светочувствительностью.
• Матрица с диагональю 1/3″ обеспечивает хорошую производительность при низкой освещенности и высокой частоте кадров.

Самыми популярными типами матриц по применяемой технологии являются CMOS (КМОП-матрица) и CCD (ПЗС-матрица).

1. Видеокамеры наблюдения с КМОП-матрицей: за и против

КМОП (CMOS) означает комплементарный металл-оксид-полупроводник (Complementary Metal Oxide Semiconductor). В видеокамерах безопасности с матрицей CMOS используется технология прогрессивного сканирования.

Преимущества и недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

Преимущества видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

• Высокое разрешение
• Отличная цветопередача
• Высокая кадровая частота
• Низкое энергопотребление
• Экономическая эффективность

Недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

• Высокий уровень шума
• Умеренная светочувствительность

2. Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицей: за и против

Аббревиатура ПЗС (CCD) означает прибор с зарядовой связью (Charge Coupled Device). Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицами имеют отличный WDR (широкий динамический диапазон), поэтому часто используются в условиях низкой освещенности. Камеры безопасности с матрицами CCD, как правило, менее подвержены влиянию вибраций по сравнению с камерами безопасности с матрицами CMOS.

Сильные и слабые стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

Сильные стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

• Хорошая производительность в условиях низкой освещенности
• Хорошая технология WDR
• Меньшая восприимчивость к вибрационному эффекту
• Низкий уровень шума
• Высокая чувствительность
• Высокое разрешение

Недостатки видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

• Высокое энергопотребление
• Низкая кадровая частота
• Дороговизна

CMOS или CCD — что лучше?

Раунд 1: Кадровая частота и потребляемая мощность

Камера безопасности с CMOS-датчиком является однозначным победителем по частоте кадров. Камера безопасности с CMOS-датчиком может напрямую преобразовывать фотоэлектрический сигнал в цифровой сигнал. Частота кадров и скорость процесса преобразования сигнала CMOS-датчиком гораздо больше по сравнению с CCD-датчиком.

Аналого-цифровое преобразование происходит за пределами CCD-датчиков, поэтому формирование изображений и видео происходит дольше. Кроме того, видеокамеры безопасности с датчиками изображения CCD часто страдают от проблемы перегрева.

Камеры видеонаблюдения с CMOS-датчиками поддерживают гораздо более высокую кадровую частоту и потребляют меньше энергии, а также более экономичны по сравнению с камерами безопасности с CCD-датчиками. Обычно цена камеры видеонаблюдения с CMOS-матрицей более приятная, чем цена камеры безопасности с CCD-матрицей.

Поэтому победителем первого раунда становится видеокамера с CMOS-матрицей!

Раунд 2: Качество изображения

Как правило, камеры безопасности с CCD-матрицей создают изображения с более высоким разрешением. Тем не менее, развитие технологий может поставить качество изображений CMOS на один уровень с CCD. Например, видеокамеры безопасности с CMOS датчиками и оптическим зумом могут создавать даже более четкие изображения, чем видеокамеры с матрицами CCD.

Итак, второй раунд — ничья!

Раунд 3: Светочувствительность и шум

Традиционно, ПЗС-датчики менее подвержены искажениям изображения и имеют более высокую светочувствительность, поэтому создают гораздо меньше шума, чем камеры безопасности с датчиками CMOS. Однако, в настоящее время, в плане чувствительности, камеры видеонаблюдения с матрицами CMOS иногда даже превосходят CCD видеокамеры.

Трудно сказать, кто станет победителем в категориях светочувствительности и шума. Однако, исходя из текущего уровня развития технологии и производительности, видеокамеры с матрицей CCD становятся победителями в третьем раунде (возможно, это временная победа).

Основываясь на приведенной выше информации и подробном сравнении двух типов датчиков, можно обнаружить, что каждый тип датчика имеет свои плюсы и минусы.

В этой битве не может быть одного победителя. Все сводится к конкретному случаю:

1. Вы можете выбрать камеры безопасности с CCD-датчиками, если их использование будет происходить в условиях низкой освещенности.

Примечание: Некоторые камеры безопасности с CMOS-матрицами также могут обеспечить отличное наблюдение в темное время суток.

2. Видеокамеры наблюдения с CMOS-датчиками могут быть более компактными, поскольку размеры самих CMOS-датчиков могут быть очень маленькими. Поэтому можете выбрать их, если не хотите привлекать внимания к своей системе наблюдения.

3. Выбирайте видеокамеры безопасности с CMOS-матрицей, если ваше интернет-подключение недостаточно качественное. Видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей имеют меньше требований к ширине полосы пропускания, поэтому не будут перегружать вашу сеть.

Источник reolink.com. Перевод статьи выполнила администратор сайта Елена Пономаренко.

Canon входит в матрицу с настройкой 4K Bullet Time на 100 камер!

Посмотрите видео: Canon представляет матрицу на выставке CES 2021

На выставке CES мы видели невероятно инновационные технологии, но одна из самых крутых и интересных — система объемного видео Canon.

Среди презентаций операторского гиганта на выставке CES 2021 была презентация, снятая на его студии Volumetric Video Studio в Каваски, Япония. Здесь он использовал основную технологию для съемки, сканирования и виртуальной транспортировки японских скейтбордистов в легендарный Парк Любви — Мекку скейтбординга в Филадельфии, разрушенную в 2016 году.

Технология Canon аналогична по концепции визуальным эффектам Bullet Time, используемым в серии фильмов «Матрица». При этом использовалось фиксированное сложное оборудование из 120 зеркалок, которые стреляли одновременно, создавая неподвижные кадры, которые затем можно было редактировать вместе, чтобы создать иллюзию движения камеры в свободном пространстве.

Аналогичным образом, Canon Volumetric Video Studio включает установку из 100 камер 4K, которые одновременно снимают отснятый материал и мгновенно преобразуют его в 3D. Это позволяет воспроизводить видео с любого возможного угла камеры и пути камеры — в отличие от исходной настройки Bullet Time, где вы были ограничены фиксированным положением установки.В сочетании с зеленым экраном на 360 ° эти 3D-кадры можно визуализировать на любом фоне или в любом месте, о котором вы только можете мечтать.

Студия Canon Kawasaki, одна из самых больших подобных пространств в мире, занимает площадь 690 квадратных футов. Она снимает видео в формате 4K со скоростью до 60 кадров в секунду и может одновременно записывать до 10 человек. Полученные 2D- и 3D-кадры можно использовать для стандартного видео, а также для приложений виртуальной и дополненной реальности.

Объемное производство отличается невероятно низкой задержкой — всего три секунды, что до десяти раз быстрее, чем у многих конкурирующих технологий.Это не только облегчает практически мгновенный рабочий процесс, но и означает, что производство может транслироваться в прямом эфире — и даже может доставлять несколько видео, а не один поток.

Эта технология не ограничивается только студией; Система Canon полностью масштабируема, что означает, что ее можно использовать на спортивных аренах, в театральных постановках, музыкальных концертах и ​​других живых мероприятиях.

Больше, чем просто инструмент для создания интересных спецэффектов, объемная видеосистема Canon может изменить наш подход к просмотру и взаимодействию со спортивными мероприятиями, бродвейскими спектаклями, художественными фильмами и даже фестивалями.И в мире, где посещать такие мероприятия не так просто и безопасно, как раньше, это действительно может быть очень захватывающе.

Хотите снимать 4K? Canon R5 и R6 идеальны!

Подробнее:

Лучшие камеры Canon
Лучшие объективы Canon
Лучшие камеры 4K для видео

| XDCAM-USER.COM

Это профили изображений, которые я сейчас предпочитаю для EX1, EX1R и EX3. Помните, что профили изображений полностью субъективны.Эти настройки подходят мне, но это не значит, что они идеальны или подходят всем. Мне нравятся изображения, которые создают камеры, когда я использую эти профили. Пожалуйста, не стесняйтесь адаптировать их или изменять по своему усмотрению. Они работают с любой из текущих камер EX.

Vivid — Разработан, чтобы помочь совместить EX с PDW-700. Дает яркие цвета с небольшим отклонением от желтого.

Матрица — Кино, Уровень матрицы +60

R-G +8, R-B +10, G-R 0, G-B +15, B-R +5, B-G +6

Уровень детализации -10 Частота +20, Четкость -40 (при использовании усиления используйте четкость +14)

Гамма Синегамма 1

Уровень черного -3, Гамма черного -35

Насыщенность в низком ключе -10

Natural C4 — Создан для создания нейтрального, естественного изображения.

Матрица — Кино, Уровень матрицы +35

Уровень детализации -7, Частота +30, Четкость -40 (при использовании усиления используйте резкость +20)

Уровень черного -3, Насыщенность в низком ключе -15

AC Punch — Дает очень контрастный, жирный вид.

Matric — Кинотеатр, уровень +40

Gamma Standard 2, уровень колена 80, наклон 0

R-G 0, R-B +1, G-R +12, G-B +2, B-R +11, B-G 0

Уровень детализации -10, частота +30, четкость -45

Уровень черного -4, Гамма черного -20.

AC Good to Grade — универсальная установка, обеспечивающая хорошие возможности для оценивания.

Матрица — Кино, Уровень +25

Gamma Cinegamma 1 (не использовать усиление -3 дБ)

Уровень детализации -7, частота +45, четкость -45 (используйте +35 при использовании усиления)

Уровень черного -3.

Внешний вид камеры AC-SD. Чтобы имитировать старую SD-видеокамеру на основе DSR400, подходящую для преобразования HD в SD.

Матрица — Кино, Уровень +15

Уровень детализации +20, частота детализации -35, предел белого +35, предел черного +45

Колено, ручной режим, уровень 90, наклон 0.

Гамма Стандарт 2, Гамма Уровень +5

Гамма черного -10

Уровень черного -10

Наслаждайтесь! Любые отзывы или предложения приветствуются. Сообщите мне обо всех созданных вами профилях, которые могут быть интересны другим.

— обзор

Характеристическое сопротивление

Короткие провода и кабели, используемые в обычном электронном оборудовании, имеют незначительные сопротивление, индуктивность и емкость, и они не влияют на распределение сигнала.Однако, если сигнал необходимо передать на большее расстояние, многие факторы складываются и вносят вклад в сложную картину такой среды передачи. Особенно это влияет на высокочастотные сигналы. Тогда сопротивление, индуктивность и емкость играют значительную роль и заметно влияют на передачу.

Простая среда, такая как коаксиальный кабель, при анализе электромагнитной теории аппроксимируется сетью резисторов (R), катушек индуктивности (L), конденсаторов (C) и проводников (G) на единицу длины (как показано на диаграмму на предыдущей странице).Для коротких кабелей эта сеть оказывает незначительное влияние на сигнал, но для более длинных кабелей оно становится заметным. В таком случае сеть из элементов R, L и C становится настолько значительной, что действует как грубый фильтр нижних частот, который, в свою очередь, влияет на амплитуду и фазу различных компонентов видеосигнала. Чем выше частоты сигнала, тем больше на них влияют эти неидеальные свойства кабеля.

Каждый кабель состоит из единообразных кабелей и имеет собственное характеристическое сопротивление , , которое определяется R, L, C и G на единицу длины.

Основное преимущество несбалансированной передачи видео (которое будет показано немного позже) основано на том факте, что характеристический импеданс среды не зависит от частоты (относится в основном к средним и высоким частотам), в то время как фазовый сдвиг пропорционален частоте.

Амплитудные и фазовые характеристики коаксиального кабеля на низких частотах очень зависят от самой частоты, но поскольку длина кабеля в таких случаях достаточно мала по сравнению с длиной волны сигнала, это приводит к незначительному влиянию на передачу сигнала.

Когда характеристическое сопротивление коаксиального кабеля согласовано с выходным сопротивлением источника видеосигнала и входным сопротивлением приемного блока, обеспечивает максимальную передачу энергии между источником и приемником.

Для высокочастотных сигналов, как и видео, согласование импеданса имеет первостепенное значение. Когда импеданс не согласован, весь или часть видеосигнала отражается обратно к источнику, влияя не только на сам выходной каскад, но и на качество изображения. 100% отражение сигнала происходит, когда конец кабеля закорочен или оставлен открытым. Полная (100%) энергия сигнала (напряжение × ток) передается только при совпадении между источником, средой передачи и приемником. Вот почему мы настаиваем на том, чтобы последний элемент в цепочке видеосигнала всегда заканчивался сопротивлением 75 Ом (символ Ω означает Ом).

В системе видеонаблюдения 75 Ом принимается как характеристический импеданс для всего оборудования, производящего или принимающего видеосигналы.Вот почему коаксиальный кабель предназначен для использования с импедансом 75 Ом. Это не исключает производителей, производящих, скажем, оборудование с сопротивлением 50 Ом (что ранее применялось в некоторых стандартах RF и Ethernet), но тогда необходимо использовать преобразователи импеданса (пассивные или активные) между такими источниками и получателями с сопротивлением 75 Ом.

Согласование импеданса также выполняется с передатчиками и приемниками по витой паре, которые будут обсуждаться позже в этой главе.

75 Ом коаксиального кабеля — это комплексный импеданс, определяемый соотношением напряжение / ток в каждой точке кабеля.Это не чистое сопротивление, поэтому его нельзя измерить обычным мультиметром.

Для расчета характеристического импеданса мы воспользуемся теорией электромагнитного поля, как упоминалось ранее, и представим кабель с его эквивалентной сетью, состоящей из R, L, C и G на единицу длины. Эта сеть, как показано на схематической диаграмме ранее, имеет импеданс:

(48) Zc = R + jωLG + jωC

, где, как уже объяснялось, R — сопротивление, L — индуктивность, G — это проводимость, а C — это емкость между центральной жилой и экраном на единицу длины.Символ j представляет мнимую единицу (квадратный корень из -1), которая используется при представлении комплексного импеданса, ω = 2 πf , где f — частота.

Если коаксиальный кабель имеет достаточно короткую длину (менее пары сотен метров), R и G можно игнорировать, что приводит нас к упрощенной формуле для импеданса коаксиального кабеля:

(49) Zc = LC

Эта формула просто означает, что характеристическое сопротивление зависит не от длины и частоты кабеля, а от емкости и индуктивности на единицу длины. Однако это неверно, когда длина кабеля типа RG-59 / U превышает пару сотен метров. Тогда сопротивление и емкость становятся значительными, и они действительно влияют на видеосигнал . Однако для достаточно коротких длин приведенное выше приближение довольно хорошее.

Ограничения кабеля, которые у нас есть, в основном являются результатом накопленного сопротивления и емкости, которые настолько высоки, что приближение (49) больше не действует и сигнал значительно искажается.Это в основном в форме падения напряжения, высокочастотных потерь и групповой задержки.

Наиболее часто используемый коаксиальный кабель в системах видеонаблюдения — RG-59 / U, который может успешно и без встроенных корректоров передавать аналоговые черно-белые сигналы на расстояние до 300 м и аналоговый цвет до 200 м .

Эта разница в максимальном расстоянии между черно-белыми и цветными сигналами обусловлена ​​тем, как композитный пакетный сигнал видеосигнала (CVBS) встраивает цветную несущую на более высоких частотах (4,43 МГц для PAL и 3.58 МГц для NTSC). Поскольку длинный коаксиальный кабель действует как фильтр нижних частот, очевидно, что информация о цвете будет затронута раньше, чем нижние частоты, поэтому потеря информации о цвете произойдет раньше, чем потеря деталей на нижних частотах. В конечном итоге цвет теряется раньше самого сигнала, что является причиной более коротких максимальных длин кабеля для цветовых сигналов.

Другой популярный кабель — RG-11 / U, он толще и дороже. Его максимальная рекомендуемая длина составляет до 600 м для черно-белого сигнала и 400 м для цветного сигнала.Существуют также более тонкие коаксиальные кабели с сопротивлением 75 Ом, такие как RG-179, с диаметром всего 2,5 мм или даже коаксиальные ленточные кабели. Они очень удобны для использования в местах с большим количеством видеосигналов, например, в матричных коммутаторах с множеством входов. Их максимальная длина кабеля намного короче, чем у более толстых представителей, но достаточна для звеньев и участков. Обратите внимание, что эти числа могут отличаться в зависимости от производителей и ожидаемого качества сигнала.

Миниатюрный коаксиальный кабель может сэкономить много места и улучшить доступность.

Если требуются более длинные участки, можно использовать дополнительные устройства для выравнивания и усиления видеоспектра. Такие устройства известны как линейные усилители , кабельные эквалайзеры или кабельные корректоры. В зависимости от качества усилителя (и кабеля) возможна удвоенная или даже тройная длина.

Сравнение физических размеров коаксиальных кабелей RG-59 и RG-11

Линейные усилители лучше всего использовать в середине кабельной трассы из-за более приемлемого отношения сигнал / шум, но это довольно часто невозможно или нецелесообразно из-за необходимости питания и хранения.Таким образом, большинство линейных усилителей, доступных в CCTV, предназначены для использования на стороне камеры, и в этом случае у нас фактически есть предварительное выравнивание и предварительное усиление видеосигнала. Однако есть устройства, которые используются на стороне монитора, и они имеют выход 1V _pp с пост-эквализацией полосы пропускания видео.

Исходя из приведенного выше теоретического объяснения импеданса, можно увидеть, что однородность кабеля по его длине имеет большое значение для выполнения требований характеристического импеданса. Качество кабеля зависит от точности и однородности центральной жилы, диэлектрика и экрана. Эти факторы определяют значения C и L кабеля на единицу длины. Вот почему особое внимание следует уделять прокладке самого кабеля и его заделке. Острые петли и изгибы влияют на однородность кабеля и, следовательно, на сопротивление кабеля. Это приводит к высокочастотным потерям (то есть к потере мелких деталей изображения), а также к двойному изображению из-за отражений сигнала.Так что при неправильной прокладке короткого и качественного кабеля с резкими изгибами и ударами качество изображения все равно будет далеко не идеальным.

Для наилучшей работы рекомендуются изгибы не менее чем в 10 раз больше диаметра коаксиального кабеля. Это эквивалент : «Радиус изгиба не должен быть меньше 5-кратного диаметра или 10-кратного радиуса кабеля». Это означает, что кабель RG-59 / U не должен изгибаться в петлю диаметром менее 6 см (2,5 дюйма), а кабель RG-11 / U не должен изгибаться в петлю диаметром менее 10 см (4 дюйма). «) в диаметре.

Коаксиальный кабель хорошего качества

Медь — один из лучших проводников коаксиального кабеля. Только золото и серебро покажут лучшие характеристики (в отношении сопротивления и коррозии), но они слишком дороги, чтобы использовать их для изготовления кабелей. Многие люди считают, что медь из стали — лучший кабель, но это неверно. Сталь с медным покрытием может быть только дешевле и, возможно, жестче, но для большей длины в системах видеонаблюдения медь будет лучшим выбором. Стальные коаксиальные кабели с медным покрытием приемлемы для установок главной антенны (MATV), где передаваемые сигналы модулируются по РЧ (VHF или UHF).А именно, с более высокими частотами так называемый скин-эффект становится более очевидным, когда фактический сигнал выходит на покрытую медью поверхность проводника (не экран, а центральный проводник). Сигналы видеонаблюдения, как объяснено, имеют базовую полосу пропускания, и именно поэтому коаксиальный кабель из стали с медным покрытием может быть приемлемым для радиочастотных сигналов, но не обязательно для видеонаблюдения. Поэтому всегда следует искать медный коаксиальный кабель.

Лучше, чем SFX | Film

После того, как кассовые сборы в США составили более 150 миллионов долларов, но не так много критиков, на устах киноиндустрии звучит не столько вопрос «Что такое матрица?» но «Почему так много людей собираются это увидеть?» Мог ли это быть пьянящий коктейль из хриплых эмоций Киану Ривза и долгожданного продолжения «Bound» братьев Вачовски? Были ли это метафизические темы привлекательными для давно дремлющей духовной стороны киноманов? Или — если вы хотите быть прагматичным — были ли это просто орды безумных фанатов Звездных войн, доведенные до состояния почти невыносимого ожидания бесконечной шумихой о Призрачной угрозе, готовые наедаться практически любым праздником компьютерной графики, который Пришли вместе?

Или, опять же, все это могло быть из-за необычайно заманчивого трейлера «Матрицы».Рекламный ролик «Матрицы» не только установил угрюмую схему освещения для рекламы 7-Up, но и показал, что действие в какой-то момент потребует «оружия — много оружия»). получивший название «время пули», характерный спецэффект, в котором Киану, двигаясь в странной, почти сказочной замедленной съемке, танцует под линией огня кого-то, стреляющего в него.

Этот модный трюк с камерой на самом деле является вариацией довольно известного специального эффекта, известного как временное сечение — техники, популярной в рекламе для Capital Radio и The Gap, и с большим эффектом использовавшейся в сверхнизких, в остальном, фильмах Винсента Галло. Баффало 66.В каждом случае объект кажется застывшим во времени, и камера вращается вокруг него, показывая его в трех измерениях — будь то голова в середине взрыва или танцор в небрежной одежде в воздухе.

В основном временной интервал работает так. Вся съемка движущихся изображений основана на феномене, известном как «постоянство зрения»: пленочная камера, направленная на объект съемки, делает быструю последовательность неподвижных изображений, 24 из них в секунду, и на экране кинотеатра они размываются, создавая впечатление постоянного движение.Более сложная кинематография связана с отслеживанием снимков — камера может раскачиваться, как Shaky-Cam, использованная в фильмах «Зловещие мертвецы», или просто лениво проплывать мимо, как каждый отдельный кадр в «Армагеддоне». Опять же, кинокамера фактически снимает длинную полосу неподвижных изображений в быстрой последовательности, причем все с немного разных точек обзора. Затем, когда они воспроизводятся, ваш мозг естественным образом интерпретирует их как камеру, движущуюся мимо сцены.

Суть фотографии с временным интервалом состоит в том, что вместо использования одной движущейся кинокамеры она использует несколько фотокамер, каждая из которых делает снимки одновременно.Если вы сделаете эти снимки и покажете их последовательно слева направо, как если бы они были отдельными кадрами фильма, это создаст иллюзию «движения виртуальной камеры» — как если бы ваша точка обзора физически перемещалась вокруг объекта.

Очевидно, вы привыкли видеть отдельные запечатленные моменты на обычных неподвижных фотографиях, а также простой оптический кинематографический эффект стоп-кадра; но здесь камера, кажется, движется, поэтому очевидно, что время идет. Тем не менее, предмет остается висеть в пространстве — как ни странно, но необъяснимо застывшим во времени.

Эффект, использованный в Матрице, похож, но немного сложнее. Чтобы действие продолжалось, команда «Bullet Time» на самом деле не запускала свои 120 камер одновременно, а использовала доли секунды друг за другом, вместо этого создавая сверхзамедленное движение. Для позиционирования камер и срабатывания их экспозиции использовалась 3D-симуляция — и поскольку в большинстве эпизодов камеры почти полностью окружают объект, использовались компьютерные технологии, чтобы «закрасить» камеры, которые появлялись на снимке с другой стороны. .Камеры на каждом конце ряда были стандартными кинокамерами, чтобы снимать обычную скорость до и после.

Подобные эффекты использовались в сценах боя — в сочетании с более традиционными тросами и шкивами — в которых Киану Ривз сражается в воздухе с ведущим плохим парнем Хьюго Уивингом. Но, как и в «Терминаторе 2: Судный день», в котором на протяжении всего действия проницательно добавлялись дорогостоящие эффекты трансформации, чтобы создать впечатление, что использовалось больше, чем на самом деле, те же самые старомодные методы лежат в основе сказочных сцен кунг-фу Ривза с Лоуренсом Фишбурном.

Команда Matrix признает, что им было известно о более ранних воплощениях эффекта временного отрезка — например, о видео Мишеля Гондри Like A Rolling Stone для The Rolling Stones. Но многие из его корней можно проследить прямо до британского фотографа Тима Макмиллана, который говорит, что изобрел все это еще в начале 80-х, когда он был студентом лондонской школы искусств Slade School of Art, пытаясь создать фотографическую версию Кубизм в стиле Пикассо.

«В кубистической картине одно и то же изображается под разными углами одновременно», — объясняет Макмиллан.Он построил ряд коробчатых камер, чтобы попытаться запечатлеть это на пленку, прежде чем понял, что может также применить это к кинофильмам. За последние 15 лет он усовершенствовал свое открытие и продавал его различным камерам, специализирующимся на естествознании, и рекламным агентствам, придумав термин «временной интервал», чтобы у них было шикарное название, когда оно было в Tomorrow’s World. в 1993 году.

Макмиллана не слишком впечатлила «Матрица» («Это одна из тех типичных вещей — вы усердно работаете, чтобы ее приняли, а потом это делает множество людей») — хотя, на этот раз, это эффект что точно соответствует основному сюжету фильма.Но, поскольку кино началось в викторианскую эпоху, с изображений Эдварда Мейбриджа с последовательных фотоаппаратов бегущих людей и скачущих лошадей, Тим признает, что даже он, возможно, не был первым. «Вы думаете, может быть, однажды произошла ошибка, и все камеры Мейбриджа сработали вместе, и, может быть, на какой-то полке есть эти стеклянные пластины этой лошади, вырезанные по времени, Мейбриджа».

Матрица выпущена в пятницу 11

Что такое калибровка камеры? — MATLAB и Simulink

Что такое калибровка камеры?

Геометрическая калибровка камеры , также называемая камерой резекционирование , оценивает параметры линзы и датчика изображения изображение или видеокамера.Вы можете использовать эти параметры для коррекции искажения объектива, измерения размер объекта в мировых единицах или определение местоположения камеры в сцене. Эти задачи используются в таких приложениях, как машинное зрение, для обнаружения и измерения объектов. Они также используются в робототехнике, для навигационных систем и реконструкции трехмерных сцен.

Примеры того, что вы можете сделать после калибровки камеры:

Параметры камеры включают внутренние, внешние и коэффициенты искажения.Чтобы оценить параметры камеры, вам необходимо иметь трехмерные мировые точки и соответствующие им двумерные изображения. точки. Вы можете получить эти соответствия, используя несколько изображений калибровочного шаблона, например, шахматная доска. Используя соответствия, вы можете найти параметры камеры. После калибровки камеры для оценки точности предполагаемых параметров вы можете:

• Постройте относительное расположение камеры и калибровочного шаблона

• Рассчитайте ошибки перепроецирования.

• Рассчитайте ошибки оценки параметров.

Используйте калибратор камеры для калибровки камеры. и оценить точность предполагаемых параметров.

Модели камер

Computer Vision Toolbox ™ содержит алгоритмы калибровки для модели камеры-обскуры и Рыбий глаз модель камеры. Вы можете использовать модель «рыбий глаз» с камерами до поля зрения (FOV) 195 градусов.

Алгоритм калибровки крошечного отверстия основан на модели, предложенной Жаном-Ивом Буге. [3]. Модель включает в себя модель камеры-обскуры [1] и искажение объектива [2]. Модель камеры-обскуры не учитывает искажение объектива, поскольку идеальный Камера-обскура не имеет объектива. Чтобы точно представить реальную камеру, полный модель камеры, используемая алгоритмом, включает радиальную и тангенциальную линзы искажение.

Из-за сильного искажения, производимого линзами «рыбий глаз», модель с отверстиями не может смоделировать камеру «рыбий глаз».Подробнее о калибровке камеры с использованием модели «рыбий глаз» см. Основы калибровки «рыбий глаз».

Камера-обскура Модель

Камера-обскура — это простая камера без объектива и с одной маленькой апертурой. Световые лучи проходят через апертуру и проецируют перевернутое изображение на противоположной стороне. камеры. Думайте о плоскости виртуального изображения как о находящейся перед камерой и содержащий вертикальное изображение сцены.

Параметры камеры-обскуры представлены в матрице 4 на 3, называемой матрица камеры .Эта матрица отображает трехмерную мировую сцену в плоскость изображения. Алгоритм калибровки рассчитывает матрицу камеры с использованием внешнего и внутренние параметры. Внешние параметры представляют местоположение камеры. в 3-D сцене. Внутренние параметры представляют собой оптический центр и фокусное расстояние. камеры.

Мировые точки преобразуются в координаты камеры с помощью внешние параметры.Координаты камеры отображаются в плоскости изображения с помощью внутренние параметры.

Параметры калибровки камеры

Алгоритм калибровки рассчитывает матрицу камеры с использованием внешних и внутренние параметры. Внешние параметры представляют собой жесткое преобразование из 3-D мировую систему координат в систему координат трехмерной камеры. Внутренние параметры представляют собой проективное преобразование трехмерных координат камеры в двухмерные координаты изображения.

Внешние параметры

Внешние параметры состоят из вращения, R и перевод, т . Начало системы координат камеры в его оптическом центре и оси x- и y- определить плоскость изображения.

Внутренние параметры

Внутренние параметры включают фокусное расстояние, оптический центр, также известный как основная точка и коэффициент перекоса.Камера собственная матрица, K , определяется как:

Перекос пикселей определяется как:

Искажение при калибровке камеры

Матрица камеры не учитывает искажение объектива, поскольку идеальная камера-обскура нет линзы. Чтобы точно представить реальную камеру, модель камеры включает радиальная и тангенциальная линзовые искажения.

Радиальное искажение

Радиальное искажение возникает, когда световые лучи отклоняются ближе к краям линзы, чем они делают в его оптическом центре.Чем меньше объектив, тем больше искажение.

Радиальная деформация коэффициенты моделируют этот тип искажения. Искаженные точки обозначается как ( x _{искажено} , y _{искажено} ):

x _{искажено} = x (1 + k ₁ * r ² + k ₂ * r ⁴ + k ₃ * r ^{6 23}