Размер матрицы видеокамеры на что влияет
Как влияет размер матрицы видеокамеры на качество съёмки?
Добрый день, дорогие читатели, сегодняшняя статья точно заинтересует любителей профессиональной и любительской видеосъемки, ведь речь в ней пойдет о самых важных составляющих цифровой видеокамеры. Если режиссер хочет справиться со своей задачей на 5+, отснять превосходный, качественный материал, то ему стоит узнать о важности микросхем для камеры, какой размер матрицы видеокамеры существует и на какой из них нужно остановить свой выбор.
Технологическая начинка видеокамеры
Когда меня спрашивают, на какие технические параметры и компоненты стоит обращать внимание при выборе видеокамеры, то я отвечаю, что для каждой камеры (аналоговой, цифровой, HD) существует единая стандартная база. Именно эти компоненты играют важнейшую роль в качестве съемки, работоспособности и мощности аппарата.
Думаю, вам тоже будет интересно узнать о них:
Конечно же, технологический прогресс развивается со скоростью света, поэтому функционал камер значительно расширился. Ответ на вопрос, из чего состоит цифровая видеокамера, не может быть однозначным, ведь различные бренды выпускают аппараты с различным набором компонентов.
Благодаря этим составляющим каждый желающий может отснять высококачественное любительское кино, запечатлеть самые счастливые события, заснять красивые места и поделиться этим с окружающими. Ведь вряд ли существует в этом мире хоть один человек, который не хотел бы сделать памятное видео того либо иного события, не так ли?
Назначение матрицы и ее разновидности
Если говорить о разновидностях и технологиях, то существует всего 2 матричных типа: CMOS и CCD. Конечно, у вас сразу возникает в голове вопрос, какая же технология лучше для любительской видеосъемки? И я вам отвечу, нет предела совершенству, каждой из них далеко до идеала, каждая обладает своими недостатками и достоинствами, о которых мы поговорим дальше.
Тип CMOS или КМОП
Отличительной чертой CMOS-матриц можно считать низкое энергопотребление, что является неоспоримым плюсом.
К особенностям данной технологии можно отнести:
Тип CCD
Наиболее важным преимуществом CCD-матриц является высококачественное изображение с отсутствием посторонних шумов. Также к достоинствам данной технологии можно считать высокий, практически 100% коэффициент заполнения. Такие камеры относятся к профессиональным устройствам и позволяют получить динамичное цветное изображение.
Довольно часто в магазинах техники можно встретить видеокамеры с 2-3 матрицами, если средства позволяют, то смело можно покупать данное устройство. Ведь несколько матриц всегда лучше, нежели одна.
Придя в магазин и спрашивая о размерах матрицы видеокамеры, вы можете получить от консультанта следующий ответ: 1\2, 1\3, 1\4 и т.д. Не пугайтесь столь странных ответов, эти числа не что иное, как дюймы. Тут нужно понимать, что чем выше показатель физического размера матрицы, тем качественнее будет изображение. То есть камера в 1\2 дюйм будет лучше, чем 1\8, это также отразится на стоимости аппарата.
На этом у меня все, до новых встреч, дорогие читатели. Надеюсь, что данная информация станет полезной для Вас и Ваших друзей. Подписывайтесь на статьи блога и будьте всегда в курсе свежих новостей технологического мира.
Спасибо за внимание! До новых встреч на моём блоге. С уважением, Ростислав Кузьмин.
Матрицы. Красная, зеленая или синяя капсула?
Содержание
Содержание
В записывающей и воспроизводящей аппаратуре на смену фотопленкам и кинескопам пришли матрицы. Визуально они похожи на прямоугольные таблицы со столбцами и строчками, но значительно меньше по размеру. Каждая клетка-ячейка – это один или несколько электронных элементов, выполняющих общую функцию. Называют их пикселями, а количество измеряют миллионами. От типа и характеристик матрицы прямо зависит качество фото и видео.
Устройство матрицы камеры
Геометрические размеры такой матрицы очень малы. Например, у видеокамеры Sony FDR-AX33 диагональ 7,76 миллиметров.
У других моделей она может быть чуть больше или меньше. Поэтому ее относят к микроэлектронным устройствам.
Элементы матрицы закреплены на тонкой пластине и связанны между собой электрически. Микроэлектронные устройства подобной конструкции называют интегральными микросхемами. Следовательно, матрица камеры является интегральной микросхемой. Сокращенно ИМС.
Элементы принимающей матрицы светочувствительные. Они изменяют свои свойства под действием света. Природа света довольно сложна, но можно условно сказать, что он «состоит» из элементарных частиц – фотонов. Отсюда названия: фотоматрица и фотоэлементы.
Принцип работы фотоматрицы
Главную роль при фото- и видеосъемке играет свет, исходящий от солнца или от источников искусственного освещения. Свет падает на предметы, отражается от них, фокусируется в объективе и проецируется на матрицу цифровой камеры.
При попадании потока света на матрицу, фотоны передают свою энергию фотоэлементам. В результате такого взаимодействия возникают носители электрического заряда и электрический ток. На выходах фотоэлементов генерируется электрическое напряжение. Оно прямо пропорционально интенсивности светового потока, который в свою очередь зависит от контуров и свойств объекта съемки. Таким образом, электрическое напряжение является сигналом, который несет сообщение об объекте съемки.
Преобразование полученного света сначала в электрический заряд, а затем в электрический сигнал – это и есть основная задача и основной принцип работы фотоматрицы.
Из аналогового в цифровой
Сигнал напряжения непрерывен и определен в любой промежуток времени, поэтому он по определению является аналоговым. Его сложно записать, передать, воспроизвести без ошибок и помех. Поэтому его преобразуют в цифровой сигнал. Для этой цели используется еще один электронный компонент камеры – аналого-цифровой преобразователь.
Сигнал напряжения поступает в АЦП, где сначала проходит дискретизацию. При этой операции выделяются одинаковые интервалы времени, которым соответствуют определенные значения напряжения. На следующем этапе выполняется квантование – разбиение значений напряжения на уровни и их округление.
После всех преобразований на выходе из АЦП получается цифровой сигнал. Далее он кодируется и превращается в двоичный код из нулей и единиц. После сжатия в виде файла сохраняется на карте памяти или другом носителе. Это ваша фотография или видеофильм в цифровом виде. Вы можете воспроизвести и просмотреть его на ноутбуке или смартфоне, переслать другу или разместить в социальных сетях.
Типы принимающих матриц
Первые цифровые фотоаппараты потребительского класса, были оснащены CCD-матрицами. Современные представители: Kodak PIXPRO FZ43 и Nikon Coolpix A300.
Пиксель CCD – это только один фотоэлемент. Он пассивен, так как электрический ток в нем протекает произвольно. Сигналы считываются с одного или двух каналов и последовательно: от одного ряда к другому. Для оцифровки передаются за пределы подложки матрицы.
Процесс длится несколько микросекунд, но быстродвижущийся объект успеет изменить положение и изображение на снимке может получиться размытым. Так как вся CCD состоит из фотоэлементов, у нее высокая светочувствительность. Качественные снимки получаются даже при плохом освещении.
Большинство современных цифровых фото- и видеокамер оснащены CMOS-матрицами. Они установлены в фотоаппарате Nikon D3400, в видеокамере Sony HDR-CX625 и многих других.
Пиксель CMOS матрицы активен – он включает не только фотоэлемент, но и элемент для усиления электрического тока. Сигнал считывается в любом порядке и с любого участка матрицы. На одной подложке с пикселями установлен и АЦП.
Благодаря такой архитектуре, CMOS обеспечивают более быструю передачу данных. Фото мчащегося по автотрассе Феррари получится без искажений. Также снижается энергопотребление – камера в автономном режиме проработает дольше.
В то же время из-за дополнительных элементов на подложке размер пикселей у CMOS меньше, поэтому они улавливают не весь поступивший свет. Это влияет на качество снимков, сделанных при слабом освещении. По этой же причине могут возникать цифровые шумы – дефекты изображения в виде зернистости.
С развитием технологий характеристики CMOS улучшаются. Обновлённые BSI CMOS установлены во многих камерах Panasonic, включая модели HC-V800, HC-VX1, HC-VXF1. Они обладают более высокой светочувствительностью. Даже при слабом освещении изображения получаются с высокой детализацией и глубокой цветопередачей.
Матрицы в ЖК-дисплеях
Когда вы смотрите телевизор Hartens 32 или работаете на ноутбуке Lenovo IdeaPad, изображение воспроизводится с помощью жидкокристаллического дисплея. Английская аббревиатура – LCD. Такая технология массово используется в производстве цифровой видеотехники.
Жидкокристаллические матрицы имеют многослойную структуру. В центре – слой жидких кристаллов. Они совмещают в себе свойства кристаллических тел и жидкостей, одновременное проявление текучести и упорядоченного расположения. Каждый пиксель LCD «наполнен» жидкими кристаллами. Для подачи электрического напряжения к пикселям подведены электроды.
От носителя к дисплею
При передаче цифровой информации с носителя на монитор важным звеном является видеокарта. Ее графический редактор выполняет расчеты выводимого изображения. При помощи видеоконтроллера изображение формируется в видеопамяти. Он же обеспечивает формирование сигналов развертки для монитора. За передачу цифрового сигнала на ЖК-дисплей отвечает устройство TMDS.
Если у видеокарты нет выхода DVI, она не сможет передать цифровой сигнал. В этом случае он преобразуется сначала в аналоговый, а затем через АЦП самого дисплея вновь в цифровой. Процессы таких преобразований аналогичны тем, о которых рассказывалось выше.
Далее цифровой сигнал примет контролер дисплея, раскодирует его, преобразует в сигнал управления дисплеям, масштабирует изображение, выполнит цветовую коррекцию, сформирует уровни напряжения.
В зависимости от уровня напряжения, молекулы жидких кристаллов изменяют свою пространственную ориентацию. Вместе с этим меняется и способность пикселей пропускать свет, то есть меняется их прозрачность. Такой эффект и дает возможность воспроизводить и просматривать видеофильмы и фотографии.
Передающие матрицы IPS и TN
Матрицы IPS и TN отличаются между собой геометрией поверхностей и материалами изготовления. Общим остается наличие жидких кристаллов. В TN LCD стержневидные молекулы закручены в спирали. У пикселей высокая скорость отклика, но при этом угол обзора экрана невелик и на нём нет насыщенного черного цвета. Позже была внедрена технология TN+film, в которой угол обзора увеличили за счет дополнительного слоя. Пример – ноутбук HP 15-bw662ur.
В дисплеях более поздней технологии IPS жидкие кристаллы расположены параллельно и в одной плоскости. При подаче напряжения они одновременно меняют свое положение. Это дает высокую яркость и большой угол обзора. Но скорость отклика во время игр оставляет желать лучшего. В новых модификациях IPS LCD скорость отклика повышена до 5 и более миллисекунд. При таких показателях они становятся хорошим вариантом не только для просмотра фильмов, но и для игр. IPS-дисплеем снабжены ультрабук Huawei Matebook 13, планшеты Lenovo TAB4 10 Plus, Lenovo Yoga Book C930, Apple iPad Pro 2018 и многие другие гаджеты.
В культовой киноленте главный герой выбирал между красной и синей таблеткой, между реальностью и иллюзиями. Так и выбор матрицы определяет, каким предстанет мир на ваших фото и видео, на экранах телевизоров, дисплеях планшетов и мониторах ноутбуков.
Как выбрать IP-камеру
Каждая IP-камера создана для видеонаблюдения, тем не менее решает разные задачи. Важно понимать, в каких условиях какую информацию в каком качестве будет передавать IP-камера. В этой статье мы не рассматриваем мультисенсорные, поворотные и панорамные IP-камеры, но большинство сказанного относится и к ним.
Параметры выбора IP-камеры:
Выбор объектива IP-камеры
Один из важнейших параметров при выборе IP-камеры — угловое поле объектива, основа определения количества камер и мест их монтажа. Это видимая объективом область, охват. Углы обзора — горизонтальный, вертикальный, диагональный — напрямую связаны с фокусным расстоянием.
Фокусное расстояние бывает постоянным и переменным, объективы с переменным фокусным расстоянием — моторизованными и управляемыми вручную. Объектив с «ручным» переменным фокусным расстоянием серьезно облегчает инсталляцию, а само расстояние таково, что не существует у фиксированных объективов, например 13.5 мм.
Моторизованный объектив — для постоянного мониторинга с необходимостью часто масштабировать изображение.
Таблица зависимости дальности и ширины охвата от фокусного расстояния
Для круглосуточного видеонаблюдения с ИК-подсветкой как дополнительным источником света понадобится IP-камера, укомплектованная объективом с ИК-коррекцией. Видимый свет фокусируется в одной точке, а лучи инфракрасного диапазона — в другой. Если фокус не смещать, картинка будет размытой, мутной — расфокусированной. ИК-коррекция в объективе как раз смещение фокуса. В документах ИК-коррекция далеко не всегда указана, хотя присутствует — уточняйте у продавца этот момент.
Выбор матрицы IP-камеры
Матрица получает изображение с объектива и преобразует его в цифровой поток. Качество картинки зависит от чувствительности матрицы. Чувствительность указывают в люксах (лк). Люкс — производное одного люмена (измеритель светового потока) на один квадратный метр. Параметр показывает минимальное количество света, необходимое для формирования изображения — 0.1
0.009 лк. Чем больше нулей после точки, тем чувствительнее матрица, тем качественнее картинка, тем дольше IP-камера не переходит в черно-белый режим. Матрица с чувствительностью 0.001
0.005 лк выдает более качественное изображение и способна формировать цветное видео при свете уличных фонарей — если этому не мешает апертура объектива.
Апертура — относительное отверстие, пропускающее свет. Чем меньше цифра, тем больше света поступит на матрицу. Светосила объектива с апертурой F/1.2 выше, чем с F/2.0 — отверстие больше, света проходит больше. Мало пользы от чувствительности 0.001 лк, если этот свет есть в области наблюдения, но не пройдет к матрице.
Для IP-камеры, поставляемой без объектива, принято указывать чувствительность для оптики с F/1.2. Некоторые производители хитрят и указывают для F/1.2, когда камера укомплектована объективом с F/2.0. Фактическая чувствительность будет ниже указанной. Кроме того, производители по-разному ее измеряют — в разных условиях, с другим объективом. Как же выбрать IP-камеру с хорошей чувствительностью?
Обратите внимание на размер матрицы. Чем крупнее сенсор, тем по факту выше чувствительность (1/4 меньше 1/2.8). Тем ниже шум: на маленькой матрице меньше межпиксельные изолирующие элементы, из-за чего повышается нагрев, ухудшающий соотношение сигнал/шум.
К сожалению, нет универсального рецепта по выбору чувствительности. Помогает опыт, но если его нет, лучше обратиться к специалистам, в идеале — к производителю.
Выбор разрешения IP-камеры
Неоправданно высокое разрешение модно, но зачастую нерентабельно: платить придется не только за саму IP-камеру, но и за высокую пропускную способность сети, процессорную мощность видеорегистратора, терабайты жестких дисков, амортизацию оборудования. К тому же, чем выше разрешение, тем ниже чувствительность матрицы — простая арифметика: больше пикселей, но света столько же, на каждый пиксель меньше света.
Выбирайте разрешение в зависимости от задач и условий съемки. Если не нужна большая детализация, подойдет 2 Мп — разрешение, достаточное для решения большинства задач.
В некоторых случаях не нужно и двух мегапикселей. Примеры:
Высокое разрешение нужно:
В недорогой камере высокое разрешение сыграет роль медвежьей услуги — дешевый процессор не в состоянии обработать столько пикселей, размер пикселя маленькой матрицы ничтожен и потому ему достается минимум света, и картинка получается смазанной — при прочих равных ее качество гораздо хуже, чем качество картинки с разрешением 2 Мп.
Уличные IP-камеры
Если нужна IP-камера для работы на улице, обратите внимание не только на рабочие температуры — они бывают низкими для неотапливаемых помещений, но и на защиту (выбирайте под задачу):
В характеристиках защиты, за исключением вандалостойкости, подвохов не бывает. Все стандарты давно разработаны, описаны и действуют: защита либо есть, либо нет.
ИК-фильтр
Матрицы IP-камер чувствительны к видимому и инфракрасному свету. Лучи инфракрасного диапазона искажают цветопередачу, портят изображение — на картинке появляются лиловые пятна, закрывающие фрагменты кадра. Чтобы этого не происходило, используют ИК-фильтр — ICR (Infrared Cut filter mechanically Removable; механически сдвигаемый инфракрасный фильтр) или электронный. Для ночного видеонаблюдения IP-камеры работают в режиме день/ночь — при недостатке света переходят в черно-белый режим съемки.
ИК-подсветка
Чем больше дальность действия подсветки, тем лучше — неправильный тезис: от подсветки требуется освещение зоны наблюдения — не более. Дальнобойная подсветка — направленный луч, освещающий узкий сектор, а не всю область. К объективу с фокусным расстоянием 2.8 мм такая подсветка не нужна, потому что объект наблюдения вблизи.
Учтите — в темноте область обзора будет в два раза уже. Равнозначно снизится качество картинки, поскольку лучи инфракрасного диапазона великолепно отражаются от дождя, снега, пылевой взвеси, мошкары и прочего.
Нюанс ИК-подсветки с большой дальностью — засветка близко расположенных объектов. Проблема решена адаптивностью: процессор получает данные датчика о расстоянии до объекта и пропорционально меняет мощность диодов. Выбирая IP-камеру с «длинной» подсветкой, убедитесь в адаптивности последней — в даташите будет написано Smart.
Летом в жарких регионах имеет смысл использовать IP-камеры без ИК-подсветки — с отдельно стоящим прожектором. Диоды встроенной подсветки нагреваются, вкупе с высокой температурой воздуха это создает лишний незапланированный шум.
Аудио в IP-камере
Если важно не только видеть, но и слышать происходящее, нужна IP-камера с микрофоном. Для организации двустороннего голосового сообщения понадобится и динамик. Во многих моделях установлены микрофоны, однако место инсталляции зачастую не позволяет сделать разборчивую запись — в таких случаях к IP-камере подключают внешний микрофон (нужен аудиовход).
Форм-фактор
Наиболее популярны купольные и цилиндрические IP-камеры. Цилиндрические IP-камеры часто комплектуют длиннофокусными объективами, включая моторизованные, — сама форма корпуса способствует этому. В основном «цилиндры» ставят на дорогах, входах и въездах с высоким расположением камеры, больших пространствах (стадионы, вокзалы, аэропорты etc).
Купольные IP-камеры можно монтировать в местах непосредственного доступа — низких потолках, стенах и так далее, местах, не попадающих в зону видимости охранников. Форма корпуса наиболее устойчива к механическим воздействиям. «Купола» универсальны — подходят для любого объекта, но наиболее актуальны на парковках, в низких коридорах, на входах и везде, где до камеры можно дотянуться.
Вандалостойкость как параметр присутствует и у цилиндров, но поворотный кронштейн сводит на нет достоинство — злоумышленнику достаточно повернуть камеру в другую сторону. То же касается форм-фактора «Сфера» (крутится видеомодуль) и Cube. В IP-камере с аналитикой, с функцией антисаботажа, причем конкретно обнаружение смены области обзора и детекции удара, в систему поступит тревожный сигнал, но пока на него отреагируют, пройдет время, зачастую вполне достаточное для совершения преступления. Такие камеры используют в офисных кабинетах, жилых помещениях, школьных классах и на других подобных объектах.
Особняком стоят IP-камеры в форм-факторе Box. Их не комплектуют объективами, оставляя проектировщику выбор оптимальной оптики. Они не бывают уличными — для внешней инсталляции нужны термокожухи. Это профессиональное оборудование — его часто используют для распознавания лиц на входах, автомобильных номеров на въездах.
Выбор функций борьбы с засветкой
Свет не считается с нуждами видеонаблюдения, особенно на улице — тени меняют местоположение, затемняя целые области, солнце двигается, засвечивая разные участки в зависимости от времени суток. Профессиональные фотографы любят контровый свет, но даже им тяжело с ним работать, а для видеонаблюдения это — серьезное осложнение, уничтожающее информативность картинки: на ярком фоне просматривается только силуэт объекта, без деталей. Для борьбы с разноконтрастным освещением или его последствиями есть программные и аппаратные решения:
Есть еще BLC, корректирующая конкретно яркий фон, и HLC, сражающаяся с локальной засветкой (фары, фонари) путем маскировки или затемнения.
HLC локальна, DWDR и BLC дают низкий эффект, попиксельный замер — средний, многократное сканирование — высокий (теней нет даже там, где они обязаны быть), но не все так однозначно.
WDR с многократным сканированием не подходит для видеонаблюдения за скоростными объектами и для IP-камер с аналитикой. Пример: фреймрейт живого видео — 25 кадров в секунду, городская скорость автомобиля — 60 км/час; за минуту авто проедет километр, за секунду — 16.6 метров, за 1/25 секунды — 66.6 см, но делаем два кадра, а значит между кадрами авто проедет 30 см, и это породит артефакты на изображении. Если скорость высока, вероятно двойное отображение автомобиля.
Анализу потока артефакты тоже не способствуют — непонятно, бегущий пересек линию или нет, вошел в область или вышел из нее, невозможно правильно распознать номер автомобиля, когда цифры накладываются друг на друга и так далее.
Для видеонаблюдения в областях с быстро двигающимися объектами Real WDR не подходит, его нужно отключать. Но тогда зачем эта функция? Лучше отдать предпочтение попиксельному замеру или DWDR.
Компрессия
За сжатие отвечают кодеки H.264, H.265. Стандарт H.265 наиболее эффективен на высоком разрешении — на 2 Мп он не реализует преимущества (не хватает пикселей на много блоков 64 на 64). В большинстве случаев достаточно H.264. Сейчас модно внедрять весь набор, включая так называемые смарт-кодеки, по принципу чем больше, тем лучше, но это лишнее — не забываем, что все стандарты платные: чем их больше в камере, тем она дороже.
Смарт-кодеки — это H.264+, H.265+ (Hikvision), ZipStream (Axis), WiseStream (Hanwha Techwin), повышающие эффективность H.264, H.265 разработки производителей, основанные на предварительном сжатии статических кадров, используемых в качестве опорных.
Скорость трансляции
Чем ниже скорость записи, тем быстрее двигаются объекты на мониторе при воспроизведении. Чарли Чаплин на самом деле не семенил — это кинематограф был медленным.
Считается, что всегда необходимо 25 к/с. Но тотальная нужда надумана: видео в реальном времени нужно там, где постоянное движение, а для записи происходящего у запасного выхода, дремлющего ресепшена, на крыше, некоторых участках периметра, большинства внутренних помещений того же офиса высокая скорость не нужна — достаточно 15 к/с, и можно сэкономить на битрейте. На трассах, наоборот, мало 25 кадров в секунду — там надо 50–60 к/с, чтобы на плавной прокрутке можно было рассмотреть быстро двигающиеся автомобили.
Встроенная аналитика
Ставший привычным программный детектор движения — это уже аналитика (по факту он не движение обнаруживает как таковое, а анализирует изображение на изменения), и она освобождает оператора от бесконечного просмотра мониторов, экономит архивное пространство, время на просмотр записей, снижает нагрузку на сеть, потому что при соответствующей настройке IP-камера начинает запись только по сигналу детектора.
Сегодня с помощью встроенной в камеру аналитики решают множество задач. Среди аналитических функций — детекция пересечения виртуальной линии, оставленных или пропавших предметов, движения с классификацией объектов по размеру, скорости и направлению, входа в область и выхода из нее, вторжения в зону, тумана, людей, автомобилей, велосипедов, подсчет посетителей, обнаружение звука, нарушения (превышение/занижение) звукового порога, заслона объектива, изменения области обзора, подмены картинки, классификация звука, анализ поведения (падение, праздношатание и др.) и спектр узкоспециализированных функций.
Технологии развиваются с завидной скоростью, и в дальнейшем список аналитических возможностей IP-камер расширится, в том числе в сторону нейросетевых решений.