Измерение ISO для видео техники, в том числе для приложений безопасности видеокамеры наблюдения

Датчик изображения ON Semiconductor: измерение ISO

Оценка чувствительности в системах видеонаблюдения

Измерение ISO для видеотехники, в том числе для приложений безопасности и видеокамер наблюдения. Существует множество способов описать чувствительность системы визуализации к свету.

Традиционно чувствительность цифрового датчика изображения определяется с точки зрения его квантовой эффективности — числа электронов, генерируемых для каждого падающего фотона. Также обычно измеряют чувствительность или выход в вольтах, генерируемых во время воздействия (Дж/см²). В некоторых случаях экспозиция определяется в фотометрических единицах (люкс × секунды).

Традиционно чувствительность пленки определялась в терминах скорости или «ISO». ISO дает индекс экспозиции, при котором достигаются заданные параметры качества изображения.

Типы ISO и стандарты цифровой обработки изображений

Поскольку часто бывает полезно сравнивать цифровые системы обработки изображений с обычными фотосистемами на основе галогенида серебра, были разработаны стандарты, позволяющие измерять ISO для цифровых систем обработки изображений. Использование определенного значения скорости ISO в качестве индекса экспозиции на электронной фотокамере должно привести к одной и той же экспозиции в фокальной плоскости, которая была бы получена с использованием этого индекса экспозиции на пленочной камере.

Два основных типа ISO: насыщение и шум

Существует два основных типа ISO: основанный на насыщении и основанный на шуме. ISO на основе насыщения также называют «базовым ISO».

Тип ISO, представляющий интерес, зависит от конкретного приложения. В приложениях, где контролируются условия освещения, таких как студийная фотография, настройки индекса экспозиции выбираются таким образом, чтобы получить наилучшее изображение, при этом блики изображения падают чуть ниже уровня насыщенности. Эта ситуация воздействия описывается ISO на основе насыщения.

Когда ожидаются более низкие, чем идеальные условия освещения, ISO на основе шума более полезен. В этом расчете для расчета ISO используется отношение сигнал/шум (SNR), которое дает разумное изображение для интересующего приложения.

Этот тип ISO соответствует максимальной установке EI для достижения этой составляющей соотношения сигнал/шум. В фотографии принято обозначать:

•  SNR = 40 — как «отличное изображение»;
•  SNR = 10 — как «приемлемое изображение».

Соответствующий шумовой ISO вычисляется для каждого из этих значений.

ISO полупроводниковых датчиков изображения определяется путем прямого измерения и применения следующей формулы:

Методика расчета и формула базового ISO

Где «ISO» представляет базовый или основанный на насыщении ISO, «f#» — эффективное число f объектива камеры, используемого при измерении, «L» — яркость 18%-ного отражателя в сцене (кд/м²), а «t» — продолжительность экспозиции в секундах.

Выбор 18%-ного отражателя несколько произволен, но обычно в лаборатории имеется 18%-ное серое пятно, так что это удобный выбор. Постоянная на фронте определяется некоторыми предположениями о типичной системе визуализации — 90% пропускания объектива, коэффициент виньетирования 0,98, и точка изображения, которая находится на 10° от оси, которая складывается в расчет фактической экспозиции на плоскости изображения.

Для измерения яркости сцены освещение изменяется до тех пор, пока камера не выдаст среднее значение, равное 18/106 полной шкалы при изображении 18% отражающей поверхности. Во время этой настройки время экспозиции остается постоянным. Полная шкала — это либо то, где насыщается тепловизор, либо то, где АЦП камеры достигает своего максимального значения, что бы ни произошло раньше.

Использование числа 106 не является произвольным — это означает, что мы хотим таким образом обеспечить коэффициент отражения до 106% для бликов изображения. Очень требовательные приложения могут нуждаться в большем запасе для основных моментов, и поэтому могут использовать более высокое число при расчете базового ISO.

Яркость сцены измеряется экспонометром в кд/м² и вводится в уравнение с числом f и временем интегрирования. Для системы цветного изображения измерение ISO выполняется на самом быстродействующем канале — зеленом для RGB-тепловизора.

Это измерение зависит практически от всего — объективы, ИК-фильтры, настройки усиления и смещения камеры, отображение выходного напряжения на АЦП — вот лишь некоторые из них. Поэтому позаботьтесь о том, чтобы система камер была настроена именно так, как она будет использоваться в конечном приложении.

Стандарт: Международная организация по стандартизации 12232, Фотография – Электронные неподвижные фотоаппараты – Определение скорости ISO. (См. Международная организация по стандартизации, www.iso.ch)