ТЕСТ: Тестирование аналоговых телекамер

  Для тестирования аналоговых телекамер мы выбрали следующие сходные по своим характеристикам и стоимости модели: Samsung SCC-B2391P, MicroDigital MDC-4220CDN, Everfocus EQ 550 T, Mintron MTV63S80HP. Все эти модели объединяет их принадлежность к классу "день/ночь" и высокое горизонтальное разрешение. Кроме наличия ночного режима, на некоторых телекамерах имеется режим накопления заряда в условиях плохой освещенности. На всех выбранных телекамерах используется ПЗС-матрица 1/3". При тестировании мы обращали внимание на такие характеристики, как горизонтальное разрешение, отношение сигнал/шум, минимальная освещенность. Кроме этого мы определяли уровень сигнала при различных освещенностях, а также уделяли внимание специфическим характеристикам каждой телекамеры. Среднеквадратическое отклонение шума мы определяли не через пик-фактор, а непосредственно рассчитывали эту величину по выборке из 2500 значений напряжения на шумовой "дорожке". При этом оказалось, что при расчете через пик-фактор отношение сигнал/шум получается на 1-2 дБ выше, чем при расчете по выборке. Уровень сигнала определялся с помощью осциллографа. Так как измерение отношения сигнал/шум проводилось без взвешивающего фильтра, то при высоком отношении сигнал/шум (больше 26 - 30 дБ) мы учитываем его ослабление, а именно, прибавляем к вычисленному значению 9.2 дБ.
             Несмотря на то, что в телекамерах класса "день/ночь" подразумевается перемещение ИК-фильтра в ночном режиме, мы все равно при ослаблении светового потока использовали дополнительный ИК-фильтр. Причем его коэффициент пропускания в ИК-диапазоне значительно ниже, чем у фильтров на самих телекамерах. Обосновываем мы это тем, что в спецификациях телекамер указывается минимальная освещенность в люксах. Под этим подразумевается формирование видеосигнала за счет излучения видимого диапазона длин волн, которым мы и ограничиваемся.
             Для оценки компенсации фоновой засветки мы приводим изображения, которые формирует телекамера при двух разных размерах засвеченной области.

Samsung SCC-B2391P

Samsung SCC-B2391P представляет собой телекамеру класса «день/ночь» с высоким разрешением 540 ТВЛ. Кроме этого экземпляра, в данном классе у Samsung имеются телекамеры с разрешением 500 ТВЛ (два варианта Ex-View и Super HAD) и телекамера с функцией расширения динамического диапазона.
              Телекамера SCC-B2391P комплектуется подробным описанием на нескольких языках (в том числе и на русском), хотя лучше воспользоваться английским вариантом. Здесь приведены рекомендации по установке и настройке телекамеры, а так же ее технические характеристики, которые мы привели выше.
             К особенностям внешнего вида телекамеры, мы отнесли характерную для телекамер Samsung класса «день/ночь» регулировку заднего фокуса. Она осуществляется  поворотом небольшого рычага с фиксатором. На наш взгляд такая регулировка весьма удобна и надежна. Настройка телекамеры осуществляется с помощью переключателей, расположенных на задней панели. Если питание осуществляется источником переменного напряжения 24 В, то можно установить синхронизацию от сети. В зависимости от того, используется ли объектив с автоматической регулировкой диафрагмы или ручной/фиксированной, включается или выключается функция автоматического электронного затвора (ELC). Для выбора типа управления автоматической диафрагмой (VIDEO/DC) имеется соответствующий переключатель рядом с гнездом подключения питания и управления диафрагмой. Также на задней панели расположен переключатель FL, который устанавливает время накопления 1/120 с. Для автоматической подстройки баланса белого тоже имеется соответствующий переключатель. При выключении автоматического баланса белого, сохранится настройка для цветовой температуры, существовавшая в момент выключения. В этом случае с помощью кнопок INC и DEC, расположенных на задней панели, можно вручную отрегулировать цветовую температуру. Если питание осуществляется переменным током, то с помощью этих же кнопок можно подстроить вертикальную фазу при синхронизации от сети. На задней панели также расположены контакты для управления переходом в ночной режим. В ином случае переход может осуществляться автоматически при освещенности ниже 10 лк.
             Измерения основных параметров телекамеры проводились с помощью испытательной таблицы. При этом использовался объектив с фокусным расстоянием 20 мм с ручной регулировкой диафрагмы (F/2.0 — F/16.0). При измерениях мы использовали фиксированное значение электронного затвора 1/50 с. Для этого регулировка ELC была включена в положение, соответствующее использованию объектива с АРД. При относительно хорошей освещенности автоматическая регулировка усиления не включается. При снижении освещенности соответственно падает уровень сигнала, что после определенного значения  вызовет включение АРУ. При дальнейшем снижении освещенности АРУ еще какое-то время будет удерживать сигнал на том же уровне, на котором она включилась. Конечно же, при этом будут сильно возрастать шумы. В конце концов, качество изображения упадет настолько, что вести наблюдение станет невозможно.

При достаточной освещенности мы оцениваем горизонтальное разрешение и максимальное отношение сигнал/шум. Горизонтальное разрешение в цветном режиме  составило 520 ТВЛ. Измерение горизонтального разрешения в ночном режиме показало 570 ТВЛ. Так как измерение мы проводили при хорошей освещенности, то для перехода в ночной режим мы просто замкнули соответствующие контакты. Максимальное отношение сигнал/шум в дневном режиме составило 46.0 дБ. Такое отношение сигнал/шум сохраняется вплоть до освещенности 90 лк (F2.0). В ночном режиме, как и ожидалось, значение этой величины выше — 48.5 дБ (550 мВ). Далее мы понижали освещенность и измеряли при этом размах видеосигнала от черно-белого перепада и отношение сигнал/шум. При освещенности 15 лк (F2.0) уровень сигнала снизился до 315 мВ, и отношение сигнал/шум составило 42 дБ. Подробные данные по измерениям приведены в таблице в конце статьи. Обратим отдельно внимание на то, что в спецификациях в цветном режиме указано минимальное значение освещенности 0.3 лк, относительное отверстие диафрагмы при этом не сообщается. Если предположить, что это значение указано для относительного отверстия диафрагмы F1.2, то с нашим объективом (F2.0) минимальная освещенность должна составлять порядка 0.85 лк. При этом уровне освещенности, как видно из таблицы, отношение сигнал/шум ниже 16 дБ. Хотя производителем в черно-белом режиме заявлена минимальная освещенность 0.06 лк, нам при такой освещенности уровень сигнала измерить не удалось. Если опять предположить, что это значение приведено для числа F 1.2, минимальной освещенностью в нашем случае следует считать 0.17 лк (F2.0). Мы получили отношение сигнал/шум 4.5 дБ при освещенности 0.20 лк. Теоретически вести наблюдение в таких условиях можно, но информативность изображения будет, мягко говоря, невысокой.
              В заключение можно сказать, что телекамера отвечает заданным характеристикам. Большей частью SCC-B2391P ориентирована на работу в полностью автоматическом режиме, с чем она прекрасно справляется благодаря высокому разрешению и наличию ночного режима. Автоматические регулировки избавят инсталляторов от лишних головоломок. Розничная цена составляет 264 доллара США. Помимо высокого качества, изображения покупателю будут гарантированы квалифицированное сервисное обслуживание и техническая поддержка: бесплатная гарантия на телекамеру составляет три года.
              Для проведения тестирования телекамера была предоставлена компанией ТАТРИС БЕЗОПАСНОСТЬ.

MicroDigital MDC-4220CDN             

Телекамера MDC-4220CDN представляет собой недорогое устройство класса день/ночь с высоким горизонтальным разрешением.
              На задней панели телекамеры расположены кнопки управления экранным меню, разъемы питания, подключения питания и управления АРД, а также и сам видеовыход.
              Благодаря экранному меню на данной телекамере производителю удалось реализовать большое количество функций. В том числе имеется возможность отключать всю автоматику телекамеры, за исключением автоматического уровня черного и гамма-коррекции. Насколько это полезно, будет зависеть непосредственно от условий наблюдения.
             При первом знакомстве с телекамерой оказалось, что под режимом «день/ночь» здесь подразумевается переход от цветного изображения к черно-белому и включение режима накопления заряда.
             На MDC-4220CDN предусмотрено использование объективов не только с ручной/фиксированной диафрагмой, но и автодиафрагмой (VIDEO/DC-iris). Выбор типа АРД объектива осуществляется с помощью переключателя на задней панели телекамеры. При использовании объектива с ручной/фиксированной диафрагмой можно выбрать режим работы электронного затвора: Manual, ESC (Electronic Shutter Control), FLK. Положению FLK для телекамеры стандарта цветного телевидения PAL соответствует времени накопления 1/120 с. При выборе автоматического режима работы электронного затвора ESC телекамера автоматически регулирует время накопления. Ручная регулировка времени накопления позволяет самостоятельно устанавливать длительность экспозиции от 1/50 до 1/120000 с. Максимальное время накопления 1/50 с можно увеличивать в 2, 4, …, 128 раз. Ручная настройка имеет смысл только в том случае, когда телекамера постоянно работает в условиях очень низкой освещенности. Впрочем, в таких условиях имело бы смысл устанавливать телекамеру с отдельным блоком ИК-подсветки, но с другой стороны, работа в режиме накопления позволяет сохранить информацию о цвете. Значения освещенностей, при которых телекамера формирует приемлемое изображение, мы приводим ниже в таблице. Баланс белого на этой телекамере может устанавливаться автоматически, фиксироваться на текущем значении и регулироваться полностью вручную. В телекамере также имеется функция компенсации фоновой засветки (BLC), которая имеет три позиции: LOW, MIDDLE, HIGH. Выбирать ту или иную позицию следует индивидуально для определенных условий. Однако в инструкции не упоминается, что эта функция работает только при автоматическом режиме электронного затвора (ESC). Автоматическая регулировка усиления имеет также три уровня: LOW, MIDDLE, HIGH. Как указано в спецификациях, при отключении АРУ, сохраняется усиление сигнала на 6 дБ. Естественно, что при включении усиления кроме полезного сигнала усиливаются и шумы. Для улучшения качества изображения производителем предусмотрена система динамического шумоподавления (DNR). Она также имеет три уровня регулировки: LOW, MIDDLE, HIGH. Однако при подавлении шумов в динамике никуда не деться от следов от движущихся объектов. Насколько можно улучшить качество изображения с использованием системы шумоподавления DNR, смотрите ниже.
               Повышение чувствительности методом накопления осуществляется не только в ручном режиме, но и в автоматическом. Для этого в меню настроек имеется пункт SENS-UP. Активируется он в режиме ESC с включенной АРУ. При этом можно указать максимальное число раз, в которое автоматически увеличится время накопления.
               К специальным функциям производитель относит такие, как назначение имени камеры с возможностью его отображения, автоматическое отключение цвета в ночном режиме, настройка синхронизации (для телекамеры с питанием только 12 В DC не активна), детектор движения, маскирование, зеркальное отображение, апертурная коррекция. В телекамере используется четырехзонный детектор движения, чувствительность которого не настраивается, хотя в инструкции по эксплуатации такая возможность указана. Четкость изображения за счет апертурной коррекции регулируется в широких пределах. Включение апертурной коррекции делает переходы яркости на изображении резкими, а изображение визуально более четким, но, конечно, информативность изображения от этого не повышается. При отключении апертурной коррекции переходы становятся плавными, что визуально выглядит как небольшая размытость.
               Возможность полного отключения автоматики немного облегчила нам проведение измерений. Мы установили длительность экспозиции 1/50 с, отключили АРУ и остальные дополнительные функции, в том числе апертурную коррекцию. Горизонтальное разрешение при этом составило 480 ТВЛ в условиях хорошей освещенности. Максимальное отношение сигнал/шум 47.5 дБ было получено при освещенности 90 лк (F2.0). Заданное горизонтальное разрешение 530 ТВЛ достигается только при включении апертурной коррекции. Но при этом максимальное отношение сигнал/шум снижается до 45 дБ. Подробные результаты измерений занесены в таблицу. Отдельно хотим прокомментировать следующие моменты.
              Использование системы динамического подавления шумов, как видно из приведенной таблицы очень сильно повышает качество изображения, однако динамические изображения при этом неминуемо оставляют за собой след, а так же иногда наблюдалось некое мерцание изображения движущихся объектов. То же касается режима накопления. Увеличение длительности экспозиции в два раза сильно повышает чувствительность, и при этом изображения движущихся объектов не размазываются. Предельное увеличение времени накопления (х128), безусловно, позволяет получить высокий уровень сигнала при низкой освещенности. Но это применимо только при тех условиях, когда отсутствуют какие-либо перемещения в кадре, и главной целью наблюдения является обнаружение самого факта значительных изменений в наблюдаемой сцене.
                Подводя итоги тестирования телекамеры MicroDigital MDC-4220CDN, хотим обратить внимание на следующее. Отличительной особенностью телекамеры можно назвать возможность практически полностью ручной настройки. Польза от детектора движения, на наш взгляд, весьма сомнительна, поскольку, во-первых, отсутствует регулировка чувствительности, а во-вторых, нет даже выхода тревоги. Таким образом, даже при корректном обнаружении движения телекамерой, самое большее, что она сможет сделать, это вывести соответствующее сообщение на экран. Указанное в спецификациях горизонтальное разрешение, достигается только при включении апертурной коррекции. Розничная стоимость этой телекамеры составляет 187 долларов.
             Для проведения тестирования телекамера была предоставлена российским представительством компании MicroDigital.

Everfocus EQ550T        

         Линейка телекамер Everfocus вновь пополнилась новым экземпляром — это модель EQ550T Polestar. На этой телекамере класса «день/ночь» с высоким разрешением имеется встроенный микрофон и, разумеется, аудиовыход. Микрофон расположен на передней панели рядом с объективом. Также рядом находится встроенный датчик освещенности. На задней панели расположены разъем питания, порт RS-232, кнопки управления экранным меню и сам видеовыход. Перемещение ИК-фильтра может осуществляться при двух уровнях освещенности либо эта функция может быть отключена. Это зависит от положения переключателя, который также расположен на задней панели. Разъем для подключения питания и управления автодиафрагмой находится справа на корпусе рядом с объективом. На телекамере предусмотрен только один тип АРД (DC-iris). Для управления переходом в ночной режим предусмотрено использование выносного датчика уровня освещенности. Этот датчик подключается посредством разъема (3.5 мм jack). В телекамере сделан акцент больше на возможность точной подстройки под специфические условия наблюдения, чем на работу в полностью автоматическом режиме.
               При использовании объектива с АРД следует провести соответствующие настройки. При этом время накопления фиксируется на 1/50 с. Если используется объектив с ручной или фиксированной диафрагмой, то можно установить время накопления от 1/50 с до 1/120000 с. Для реализации функциональных возможностей здесь используется точно такое же экранное меню, как и на телекамере MDC-4220CDN, поэтому не будем особо уделять внимание возможностям EQ 550 T, доступным через экранное меню. Подчеркнем только одно отличие. На EQ 550 T плавно регулируется цветовая насыщенность, а на телекамере MDC-4220CDN цвет может просто автоматически отключаться при низкой освещенности. Заметим также, что при установке цветовой насыщенности на минимальное значение цвет полностью не исчезает. Его полное исчезновение имеет место только при переходе в ночной режим. Реализация режима «день/ночь» здесь заключается в перемещении ИК-фильтра, благодаря чему можно использовать ИК-подсветку и получить изображение в абсолютной темноте.
                Но начнем с освещенности, необходимой для формирования максимального уровня сигнала. При хорошей освещенности измерение горизонтального разрешения при выключенной апертурной коррекции показало 490 ТВЛ. При включении апертурной коррекции горизонтальное разрешение составило 510 ТВЛ. В общем, это согласуется со значением, указанным производителем. Настройку апертурной коррекции лучше всего производить по осциллографу, наблюдая за выбросами на резком переходе между черным и белым. Максимальное отношение сигнал/шум составило 50 дБ. Такое значение было получено при освещенности 160 лк (F2.0) в цветном режиме с длительностью экспозиции 1/50 с (АРУ и апертурная коррекция отключена). Уровень сигнала составил 670 мВ. При освещенности 90 лк (F2.0) уровень сигнала снизился до 510 мВ, а отношение сигнал/шум составило 49 дБ. Надо сказать, что это очень хороший показатель. При снижении освещенности до 20 лк уровень сигнал уменьшился до 280 мВ. Однако отношение сигнал/шум сохранилось высоким – 47 дБ. При более низкой освещенности имеет смысл прибегать к АРУ, а если есть необходимость, то и к накоплению заряда. АРУ удерживает сигнал на уровне около 500 мВ. При максимальном усилении уровень сигнала 500 мВ сохраняется вплоть до 2 лк. Отношение сигнал/шум при этом составит только 19 дБ. При максимальном значении динамического шумоподавления (установка регулятора DNR в положение HIGH) отношение сигнал/шум повысилось до 40 дБ. То есть среднеквадратическое отклонение шума снизилось почти в 4 раза. Если использовать только лишь АРУ, то на этой телекамере уровень сигнала 120 мВ удается сохранить до освещенности 0.13 лк. А благодаря динамическому подавлению шумов отношение сигнал/шум сохраняется 18.5 дБ. При этом на уровне черного происходит дополнительное ослабление шумов. Поэтому при измерении среднеквадратического отклонения шума мы рассматривали шумы на уровне белого. Баланс белого подстраивался вручную. Если воспользоваться двукратным накоплением заряда, то при освещенности 0.08 лк можно получить уровень сигнала 150 мВ с высоким отношением сигнал/шум – 23.5 дБ. При предельном накоплении заряда (х128) при освещенности 0.002 лк формируется видеосигнал с размахом 160 мВ и отношением сигнал/шум 13 дБ. На экране монитора при этом будет наблюдаться красивая цветная мозаика из битых пикселов. Так как при определении минимальной освещенности мы использовали ослабляющие фильтры вместе с дополнительным ИК-фильтром, то перемещение ИК-фильтра телекамеры не повышало чувствительности телекамеры. В общем-то, при наличии ИК-подсветки отпадает какая-либо необходимость в дополнительном накоплении заряда, и можно сказать, что минимальная освещенность равна 0 лк. В ночном режиме максимальное отношение сигнал/шум не превысило максимальное значение, полученное в дневном режиме.
             В целом, по всем характеристикам телекамера продемонстрировала высокие показатели, и приведенные выше результаты тестирования дополнить практически нечем. К особенностям этой телекамеры следует отнести переход в ночной режим по сигналу с датчика освещенности. Если в других телекамерах этот переход осуществляется по уровню видеосигнала, то здесь порог перехода оценивается независимо от него. Насколько это полезно, будет зависеть от конкретной ситуации. Розничная стоимость EQ 550 T составляет 255 долларов.
                На тестирование телекамера была предоставлена компанией Vidau Systems.

Mintron MTV-63S80HP               

Модель MTV-63S80HP компании Mintron представляет собой цветную телекамеру класса «день/ночь» с высоким разрешением. Здесь имеются типичные для этого класса телекамер функции, такие как компенсация фоновой засветки, автоматический баланс белого, цифровое увеличение. У этой телекамеры есть и менее распространенные функции, как например регулировка апертурной коррекции и гамма-коррекции. На задней панели для всех регулировок имеется 12 переключателей, а также 10-позиционный переключатель времени накопления заряда от 1/50 с до 1/10000 с. Помимо обилия переключателей, на корпусе телекамеры имеется два видеовыхода. Документация на телекамеру очень кратка, но назначение всех переключателей там указано. В отличие от телекамер с экранным меню настроек, потеря документации этой телекамеры весьма затруднит настройку, так как переключатели на корпусе не подписаны. Кроме сигнала изображения, формируемого матрицей ПЗС, телекамера способна так же передавать испытательный видеосигнал, состоящий из цветных вертикальных полос. Для этого предусмотрен отдельный переключатель. Если для питания телекамеры используется переменное напряжение, то можно включить внешнюю синхронизацию и подстроить фазу. Справа на корпусе телекамеры расположен разъем для подключения питания и управления АРД. На телекамере предусмотрено использование АРД, управляемой постоянным током.
                Переход в ночной режим на телекамере осуществляется только автоматически, но для этого АРУ должна быть включена. Достаточно часто на таких телекамерах используют разъемы для подключения датчиков уровня освещенности, которые переводят телекамеру в ночной режим. Однако на MTV-63S80HP сделаны разъемы для включения ИК-подсветки, когда телекамера переходит в ночной режим. Внутреннее сопротивление при переходе в ночной режим устанавливается 300 Ом. Дневному режиму соответствует закрытое состояние выходного транзистора.

На задней панели телекамеры имеется 10-позиционный переключатель времени накопления заряда от 1/50 до 1/10000 с. При определении максимального отношения сигнал/шум и горизонтального разрешения мы зафиксировали длительность экспозиции на значении 1/50 с и отключили АРУ. Горизонтальное разрешение определяли при обоих положениях переключателя апертурной коррекции, и в обоих случаях оно составило 520 ТВЛ. Отношение сигнал/шум мы определяли при выключенной апертурной коррекции и при двух положениях переключателя гамма коррекции: 0.45 и 1 При этом мы добивались формирования максимального уровня сигнала. При освещенности 90 лк и с отключенной гамма-коррекцией (гамма = 1) было получено отношение сигнал/шум 46 дБ с уровнем сигнала 680 мВ. При включении гамма-коррекции отношение сигнал/шум снизилось до 44 дБ, главным образом из-за того, что максимальный уровень сигнала снизился до 560 мВ.
При снижении освещенности до 20 лк, уровень сигнала упал до 280 мВ, а отношение сигнал/шум понизилось до 40 дБ. Если АРУ включена, то она начинает работать при освещенности ниже 15 лк, когда уровень сигнала снижается до 250 мВ. АРУ усиливает сигнал до 400 мВ и удерживает его на этом уровне вплоть до освещенности 9 лк. Отношение сигнал/шум при этом снижается до 38 дБ.
             На данной телекамере вопрос повышения чувствительности решается не только перемещением ИК-фильтра, но и переходом в режим накопления. И то, и другое осуществляются автоматически. Если рассматривать постепенное уменьшение освещенности при выключенной АРУ, то при некотором уровне сигнала включится режим накопления, т. е. длительность экспозиции увеличится сначала в два раза, а потом еще в два раза. Это происходит при освещенности около 20 лк. Если АРУ включена, то после перехода в режим накопления при дальнейшем снижении освещенности до 4 лк, будет убран ИК-фильтр, а в телекамере отключится режим накопления. Однако он снова включится при освещенности ниже 2.5 лк. При увеличении освещенности ИК-фильтр возвращается на свое место перед ПЗС-матрицей при освещенности больше 20 лк. При освещенности 0.12 лк уровень сигнала составил 140 мВ, а отношение сигнал/шум 16.5 дБ. При освещенности 0.075 лк уровень сигнала составляет 90 мВ, а отношение сигнал/шум — 13 дБ. При освещенности 0.02 лк уровень сигнала составляет 20 мВ, а отношение сигнал/шум — 0 дБ.
                 Надо заметить, что небольшое увеличение времени накопления не сказывается негативно на качестве. Конечно, при быстрых перемещениях остается след, но он не так сильно мешает наблюдению. Иными словами, пользы от этого, на наш взгляд, больше чем вреда. Что касается автоматического включения режима накопления, хотелось бы заметить, что если производитель и так предусмотрел множество различных регулировок, то можно было бы сделать и ручное переключение для этого режима.
                  Результаты, которые продемонстрировала эта компактная телекамера, вполне оправдывают ее розничную стоимость в 230 долларов. Набор встроенных функций делает телекамеру конкурентоспособной в своем классе.
                  Техническая поддержка была оказана главным дистрибьютором компании Mintron в Москве компанией Силикон-С.
                   Для проведения тестирования телекамера была предоставлена компанией ТСО.