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网络摄像机低照度性能测量方法简介

时间:2008-5-27    来源:联特微 

    网络摄像机的低照度性能是其重要的性能指标之一,对于网络视频监控应用来讲,网络摄像机产品的低照度性能也通常会作为产品选型的参考标准之一。低照度性能卓越的网络摄像机可以在光照较低的情况下为用户提供清晰的彩色画面,在夜间能实现彩色转黑白功能,也可提供清晰的黑白图像。

    那么应当如何测量网络摄像机产品的低照度性能呢?不同的厂家有不同的方法,有些厂商甚至会针对不同的市场采用不同的测量方法,而且这些厂商通常不愿意让用户知晓他们所采用的测量方法。这种情况造成的结果是,用户只能通过摄像机的数字指标来比较产品的低照度性能,而光凭数字指标并不能真正反映出摄像机的实际性能。
    作为网络视频市场的佼佼者——瑞典Axis,深刻地理解用户迫切希望了解真相的心情,因此决定向用户公开其所采用的低照度性能测量方法——MMI(Measurement of Minimum Illumination)。

AXIS MMI简介

    MMI是Axis用来测量其网络摄像机产品在产生指定图像质量时,所需要的最低光照强度的一种方法,该方法仅被用在Axis所生产的网络摄像机产品系列。
    AXIS MMI方法基于美国消费电子协会(CEA,Consumer Electronics Association)所制订的“消费型便携式摄像机或视频摄像机低照度性能”标准(CEA-639)而设计,它从以下4个方面对摄像机的低照度性能进行测量:亮度、黑电平、信噪比、分辨率。
    对于上述4个摄像机参数中的每一个,通过MMI的测量结果来定义一个恰好使摄像机无法达到指定参数要求的光照水平,由此得出的4个光照水平中最高的一个则被定义为该摄像机的最低工作光照要求。这一光照水平的数值实际上就是能够使网络摄像机产生指定质量图像所需的最低光照需求,也就是该摄像机的低照度性能指标。

感光度

    很多因素都会影响到摄像机的感光度,包括光圈、镜头质量、图像传感器(CCD或CMOS)的质量和大小、增益大小、曝光时间、图像处理方法等等。正如上文中讲到的,MMI将对摄像机的4个参数分别依照相关标准进行测量,在这种情况下就很难通过调整增益水平和图像处理方法来对摄像机的整体性能进行补偿。例如,提高增益水平可能会提高图像亮度,但同样会增加画面中噪点数量,造成较低的信噪比。因此MMI的测量结果能够非常真实地反映出摄像机自身的质量水平。
对感光度量化方法有很多,以下是其中常用的几种:

·用于电视行业的摄像机,采用的方法通常是在2000 lux的固定光照水平(演播室照明)和指定信噪比条件下,调整摄像机的光圈值,直到摄像机无法解析出指定数量的电视线;

·用于电影行业的摄像机通常通过ISO值来描述感光度(“ISO值”见文后《术语说明》);

·图像传感器(CCD或CMOS)的感光度实际上是指在传感器像素单元中实现光信号寄存所需的光子数量;

·对于监视应用来讲,通常都需要指定最低光照需求。这是用以获得指定质量的图像所需的照明强度,该强度通常通过光圈值或者IRE值(通常为30、50或70)来表示,(“IRE值”见文后《术语说明》)。如果需要确切地说明该光照强度,则需要知道光圈值、色温、曝光时间、可接收的白电平(IRE)值、附加的增益值以及信噪比等一系列参数。

相关的物理概念

    “照明强度”是最重要的一个物理概念,它通常用勒克斯(lux)来表示,指的是某个单位面积上的可见光数量。需要注意的是,照明强度与人眼睛的光谱敏感度有关,因此位于红外线和紫外线等不可见光区域的电磁能量对于光照强度毫无影响。照明强度也可以英尺烛光(fcd, foot-candle)来表示:1 lux=10.76 fcd。l lux 还可以表示为1米烛光(meter-candle)。
    此类测试采用的是白炽光线,白炽光线的光谱特性与阳光、电灯泡灯丝发出的光以及卤素灯发出的光相同。白炽光线的色温也必须被指定,所使用的色温应当与灯丝燃烧时的理想温度相当。

AXIS MMI测量方法

1、如果没有特别指出的话,网络摄像机采用默认的视频设置。如果需要使用默认设置以外的视频设置进行MMI测量的话,必须首先在默认设置条件下进行测量,然后再进行特定设置条件下的测量,并必须指明所采用的设置参数。
2、测量过程所使用的各种测试图表包括TE 153对数灰度反射测试表、TE 182 18%反射测试表、TE 170分辨率测试表。采用白炽光线照射,光线色温保持在3100+/-200K。测试图表中心到周边的光照最大差异在+/-10%之内,光谱特性必须保持一致。光照强度的测试点选在测试图表的中央,尽可能接近图表,并与图表平面尽可能保持平行。调整摄像机,使测试图表充满整个画面。
3、总曝光时间不超过200ms,以保证能够集成任何曝光类型和帧类型。
4、对摄像机进行对焦,使测试图表能够清晰成像,并确保成像稳定。
5、如果使用了红外滤镜,在测量过程中应当使滤镜始终处于工作位置。对测量过程中出现的所有色差情况进行记录。
6、在彩色模式下,依照以下4条标准进行测量,并分别记录下摄像机不能达到预定要求时的光照水平,其中最高的一个将作为该摄像机的最低光照要求。
·亮度:当TE 153测试表中的纯白色无法达到最高亮度条件下的50%时,则认为摄像机无法满足亮度要求;
·黑电平:当TE 153测试表中2%黑色反射部分相对于最高亮度条件下的黑电平增加了标称亮度信号振幅的5%以上时,或者当摄像机无法正确分辩出灰度阶梯时,则认为摄像机无法满足黑电平要求;
·信噪比:使用TE 182测试表对亮度信号与噪点信号(亮度变化值的均方根)之比进行测量,此比率应当高于17 db(50:1功率比);
·分辨率:采用TE 170进行分辨率测试,所达到的分辨率水平应当高于最高亮度条件下的70%。

结语
    通过这一方法希望能够为用户提供可靠的、可以真正用于低照度性能比较的数据,从而帮助用户做出正确的选择。需要指出的是,MMI目前仅仅是针对Axis的网络摄像机产品所采用的一种测量方法,并非公认的行业标准,正确选择低照度网络摄像机的最好方法仍旧是进行现场实测和比较。

相关术语说明

光圈和光圈值

    光圈值(F值)指的是光圈与焦距之间的比值,因此F2.0意味着光圈的直径为焦距的1/2。将F值降低到1.4则可以使光圈范围扩大一倍,因此可以使两倍的光线照射到图像传感器上。

红外线

    对于红外线来讲,应当选用特定波长或指定红外源条件下的辐照度(单位面积上的入射能量)作为测量标准。

IRE

    在模拟电视系统中,IRE是用于描述视频信号电平值的一种度量值,100 IRE对应于纯白色。在NTSC视频系统中,黑色是7.5 IRE,但是在PAL系统中黑色为0 IRE。需要注意的是,在模拟视频系统中,可能存在高于100和低于0的IRE值,例如同步信号可能就是一个负的IRE值。在数字视频系统中,0 IRE相当于数字黑色,也就是一个经过编码的0亮度信号。

ISO等级

    某个胶卷的线性ISO速率是指使该胶卷获得恰当曝光所需要使用的一种曝光度量值。

传感器灵敏度

    对于传感器(以及胶卷)来讲,灵敏度一般通过量子效率来描述。量子效率是通过(在特定波长条件下)测量撞击传感器以检测到一个电子所需的光量子(光子)数量来测量的。