Стабилизация изображения в видеокамере
Ручная установка баланса белого (РББ)
Алгоритм автоматического баланса белого (АББ)
Баланс белого (ББ)
Усилитель слабого света
На рисунке 51 представлен принцип построения усилителя слабого света.
Рисунок 51. Принцип построения усилителя слабого света
Если освещенность кадра ниже пороговой (порового устанавливается регуляцией переменного резистора на схеме, для создания соответствующего напряжения), то видео сигнал прошедший пиковый детектор, эмиттерный повторитель (для соглашения выходного сопротивления в последующей цепи) и фильтр низких частот при малом значении напряжения видео сигнала вырабатывает следующие команды:
1. Поставить диафрагму на максимум.
2. Отключить цветокоррекцию (баланс белого).
3. Добиться максимального усиления сигнала.
Цвет любого объекта является функцией двух составляющих:
1. Спектральный коэффициент отражающей поверхности объекта, который определяется химическим составом поверхности.
2. Спектральным составом, падающего на объект цвета.
Принято, что если белый цвет воспроизводится как белый на экране, тоже воспроизводятся в правильной тональности. Из-за несовершенство источников освещения при видеосъемке, объекты съемки, в том числе и белые, могут иметь немного желтоватую окраску (за счет освещенности). Функция ББ является параметр режима обработки изображения в камере по цвету, с целью воспроизведения цвета всех объектов, имеющих неудачную окраску за счет неудачного состава осветителя.
Операции при установки правильной цветопередачи в камере называется балансом белого. Существует два метода установки ББ: автоматический и ручной.
Первый шаг АББ. АББ определяется интенсивностью тока соответствующего сигналам красного, синего, зеленого по всему кадру в целом. В первых моделях камер использовалось 3 датчика, каждый для своего цвета. В следующих моделях использовалось 2 датчика, а один сигнал брался с матрицы. Все три сигнала в современных камерах берутся на выходе матрицы. По соотношениям трех цветов с учетом того, что в сумме они дают цвет всего кадра белым, определяется цветовая температура источника освещения кадра.
Конструкция АББ основана ан том, что сумма всех цветов в кадре считается белым цветом. Чтобы приблизить это утверждение ближе к истине, происходит автоматическое изменение фокусного расстояния объектива до минимального фокусного расстояния (самый широкий угол поля зрения). В этом случае в кадре подается максимально возможное число объектов и большая вероятность, что средний цвет этого кадра действительно белый. После установки АББ фокусное расстояние возвращается к значению, заказанному пользователем.
Недостатки АББ:
1. Невозможность корректировать ошибку при наличии в кадре цвета пикселей большой мощности одного цвета оттенка.
2. Камера не понимает вызвано ли изменение суммарного отклонения освещения или большим цветным объектом.
Второй шаг АББ. Определение цветовой температуры по напряжению на выходе матрицы и по напряжению в схеме (рисунок 52).
Рисунок 52. Значение сигналов на выходах схемы разделения сигналов цвета при различной цветовой температуре
Цветовая температура – это температура абсолютного черного тела, которое при нагревании до этой температуры излучает в видимом диапазоне с определенным спектральным распределением, то есть дает определенный цвет.
В процессор камеры вводится зависимость меду цветовым сигналом на выходе и цветовой температурой источника света при условии, что сумма трех цветов должна быть равной белому цвету. Это достигается на при известном соотношении красного, синего, зеленого. Потому необходимо измерить коэффициенты усиления красного, синего, зеленого сигналов на выходе матрицы и сделать так, чтобы это соотношение красного, синего, зеленого поменялось и стало равным заданному соотношению, обеспечивающему в сумме белый свет на экране.
Третий шаг АББ. По цветовой температуре определяется спектральный состав источника освещенности, процессор изменяет коэффициент усиления в каналах красного, синего, зеленого так, чтобы они стали обеспечивать соотношение между красным, зеленым, синим, которое дает на экране белый цвет. Так как цветопередача на дисплеях разная, то возможны проблемы с выбором соотношения красного, синего, зеленого при воспроизведении. В камере обычно заданы значения шести цветовых температур. За счет задания всего шести температур в установке баланса белого существует погрешность.
Существуют попытки уточнения установки АББ:
1. Рассмотренный выше способ (широкий угол поля зрения объектива).
2. Использование вектороскопа. На выходе вектороскопа длина вектора- яркость, угол наклона – цветность.
3. Контроль отверстия диафрагмы. Считают, что если диафрагма максимальна открыта, цвет темнее (в помещениях используются лампы накаливания). Если диафрагма прикрыта, то съемка снаружи и освещение естественное с большой температурой.
Для установки РББ на объектив надевают полупрозрачный белый колпачок или показываю белый лист, запоминая весь кадр на определенном расстоянии. Коэффициент усиления от красного, синего, зеленого сравнивают с коэффициентом усиления этих сигналов записанных в память, если бы лист освещался белым цветом. Если какой-нибудь коэффициент усиления не совпадает с полученным при ручной настройке, то процессор меняет коэффициент усиления не соответствующий до уравнивания его с записанным в компьютер. В результате обеспечивается проекция на экране снимаемого белого листа при различной освещенности, как белый при белой освещенности.
Причиной возникновения дрожания кадра является:
1. Перемещение видеокамеры относительно земли по причинам естественного дрожания рук оператора.
2. Перемещение видеокамеры относительно земли по причинам движения транспорта с операторам.
3. Перемещение видеокамеры относительно земли по совместному перемещению транспорта и дрожанию рук оператора. Максимальная частота колебаний в этом случае не более 15 Гц.
Существую два способа стабилизации: оптический и электронный.
Оптический метод имеет 4 разновидности:
1. Стабилизация с шарнирной подвеской (уже не используется). На подвеске установлен объектив, жестко закрепленный с матрицей, и подвеска колеблется в противофазе общей тряске матрицы (рисунок 53). Так как метод предусматривает вибрации больших масс он оказался бесперспективным (требует большой энергии).
Рисунок 53. Стабилизация с шарнирной подвеской
2. Метод стабилизации перемещением элемента объектива. Масса меньше, но великовата. Требуется введение дополнительного двигателя и системы управления (рисунок 54).
Рисунок 54. Метод стабилизации перемещением элемента объектива
3. Стабилизация с перемещением матрицы. Матрица колеблется в противофазе. Небольшая вибрационная масса, но требуется высокая точность перемещения. Самый прогрессивный способ стабилизации (рисунок 55).
Рисунок 55. Стабилизация с перемещением матрицы
4. Способ стабилизации с активной призмой (рисунок 56).При необходимости стабилизации на объект помещается призма, состоящая из двух стеклянных пластинок-призм, соединенные гибкими мехами (гармошкой). Внутри гармошки силикон с коэффициентом преломления 1,33. Обе призмы за счет гармошки имеют 6 степеней свободы. Под действием процессора от сигнала датчика вибрации камеры, стеклянные пластинка поворачиваются таким образом, что оптическая ось системы призма-объектив ломается и изображение является неподвижным относительно матрицы при перемещении камеры. Система громоздка (1,6 кг), требует аккумуляторного питания 12 В, но удобна возможность ее оперативного удаления.
Рисунок 56. Схема конструкции активной призмы, используемой для стабилизации изображения