Что надо учитывать при выборе цветного варианта исполнения камеры скоростной видеосъемки
Выпускаемые в настоящее время нашей компанией камеры скоростной съемки ВИДЕОСПРИНТ, (VS-FAST) по желанию заказчика могут быть поставляться в черно-белом (монохромном) или цветном исполнении. При этом стоимость того и другого исполнения отличается незначительно, что, скажем так, провоцирует покупателя к выбору цветного варианта. На самом деле такой выбор, как мы неоднократно убеждались, не всегда обоснован.
И вот почему.
Рис 1. Расположение цветных фильтров на матрице
Цветная матрица отличается от черно-белой только
наличием мозаики цветных фильтров (см. Рис. 1) перед светочувствительными
пикселями. Сразу следует отметить, что это приводит примерно к трехкратной
потере чувствительности в видимой части спектра. А, если еще учесть, что
для правильной работы цветных фильтров мозаики необходимо отрезать весь
диапазон ближнего ИК, на который приходится большая часть излучения ламп
накаливания, то суммарное уменьшение чувствительности составит более 4
раз. На Рис. 2 приведены спектральные характеристики чувствительных элементов
черно-белых и цветных (с учетом ИК отрезающего фильтра) матриц, применяемых
в данных камерах.
Рис 2. Спектральные характеристики чувствительных элементов
черно-белых
и цветных матриц
Что касается собственно регистрации цветных изображений, то в том случае, когда съемка ведется с кадровой частотой 500Гц, декодирование цвета происходит "как обычно" по соседним элементам цветовой мозаики матрицы. В том же случае, когда необходима съемка с большей кадровой частотой, надо учитывать то обстоятельство, что это возможно только за счет уменьшения числа считываемых строк. Например, при съемке с частотой 2000 кадров в секунду из всего поля матрицы можно считать только 256 строк, при этом возможны четыре основных режима считывания:
- режим "последовательного считывания", когда из всего кадра считывается часть строк подряд;
- режим "целочисленного прореживания", когда считывается первая, третья, пятая и т.д. строки;
- режим "парного считывания с прореживанием", когда считываются две соседние строки и далее определенное количество пар строк пропускается;
- режим "прореживания с интерполяцией", когда число пропускаемых строк выражается дробным числом и, следовательно, каждый раз пропускается разное целое число строк.
Во всех режимах кадровая частота (F) определяется как:
F = 500*1024/N, где N-число строк.
В режиме "последовательного считывания" размеры поля
зрения по вертикали и горизонтали соотносятся как N к 1280.
Режим "парного считывания с прореживанием", имеет перед двумя предыдущими то преимущество, что для декодирования цвета используются элементы цветовой мозаики соседних строк, что <очень правильно> с точки зрения декодирования цвета, но требует считывания пары строк вместо одной и, следовательно, при одинаковом разрешении уменьшения кадровой частоты в два раза.
В режиме "прореживания с интерполяцией" вся "головная боль" предыдущего режима сохраняется и добавляется своя, связанная с коррекцией локальных искажений изображения.
Все эти проблемы определяются устройством самой матрицы. Можно, конечно, поставить цветоделительную головку на три монохромные матрицы (как и положено по классике) или на две матрицы (что в технике может быть даже более предпочтительно). В этом случае все отмеченные выше проблемы с регистрации и дешифрации цвета уходят, но цена такой системы будет больше.