Динамический диапазон ПЗС-матриц
Динамический диапазон нечасто упоминается в технических характеристиках видеокамер охранного телевидения. Однако, это очень важная деталь, характеризующая эффективность камеры.
Динамический диапазон ПЗС-матрицы определяется как максимальный сигнал накопления (насыщенная экспозиция), деленный на общее среднеквадратическое значение шума эквивалентной экспозиции. Динамический диапазон аналогичен отношению сигнал/шум, но относится только к динамике ПЗС-матрицы при обработке темных и ярких объектов в пределах одной сцены. Отношение сигнал/шум относится к полному сигналу, включая электронные схемы видеокамеры, и выражается в дБ, а динамический диапазон - это отношение, не логарифм.
Это число показывает световой диапазон, обрабатываемый ПЗС-матрицей, только этот диапазон выражается не в фотометрических единицах, а в значениях сформированного электрического сигнала. Он начинается с очень низких уровней света, равных среднеквадратическому значению шума ПЗС-матрицы и доходит до уровня насыщенности. Поскольку это отношение двух значений напряжения, то величина базразмерная, обычно порядка нескольких тысяч. Типичные значения лежат между 1000 и 100000. Внешний свет может легко превысить уровень насыщения ПЗС-матрицы, так как динамический диапазон вариаций света в уличных условиях гораздо шире, чем может обработать ПЗС-матрица. Например, в ясный солнечный день ПЗС-матрица быстро достигает насыщения, особенно если видеокамера не имеет АРУ, автодиафрагму или электронный затвор. Автодиафрагма оптически блокирует избыточный свет и снижает его до верхнего уровня ПЗС-матрицы, в то время как электронный затвор делает то же, электронным образом снижая время экспозиции матрицы.
Когда достигается уровень насыщения при экспозиции ПЗС-матрицы, может проявиться эффект «заплывания» (blooming), когда избыточный свет насыщает не только те элементы изображения (пиксели), на которые он падает, но и соседние тоже. В результате у видеокамеры снижается разрешающая способность и детальная информация в ярких зонах. Чтобы решить эту проблему, во многих ПЗС-матрицах была разработана специальная секция (anti-blooming).

Рис. 5.34. Затемнение пикового пиксела. 
Если эта секция спроектирована нормально, ни один пиксель не может аккумулировать больший заряд, чем могут передать сдвиговые регистры. Итак, даже если динамический диапазон такого сигнала ограничен, детали в ярких областях изображения не теряются. Это может оказаться чрезвычайно важным в сложных условиях освещения: если видеокамера «смотрит» на свет фар автомобиля или ведется наблюдение в коридорах на фоне яркого света.
Некоторые изготовители видеокамер разработали специальную схему, которая блокирует перенасыщенные зоны на этапе цифровой обработки сигнала. Схема АРУ видеосигнала «не замечает» слишком ярких зон и не использует их в качестве белых пиковых опорных точек, вместо этого берутся более низкие значения, благодаря чему детали в темных зонах становятся более различимы.
Другие фирмы, запатентовали новые методы работы ПЗС-матриц, вместо экспозиции одного поля в каждый период (1/50 с в PAL и 1/60 с в NTSC) за этот период проводится две экспозиции. Одна - очень короткое время, обычно порядка 1/1000 с, другая - нормальное время, которое зависит от количества света. Затем две экспозиции комбинируются в одно поле, так что яркие зоны экспонируются более короткое время и дают детали в ярком, а более темные области экспонируются дольше, что позволяет получить детали в темной части изображения, суммарный эффект - увеличение динамического диапазона видеокамеры в 40 раз (как утверждает Panasonic).

Рис. 5.35. Супердинамический эффект в видеокамерах фирмы Panasonic
Следует упомянуть, что кроме конструкции самой ПЗС-матрицы важную роль для ее динамического диапазона, как и для отношения сигнал/шум, играет температура. Более низкие температуры дают меньший уровень шума в любом электронном устройстве, гак что динамический диапазон увеличится. В научных исследованиях, где нежелателен любой, даже ничтожно малый, шум, используются специально охлажденные ПЗС-головки, а рабочая температура ПЗС-матрицы сохраняется в пределах ниже -50° С. Для таких приложений выпускаются видеокамеры с ПЗС-блоком со средствами подсоединения охлаждающего агента.
Итак, следует помнить, если в системах охранного телевидения мы не используем видеокамеры хорошего качества, то температура может сыграть существенную роль в снижении качества изображения. Таким образом, очень важно сохранять температуру корпуса видеокамеры как можно более низкой.

Информационный источник: www.videо-guаrds.ru