Текст книги "CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии"

Автор книги: Владо Дамьяновски

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 42 страниц)

Вступление

Книга состоит из 14 глав, расположенных в логическом порядке.

В главе 1, «Единицы измерения СИ», представлены основные единицы измерения, используемые в сфере видеонаблюдения. Несмотря на то, что они не являются исключительной прерогативой систем видеонаблюдения и охранного телевидения, а, скорее, общетехническим достоянием, я считаю важным их упомянуть. Многие изделия, термины и концепции из области видеонаблюдения должны упоминаться рядом с соответствующими единицами измерения. Единицы СИ введены Международной Организацией Стандартизации ISO, и, принимая их за универсальные, мы получаем более ясное и точное представление о продуктах и их спецификациях. В тексте приведены также общие метрические приставки, с которыми, насколько мне известно, многие технические специалисты не знакомы. Для инженеров или людей с базовым техническим образованием эта глава, возможно, не представит никакого интереса. Этим читателям мы предлагаем сразу переходить ко второй главе.

Глава 2, «Свет и телевидение», начинается с краткого исторического обзора, позволяющего получить более ясное представление о революции в области телевидения. Затем мы знакомим вас с фундаментальными основами действия человеческого зрения: света и человеческого глаза. Поскольку в основе телевидения лежит физиология человеческого глаза, необходимо уяснить, как устроен и как работает человеческий глаз. Интересным представляется сравнение функционирования глаза и телевизионной камеры.

Глава 3, «Оптика в системах видеонаблюдения», посвящена одному из основных элементов видеонаблюдения – линзе. Кроме описания принципа работы линзы и ее важнейших особенностей мы также практически объясняем, как настраивается объектив (ALC и Level – АРО и Уровень), как определяется фокусное расстояние для определенного угла зрения, и, что очень важно для видеонаблюдения, как следует настраивать задний фокус. В заключении главы рассказывается о С– и CS-креплении.

Глава 4, «Общие характеристики телевизионных систем», имеет особую важность, и, в частности, для читателей, не знакомых с принципами работы телевидения. В главе рассматриваются два главных стандарта, PAL и NTSC. Мы представляем также общую концепцию разрешения и, что еще важнее, объясняем различия между широковещательным сигналом и видеосигналом охранного телевидения. В главе в самых общих чертах упоминаются инструменты, используемые в телевизионной системе.

Наконец, в нее включены таблицы с указанием отличий различных подгрупп телесистем, а также список всех стран мира с принятыми у них ТВ-системами.

Пожалуй, пятая глава, «Телекамеры в системах видеонаблюдения», – самая интересная. В ней подробно обсуждаются концепции ПЗС-камер, различных конструкций и спецификаций камеры. В этой главе также рассматриваются проблемы блоков питания и перепадов напряжения и приводятся связанные с ними расчеты. На мой взгляд, это очень важная проблема, интересующая многих практиков.

Пусть кому-то она кажется тривиальной, но часто отказы системы и многие другие проблемы вызваны именно неправильным электропитанием камеры (нерегулируемым блоком питания, тонкими проводами, высоким перепадом напряжения). Я посчитал уместным рассмотреть эту проблему в разделе «камеры», поскольку блоки питания являются частью комплектации телекамеры. В конце главы представлен очень важный в практическом отношении контрольный список, пользуясь которым вы без проблем сможете установить систему видеонаблюдения.

Видеомониторы, как черно-белые, так и цветные, рассматриваются в главе 6. Понятно, что главное место отведено ЭЛТ-мониторам, поскольку сегодня они наиболее распространены в системах видеонаблюдения. В главе объясняются такие, связанные с мониторами, важные проблемы, как гамма-коррекция, переключатели полного сопротивления, условия наблюдения и др. В конце главы описываются некоторые основные новшества в технологии отображения. Если в предыдущем издании книги многие из этих технологий упоминались лишь как любопытные технические новинки, то сегодня некоторые из них уже получили широкое распространение.

В главе 7, «Устройства обработки видеосигналов», рассматриваются «старые добрые» последовательные коммутаторы, а также матричные коммутаторы – в качестве представителей «аналогового» обрабатывающего диапазона, и, конечно, квадраторы, мультиплексоры, видеодетекторы движения и кадровая память – в качестве представителей «цифрового» ряда.

Важная роль в видеонаблюдении принадлежит устройствам видеозаписи. Им посвящена глава 8.

Мы описываем не только самый распространенный формат VHS, но и усовершенствованный стандарт S-VHS. Цифровой способ хранения видеоизображений, который приобретает все большую популярность, рассматривается в отдельной главе.

Глава 9, посвященная вопросам цифрового видеонаблюдения и записи, является одной из основных причин появления нового издания этой книги. Со времени предыдущего издания (1999), когда цифровое видео только начинали использовать в системах видеонаблюдения, очень многое изменилось. К моменту выхода этого издания (2005) уже практически ни одна новая система видеонаблюдения не обходится без цифровых видеорегистраторов и сетевых коммуникаций. В этой главе речь пойдет о различных аспектах цифрового видеоизображения, а также объясняются причины использования сжатия видеоизображения. Также в главе дается анализ различных стандартов сжатия, которые расположены в логическом порядке.

Глава 10, «Средства передачи видеосигнала» – одна из самых объемных, поскольку в видеонаблюдении используется большое количество передающих сред. Очевидно, что, поскольку коаксиальный кабель имеет самое широкое распространение, ему посвящена большая часть главы.

Знаю по практическому опыту и полагаю, что со мной согласятся многие читатели, что большинство проблем в системах видеонаблюдения возникает из-за плохо уложенного кабеля и/или плохой концевой заделки проводов. Поэтому существующие методы заделки проводов рассматриваются отдельно. В остальной части главы вы найдете описания других средств передачи информации, таких, как витая пара, микроволновые, беспроводные, радиочастотные, инфракрасные, телефонные линии; и самого важного на ближайшее будущее средства (по крайней мере, по моему мнению) – волоконной оптики.

Что касается последнего, то мы объясняем концепцию волоконной оптики, даем описание используемых источников света, кабелей и методов установки. Эта технология не столь нова, как некоторые считают; скорее, она стала в последнее время очень доступной и более легкой в использовании и, следовательно, получила более широкое распространение в больших системах охранного телевидения.

Глава 11посвящена сетевым технологиям в системах видеонаблюдения, то есть в ней рассказывается еще о нескольких новых технологиях, приобретающих все большую популярность. Сетевые технологии очень близко связаны с цифровыми, но логически они относятся к коммуникациям, поэтому я поместил эту главу после главы 10, которая была посвящена средствам передачи видеосигнала. Глава о сетевых технологиях не призвана заменить собой соответствующую литературу по сетевым технологиям и IT, a такой литературы сейчас издано предостаточно. Основная задача данной главы – дать общее представление человеку, далекому от IT, о сетевых и информационных технологиях, важность которых увеличивается с каждым днем для индустрии видеонаблюдения.

В главе 12, «Дополнительное оборудование в системах видеонаблюдения», обсуждаются скоростные поворотные камеры, корпуса, осветительная аппаратура, инфракрасный свет, корректоры заземляющих контуров, молниезащита, видеоусилители и усилители-распределители.

Если первые 12 глав посвящены оборудованию видеонаблюдения, то в главе 13 я представляю свое понимание того, как проектировать систему видеонаблюдения. Эта глава написана полностью на основе практического опыта, в том числе опыта и рекомендаций специалистов по установке и пользователей систем видеонаблюдения. Предлагаемый способ проектирования системы не следует принимать за единственный, но, на мой взгляд, он, несомненно, очень эффективен и точен. В эту главу также включено описание действий, предпринимаемых после того, как системная конструкция закончена и установлена. Это: ввод в действие, обучение и сдача в эксплуатацию. Профилактическим обслуживанием часто пренебрегают, а между тем это важная часть в работе системы охранного телевидения. Даже несмотря на то, что профилактическое обслуживание осуществляется после завершения установки системы, оно является важной частью в общей картине видеонаблюдения.

В главе 14, «Тестирование систем видеонаблюдения», представлены рекомендации читателям относительно использования испытательной таблицы, разработанной специально для этой книги и расположенной на последней странице обложки. Многие читатели, знакомые с таблицей по предыдущему изданию, нашли ее очень полезной, поэтому я решил расширить и усовершенствовать ее, добавив несколько полезных параметров. Теперь с помощью тестовой диаграммы можно не только определять разрешение камеры, но и рассчитать, удастся ли разглядеть объект с определенного расстояния. Для более требовательных специалистов та же таблица формата A3 напечатана на неотражающей химически стабильной бумаге с устойчивыми красками. Также в последней главе (и на нашем сайте в Интернете) приводятся правила пользования тестовой диаграммой.

Приложение 1, «Основные термины, используемые в видеонаблюдении», в точности соответствует заголовку. Я постарался включить в него все термины, акронимы и названия, которые встречаются в связи с системами охранного телевидения в смежных областях. Термины не только перечисляются, но и объясняются их значения.

В предыдущем издании книги одна из глав называлась «Некоторые примеры систем видеонаблюдения». То были типовые чертежи, на которые не распространяются авторские права и которые можно также найти на нашем сайте. Сейчас, три года спустя, я уже не вижу в них большой необходимости, поэтому в настоящее издание они не включены. Вместо них я предлагаю нечто иное, на мой взгляд, более полезное для читателей, а именно, список изготовителей оборудования для видеонаблюдения (Приложение 3). Опыт предыдущего издания показывает, что эту книгу читают во всем мире, встреча с продуктами какого-либо неизвестного ранее производителя систем видеонаблюдения вызывает у меня удивление. Я думаю, что вы, читатель, будь вы пользователем, дистрибьютором, консультантом или специалистом по установке, заслуживаете того, чтобы знать всех производителей. Вся эта информация со ссылками размещена и на сайте CCTV Labs. Когда я говорю «вся», я имею в виду всю ту информацию, которую мне удалось найти в различных журналах, выставочных каталогах и получаемой мною электронной почте. Эта база данных постоянно обновляется, поэтому за новейшей информацией обращайтесь на сайт CCTV Labs.

Надеюсь, эта книга будет очень полезна и информативна для всех, кто интересуется системами видеонаблюдения и охранным телевидением.

Надеюсь также, что эта книга займет постоянное место на ваших книжных полках и рабочих столах.

Благодарю за покупку книги и желаю приятного чтения.

1. Единицы измерения СИ

Основные единицы

Законы Физики выражают фундаментальные взаимосвязи между определенными физическими величинами.

В Физике много различных величин. Чтобы упростить измерения и построить физические теории, некоторые из этих величин принимаются за основные, а все остальные выводятся из них. Измерения производятся путем нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.

В Физике, а также в Электронике и Телевидении, которые являются ее частью, принята международная система единиц или СИ (от французского Systeme Internationale).

Ниже приведены семь основных единиц СИ:

Единица – Обозначение – Измерение

Метр – [м] – Длина

Килограмм – [кг] – Масса

Секунда – [с] – Время

Ампер – [А] – Электрический ток

Кельвин – [К] – Температура

Кандела – [кд] – Сила света

Моль – [моль] – Количество вещества

Эти основные единицы определяются международно-признанными стандартами.

Например, до 1983 года стандарт метра определяли как конкретное число длин волн определенного излучения в спектре криптона. В октябре 1983 определение метра было изменено на следующее: метр – это расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

А стандарт килограмма, например, равен массе цилиндрической гири из платиноиридиевого сплава, хранящейся в Международном бюро мер и весов, в Севре, во Франции.

Основная единица времени, секунда, была определена в 1967 г. как «время, требующееся атому цезия-133 для 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями основного состояния».

Шкала градусов Кельвина имеет такие же деления, как и шкала градусов Цельсия, только точка отсчета 0° К эквивалентна -273 °C и называется абсолютным нулем.

Все остальные единицы в физике определяются комбинацией вышеупомянутых основных единиц.

Например, площадь прямоугольного земельного участка определяется уравнением:

S = а х b,

где а – это ширина участка, a b – его длина. Если а и b выражены в метрах [м], то их произведение S будет выражено в [м²].

Мы все хорошо знаем, что скорость определяется в [м/с], хотя довольно часто используем [км/ч]. Мы можем легко перевести [м/с] в [км/ч], так как знаем, сколько метров в километре и сколько секунд в часе.

Единицы СИ приняты в науке и промышленности практически во всем мире, и все мы должны хорошо понимать, что измерения типа: «дюйм» как мера длины, «мили в час» как мера скорости, «фунты» или «стоуны» как мера веса следует использовать как можно реже. Они нередко обескураживают людей различных профессий или из различных частей света. Если использовать единицы СИ, то больше людей поймут вас и характеристики ваших продуктов. К тому же, гораздо проще сравнивать продукты из различных частей света, если они характеризуются одними и теми же единицами измерения.

Есть еще одна важная вещь: каждый символ в системе СИ имеет точное значение, связанное с тем, как использован символ (прописная или строчная буква). Так, километр пишется как [км], а не [Км] или [клм].

Мегабайт пишется [Мбайт], а не [мбайт]. Нанометр пишется как [нм], а не [Нм] и т. п. И мы, занимаясь вопросами видеонаблюдения, будем придерживаться этих правил.

Производные единицы

Все физические процессы могут быть описаны и измерены при помощи основных единиц. Мы не будем вдаваться в детали того, как выводятся производные единицы, и, к тому же, это не входит в цели данной книги, но здесь важно понимать, что между основными и производными единицами существует четкая взаимосвязь.

Ниже приводится ряд производных единиц СИ, некоторые из них будут использованы в этой книге.

Величина – Единица – Обозначение/определение

Площадь – квадратный метр – м²

Объем – кубический метр – м³

Скорость – метр в секунду – м/с

Ускорение – метр на секунду в квадрате – м/с²

Частота – герц – Гц=1/с

Плотность – килограмм на кубический метр – кг/м³

Сила – ньютон – Н=кг∙м/с²

Давление – паскаль – Па=кг/м∙с²

Энергия, работа – джоуль – Дж=н∙м

Мощность – ватт – Вт=Дж/с

Электрический заряд – кулон – Кл=А∙с

Электрическое напряжение – вольт – В=Ом/А

Электрическое сопротивление – ом – Ом=В/А

Электрическая емкость – фарада – Ф=Кл/В

Электрическая проводимость – сименс – См=А/В

Магнитный поток – вебер – Вб=В∙с

Магнитная индукция – тесла – Т=Вб/м²

Индуктивность – генри – Г=Вб/А

Освещенность – люкс – лк=лм/м²

Световой поток – люмен – лм=кд-стерадиан

Яркость – нит – нт=кд/м²

Метрические приставки

Если число единиц конкретного измерения (т. е. значение) очень велико или очень мало, то можно использовать соглашение об использовании определенных символов (обозначений) перед основной единицей, причем каждый из этих символов имеет особое значение. Ниже приведены метрические приставки, принятые международным научным и промышленным сообществом, которые вы можете встретить не только в системах видеонаблюдения, но и в других областях техники:

Приставка – Коэффициент – Обозначение

экса – 10¹⁸ – Э

пета – 10¹⁵ – П

тера – 10¹² – Т

гига – 10⁹ – Г

мега – 10⁶ – М

кило – 10³ – к

гекто – 10² г

дека – 10 – да

единица – 10⁰=1

деци – 10^-1 – д

санти – 10^-2 – с

милли – 10^-3 – м

микро – 10^-6 – мк

нано – 10^-9 – н

пико – 10^-12 – п

фемто – 10^-15 – фм

атто – 10^-18 – а

Используя эти приставки, мы можем сказать 2 км, имея в виду 2000 метров. А если мы говорим 1.44 Мбайт, мы думаем о 1440000 байт. (Прим. пер. 1.44 Мбайт = 1.44 х 1024 кбайт -1.44 х 1024 х 1024 байт =1.44 х 2²⁰ байт). Нанометр – это 0.000000001 метра. Частота 12 ГГц – это 12∙10⁹  = 12 000 000 000 Гц и т. д.

Теперь, когда мы заложили фундамент технически корректной дискуссии, т. е. ввели основные единицы измерения, мы можем приступить к рассмотрению основ всего зримого, включая фотографию, кинематографию и телевидение – к свету.

2. Свет и телевидение

Да будет свет.

Немного истории

Свет – это одно из основных и величайших явлений природы, свет является не только необходимым условием жизни на планете, но и играет важную роль в техническом прогрессе и изобретениях в сфере визуальной коммуникации: фотографии, кинематографии, телевидении и недавно появившихся мультимедийных средствах.

Хотя явление это «базовое», и мы видим его все время и всюду, но в науке – это самый большой камень преткновения. Физика, которая в конце XIX века представляла собой довольно простую, непосредственную науку, стала сложной и мистической. Ученым в начале XX века пришлось ввести постулаты квантовой физики – «принципы неопределенности» и многое другое. И все это для того, чтобы получить теоретический аппарат, который объяснил бы множество экспериментов и, в то же время, имел бы разумный смысл.

В этой книге мы не намерены углубляться во все эти теории: мы обсудим только те вопросы, которые связаны с телевидением и передачей видеосигналов.

Основная «проблема», с которой сталкиваются ученые, изучающие свет, заключается в том, что свет имеет двойственную природу: он ведет себя как волна (нематериальная природа) – это явления рефракции и отражения – и обладает также свойствами материальной природы – широко известный фотоэффект, открытый Генрихом Герцем в XIX веке и объясненный Албертом Эйнштейном в 1905 г. Поэтому в последнее время в физике принято полагать, что свет имеет «двойственную» природу.

На этом этапе следует отдать должное, по крайней мере, нескольким самым крупным ученым-физикам, и, в частности, специалистам по теории видимого излучения, без работ которых современный уровень технологий был бы невозможен.

Одним из первых физиков, объяснивших многие природные явления, включая и свет, был Исаак Ньютон. В XVII веке он доказал, что свет имеет корпускулярную природу. И так считалось до Христиана Гюйгенса, который позже, но тоже в XVII веке, выдвинул волновую теорию света. Многие ученые глубоко уважали Ньютона и не изменили своих взглядов до самого начала XIX века, когда Томас Юнг продемонстрировал интерференцию света. Август Френель тоже проделал ряд убедительных экспериментов, четко демонстрирующих волновую природу света.

Важной вехой стало появление на научной сцене Джеймса Кларка Максвелла: в 1873 г. он доказал, что свет представляет собой высокочастотную электромагнитную волну.

С помощью его теории удалось оценить величину скорости света, как она известна нам сегодня: 300 000 км/сек. Эксперименты Генриха Герца подтвердили теорию Максвелла. Герц открыл явление, которое известно как фотоэффект: свет может выбивать электроны с освещаемой металлической поверхности. Однако ему не удавалось объяснить тот факт, что энергия испускания электронов не зависит от интенсивности света, что в свою очередь противоречило волновой теории. С точки зрения волновой теории, большая интенсивность света должна увеличивать энергию испускаемых электронов.

Этот камень преткновения удалось обойти Эйнштейну: он использовал разработанную Максом Планком теорию квантования энергии фотонов, представляющих минимальную порцию переносимой светом энергии. В рамках этой теории свет обрел свою двойственную природу, т. е. сочетание волновых и корпускулярных свойств.

Таким образом, эта теория наилучшим образом объясняет большинство световых явлений, и поэтому в CCTV (замкнутое, кабельное охранное телевидение или видеонаблюдение) мы будем использовать теорию «двойственного подхода».

При анализе линз, используемых в системах видеонаблюдения, мы будем в большинстве случаев опираться на волновую теорию света, но при этом не следует забывать и о том, что есть такие понятия, как функционирование ПЗС-матриц, например, отражающее корпускулярную природу света, т. е. его материальную природу. Поэтому в этих случаях мы будем использовать корпускулярный подход.

Естественно, что в реальности свет требует применения обоих подходов, и мы всегда должны помнить о том, что они не являются взаимоисключающими.

Основы теории света и глаз человека

Свет – это электромагнитное излучение. Человеческий глаз может реагировать на это излучение и различать частоты, которые воспринимаются глазом как цвет. Посмотрите на рис. 2.1 электромагнитное излучение включает все частоты, или длины волн. Видимый свет занимает лишь небольшое «окно» этого диапазона. Это окно лежит в диапазоне от 380 нм до 780 нм. Чтобы легче было запомнить, мы приближенно примем границы диапазона равными 400 нм и 700 нм. 400 нм соответствует фиолетовому цвету, а 700 нм – красному. По мере увеличения длины волны цвет непрерывно переходит от фиолетового к голубому, зеленому, желтому, оранжевому и красному. Для определения средней чувствительности человеческого глаза было проделано множество экспериментов и тестов, и, как видно из рисунка, не все цвета оказывают одинаковое воздействие на сетчатку глаза.

Рис. 2.1. Электромагнитный спектр и чувствительность человеческого глаза

Глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету. Другими словами, если собрать все длины волн с равной энергией, то зеленый будет иметь наибольший «выход» на сетчатке. Частоты выше фиолетового (длины волн короче 400 нм) и ниже красного (длины более 700 нм) не воспринимаются «средним» человеческим глазом. Я подчеркиваю здесь «средним», потому что чувствительность человеческого глаза – это статистическая величина. Есть люди с «цветовой слепотой», чья спектральная чувствительность отличается (обычно уже) от показанной на рисунке. Некоторые люди с «цветовой слепотой» не видят красный цвет, другие не различают голубой. Натренированный профессиональный глаз художника или фотографа может развить очень высокую чувствительность, различая такие частоты (цвета), которые другим могут казаться одинаковыми. Некоторые могут даже выйти за минимальный и максимальный предел воспринимаемых частот, то есть различать темно-фиолетовый или красный цвет, невидимый для других индивидов.

Есть один интересный вопрос, который мы можем задать сами себе: почему максимум спектральной чувствительности лежит в зеленом цветовом диапазоне (около 555 нм)? Возможно, это связано с тем фактом, что большая часть солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, сконцентрирована на длинах волн порядка 555 нм.

В течение миллионов лет, когда проходила эволюция жизни на планете, у нас (и почти у всех животных) развивалось зрение, способное воспринимать те длины волн, которые были наиболее доступны (по крайней мере, в дневное время). Альтернативой является ночное зрение животных, которые охотятся на теплокровных млекопитающих. Тепло, излучаемое телом, – это и есть инфракрасная радиация. Вот типичные представители: змеи, кошки и совы. Некоторые змеи, к примеру, кроме глаз для общего зрения, обладают инфракрасно-чувствительными органами, при помощи которых змея может определить температурные изменения менее 0.5 °C (1° F). Кошки, в том числе и дикие – леопард, пума и другие члены семейства кошачьих, известны своим прекрасным ночным зрением, а это означает, что их реакция в ближнем инфракрасном диапазоне намного лучше, чем реакция человеческого глаза.

Мы остановимся на глазе человека, а для этого важно понимать его «конструкцию».

Эти вопросы и сами по себе интересны, но, кроме этого, мы найдем еще и массу концептуальных аналогий между устройством глаза и ТВ-камеры.

На рис. 2.2 мы видим глазную линзу (хрусталик), которая и фокусирует изображение на сетчатке.

Сетчатка – это на самом деле «фоточувствительная область», состоящая из миллионов клеток – колбочек и палочек. Эти клетки можно рассматривать как часть нашей нервной системы. Колбочки чувствительны к средней и яркой интенсивности света и воспринимают цвета. Палочки чувствительны к низким уровням света и не способны различать цвета. Ночью мы видим благодаря палочкам, поэтому в темноте мы не можем различать цвета.

Число колбочек в каждом глазе приблизительно составляет 10 млн., а палочек – около 100 млн. Колбочки сконцентрированы вокруг области прохождения оптической оси. Эта область окрашена желтым пигментом и называется желтым пятном. Желтое пятно является основной областью, которую обрабатывает наш мозг, и, хотя она очень мала, концентрация колбочек в ней составляет около 50 000. Среднее фокусное расстояние глаза (то есть расстояние между хрусталиком и сетчаткой при разглядывании бесконечно удаленного объекта) составляет около 17 мм. Такое фокусное расстояние дает резкое изображение в пространственном угле, равном примерно 30°. Это также и размер области, где больше всего колбочек. Именно поэтому угол в 30° считается стандартным углом зрения.

Концентрация колбочек возрастает по направлению к центру оптической оси, достигая максимума лишь на 10°. Каждая из клеток-кол бочек соединяется с мозгом отдельным зрительным нервом, по которому электрические импульсы посылаются в мозг. Конечно, глаз видит и под гораздо большим углом, так как сетчатка охватывает пространственный угол почти в 90°, и колбочки есть и вне желтого пятна, но к одному нерву в этом случае подсоединена группа колбочек. В этой области мы видим не так четко, как в области, где к каждой колбочке подсоединен отдельный нерв, поэтому эта часть сетчатки называется областью периферического зрения.

Рис. 2.2. Схема устройства глаза

Рис. 2.3. Аналогии между устройством глаза и камерой

«Секция обработки изображения» в головном мозге сконцентрирована на 30°, хотя видим мы лучше примерно на 10°. Обработка поддерживается постоянными движениями глаза во всех направлениях, что аналогично панорамной головке в видеонаблюдении.

В SLR-камерах (однообъективных зеркальных фотоаппаратах) стандартный угол зрения в 30° достигается при помощи 50-мм объектива, для 2/3" камеры – это 16-мм объектив, для 1/2" камеры – 12-мм и для 1/3" камеры – 8-мм объектив. Другими словами, изображения, полученные при помощи любого типа камер с соответствующими стандартными объективами, будут иметь довольно близкие размеры и перспективу, похожую на то, что мы видим своими глазами.

Объективы с меньшим фокусным расстоянием дают более широкий угол зрения и называются широкоугольными объективами. Объектив с большим фокусным расстоянием сужает угол зрения, и поэтому кажется, что он приближает удаленные объекты, отсюда и название: телеобъектив («теле» означает далекий). Еще один интересный вопрос, касающийся видеонаблюдения, связан с тем, что, зная фокусное расстояние глаза и максимальный диаметр раскрытия радужной оболочки, равный примерно 6 мм, мы можем найти эквивалентное F – число глаза (которое мы обсудим позже в этой книге):

F_глаза= 17/6 = 2.8

С полностью раскрытой радужной оболочкой мы можем довольно хорошо видеть в полнолуние (освещенность объектов равна примерно 0.1 люкса). Помните это число, когда будете сравнивать минимальные характеристики освещенности для разных камер.

Фокусировка, которую выполняет глаз, чтобы человек мог видеть объекты на различных расстояниях, достигается за счет изменения толщины хрусталика (линзы). Толщина хрусталика меняется цилиарными мышцами. Если глаз в порядке, он может фокусироваться от бесконечности до минимального расстояния, равного примерно 20 см в раннем детстве, 25 см – в возрасте 20 лет, 50 см – в 40 лет и 5 м – в 60 лет. Если мы смотрим на очень удаленный объект, то есть глаз фокусируется на бесконечность, цилиарные мышцы расслабляются, и линза становится тонкой.

Если же глаз не может фокусироваться на бесконечности, то такой дефект зрения называется близорукостью или миопией. В этом случае нужны очки, которые помогут «дефективной» глазной линзе сфокусировать изображение на сетчатке. Такие очки иногда называют уменьшающими очками, потому что они имеют отрицательный фокус (или диоптрии).

Диоптрия – это величина, обратная фокусному расстоянию линзы, где фокус выражен в метрах.

Уменьшающие очки имеют отрицательные диоптрии. Итак, «уменьшающие» очки в -0.5 диоптрий, например, имеют отрицательный фокус, равный 1/(-0.5) = -2 м.

Другой дефект глаза заключается в том, что глаз не может сфокусироваться на очень близком изображении, то есть глазная линза по тем или иным причинам не может стать достаточно толстой. Этот дефект называется дальнозоркостью или гиперметропией.

Людям с гиперметропией, чтобы разглядеть близкие предметы, требуются очки. Такие очки должны иметь характеристики, противоположные рассмотренным выше, то есть они должны увеличивать изображение и иметь положительный фокус (или диоптрии).

Когда мы смотрим на объект двумя глазами, то в мозг проецируется зрительный образ, создающий стереоскопический эффект, и мы воспринимаем объемность пространства. Если прикрыть один глаз, то будет очень трудно воспринимать «трехмерность» окружающего нас пространства.

Рис. 2.4. Как работает глаз

Рис. 2.5. Корректирование дефектов зрения при помощи очков

Расстояние между глазами (60–70 мм) обеспечивает наше восприятие трехмерного пространства вплоть до 10–15 метров. На более далеком расстоянии очень трудно судить, какой из двух предметов ближе. Вы можете провести такой эксперимент: посмотрите на два достаточно удаленных от вас, но удаленных на разные расстояния, находящиеся в воздухе объекта. Если мы смотрим, скажем, на два дерева, мозг делает заключение о расстоянии на основе земли и перспективы того, что находится перед нами, но перспективное «решение» в этом случае будет сделано не на основе «стереоскопического механизма» глаза.

Когда задумываешься о сложности строения глаза и мощности мозга при «обработке изображений», не перестаешь удивляться. Мы проделываем эти операции сотни раз на дню и даже не думаем об этом.