Библия видеонаблюдения “Свет и зрение”
Концентрация колбочек увеличивается по мере приближения к оптической (зрительной) оси, и пик наблюдается на 10°. Каждая из колбочек соединена с мозгом отдельным зрительным нервом, передающим электрические сигналы. Конечно, глаз видит более обширное поле зрения - на сетчатку приходит свет примерно с 90-градусной области, а за пределами жёлтого пятна также имеются колбочки; однако эти колбочки соединены со зрительными нервами не поодиночке, а группами. В этой зоне мы видим не так чётко, как в зоне, где каждая кол бочка имеет собственный нерв; вот почему эта область носит название периферийной области зрения.
Строение глаза человека
Зона обрабатываемых мозгом изображений. сконцентрирована в пространстве, ограниченном углом 30°, хотя видим мы лучше всего лишь в угловом пространстве 10°. Для более детального усвоения информации предусмотрено движение глазного яблока во всех направлениях. Это как движения поворотного механизма PTZ-телекамер. Для однообъективной зеркальной камеры стандартный угол поля зрения в 30° достигается использованием объектива с фокусным расстоянием 50 миллиметров, для 2/3-дюймовой камеры фокусное расстояние будет уже 16 миллиметров, у полудюймовой 12мм, а у третьдюймовой - 8 мм. Иными словами, изображения с любых типов камер с правильно подобранной стандартной оптикой будут иметь размеры и геометрию перспективы, весьма схожие с тем, что мы видим своими глазами. Объективы с меньшими величинами фокусного расстояния обеспечивают большие углы поля зрения и потому называются широкоугольными. Оптика с большими фокусными расстояниями сужает поле зрения и поэтому создаёт впечатление приближения объектов; такую оптику называют телеобъективами (приставка «теле» означает <<далёкий», «<удалённый»).
Сопоставление человеческого глаза с камерой видеонаблюдения
Ещё одним важным параметром, связанным с видеонаблюдением, является отношение фокусного расстояния глаза к величине максимального раскрытия диафрагмы - F-число, о котором в дальнейшем расскажу более подробно. Для человеческого глаза с раскрытием диафрагмы 6 миллиметров F-число составит:
F = 17/6 = 2,8 (17мм среднее фокусное расстояние для человеческого глаза)
При столь широко открытой диафрагме мы хорошо видим при лунном свете (освещённость сцены примерно 0,1 лк). Запомните эту величину, она пригодится при сопоставлении различных моделей камер по характеристике минимальной рабочей освещённости. Человеческий глаз фокусируется на объектах, находящихся на различном расстоянии от него, путём изменения толщины хрусталика. Это делается при помощи сокращения ресничных мышц. Человек со стандартным зрением способен чётко видеть объекты, начиная с расстояния в 20 сантиметров в раннем детстве, 25 сантиметров в 20 лет, 50 сантиметров в 40лет и 5 метров в 60лет. Когда мы смотрим на что-то, расположенное очень далеко, это означает, что глаз сфокусирован на бесконечности, ресничные мышцы расслаблены, и зрачок имеет минимальную толщину.
как работает человеческий глаз
Имеется также целый ряд теорий, в которых определённая роль в фокусировке глаза отводится, помимо хрусталика, задней стенке глазного яблока. При фокусировке глазное яблоко слегка деформируется и расстояние от сетчатки до хрусталика меняется. Например, согласно некоторым исследованиям, при расстоянии от объекта до глаза менее 1м изменение формы глазного яблока и формы хрусталика «примерно поровну» отвечают за фокусировку. По теории Бейтса, изменение формы глазного яблока участвует в фокусировке глаза при любых расстояниях до объекта. Если глаз оказывается не в состоянии сфокусироваться на бесконечности, этот дефект зрения носит название близорукости, или миопии. Такого рода глазам необходимы очки, позволяющие «неисправной» оптической системе сфокусировать изображение на сетчатке. Такого рода очки иногда называют «уменьшающие», поскольку их фокусное расстояние (и оптическая сила) принимает отрицательные величины. Оптическая сила линзы - величина, обратная еë фокусному расстоянию, измеренному в метрах. Уменьшающие очки имеют отрицательную оптическую силу. К примеру, очки -0,5 диоптрии имеют фокусное расстояние, равное 1/(-0,5) = -2м. У глаза может быть и другой тип отклонений от норм когда он не в состоянии сфокусироваться на объекте, расположенном вблизи, то есть по каким-то причинам линзу хрусталика не удаётся утолщить. Этот дефект зрения называется дальнозоркость, или гиперметропия. Дальнозоркие люди нуждаются в очках, чтобы видеть предметы вблизи. Такие очки представляют собой увеличительные стёкла с положительными величинами фокусного расстояния и оптической силы.
коррекция дефектов человеческого зрения
Информация от изображений, видимых обоими глазами, обрабатывается головным мозгом таким образом, чтобы сформировать стереоскопическое (трёхмерное) представление о видимом участке пространства. Если закрыть один глаз, то оценить пространственные характеристики видимой нами сцены станет намного сложнее. Расстояние между глазами (60-70 мм) гарантирует нам пространственное восприятие сцены на дистанциях до 10-15 метров. При дальнейшем увеличении дистанции определить, какой из объектов находится ближе к зрителю, сложнее. Можете поэкспериментировать, попытавшись оценить расстояние до объектов, находящихся в воздухе - к примеру, до нескольких воздушных шаров. Если наблюдать за двумя деревьями, то мозг сделает заключение о расстоянии до каждого из них, исходя из расположения их на почве и законов перспективы; однако то, что мы исходим из соображений перспективы, не имеет непосредственного отношения к работе стереоскопического зрения.
То, насколько сложно устроен глаз и насколько мощной является «система обработки изображений» в головном мозгу человека, поистине удивительно. Мы производим сложнейшие операции сотни раз в день, даже не задумываясь об этом, не говоря уже том, что изображения, попадающие на сетчатку, переворачиваются в силу законов преломления, и мы даже не задумываемся о том, в какую сторону должно повернуться глазное яблоко, когда следим за каким-либо объектом. Все эти операции анализируются и управляются головным мозгом. Комбинация «глаз-мозг» намного превосходит любую связку телекамера+сервер, которую изобрело и когда-либо изобретет человечество. Однако, мы можем утверждать, что понимание механизма работы глаза и совершенствование программных и аппаратных технологий получения и обработки изображений позволят нам формировать более качественную картинку и собирать более детальную информацию об окружающем нас мире; более того, эти технологии предоставят нам возможности заглянуть за пределы воспринимаемого человеческим зрением и вести наблюдение там, где люди не могут присутствовать вообще.
разрешение человеческого глаза
Эксперименты и опыты с участием людей показали, что большинство из нас различает не более 5-6 пар линий на миллиметр на расстоянии 0,3 метра, примерно соответствующем дистанции чтения текста мелким шрифтом. Это означает, что минимальный угол между раздельно наблюдаемыми глазом штрихами одного цвета составляет одну шестидесятую градуса (1/60°). Это обусловлено размером и плотностью расположения клеток-колбочек на сетчатке глаза. Поэтому 1/60° считается пределом угловой разрешающей способности нормального зрения. Понятие углового разрешения очень важно для лучшего понимания и оптимизации психофизических аспектов просмотра изображений.
Значение углового разрешения также важно учитывать при выборе оптимальной дистанции просмотра. Для выбора дистанции просмотра в видеонаблюдении используется следующий параметр: расстояние от глаз до дисплея должно быть в семь раз больше высоты монитора при просмотре видео стандартного разрешения и в четыре раза превосходить высоту монитора - при разрешении высокой чёткости (подробнее об этом будет дальше, вроде как, в главе 6). Следует усвоить, что дистанция между монитором и наблюдателем является важным фактором, определяющим различимость деталей на видеоизображении. Упираться носом в монитор бесполезно, равно как и чрезмерно отдаляться от него. Выбору оптимальной дистанции просмотра мы посвятим отдельное внимание позже.