Когда речь идет о видеонаблюдении и безопасности, уровень освещенности имеет большое значение. Количество доступного света, которое камера может захватить на свою матрицу, существенно влияет на качество изображения, да и вообще на то, удастся ли его получить.
Когда вы читаете технические характеристики IP-камеры, вы, скорее всего, увидите указание уровня освещенности «люкс», но задумывались ли вы, почему этот уровень важен? И почему, когда выбираешь камеру для ночной съемки, важно не переборщить с мегапикселями? Но давайте обо всем по порядку.
Немного о единицах измерения
Нет необходимости вникать во всю эту науку, если, конечно, вы просто не можете удержаться от исследования фотометрии. Для остальных же давайте просто удовлетворимся формулировками:
“Люкс - это метрическое измерение света, падающего на объект”
и
“1 люкс равен 1 Люмену на 1 квадратный метр”.
В предыдущем предложении говорится, что свет падает на объект, а не отражается от него - это важное различие, поскольку темный объект будет отражать меньше света, чем светлый. Как и мы, видеокамеры видят отраженный свет. Поэтому чувствительность видеокамеры оценивается по свету, падающему на объект (люкс), а не по свету, отраженному от него.
Проще говоря, люкс - это измерение освещенности или доступного света, то есть количества света для данной среды. Чтобы дать вам представление о том, что это значит в реальном мире, можно сказать, что в стандартном хорошо освещенном офисе освещенность составляет около 400 люкс, а на улице в солнечный день - около 50 000 люкс. Чтобы представить ситуацию, вот еще несколько примеров обстановки с эквивалентной оценкой LUX:
-
Ночь, освещенная четвертью луны, дает около 0,01- 0,1 LUX
-
Полнолуние в ясную ночь дает около 0,27 LUX
-
Полнолуние в ясную ночь вблизи экватора дает около 1 LUX
-
Среднестатистическая комната при дневном свете около 50 LUX
-
Пасмурный, темный день дает около 100 LUX
-
Типичное освещение в офисе составляет от 300 до 500 LUX.
-
Прямой солнечный свет может составлять от 30 000 до 130 000 LUX.
Иногда значения указываются в люменах, что означает количество света, излучаемого источником света, измеренное на различных расстояниях. Итак, люмен - это количество света, выходящего из осветительного прибора, а люкс - количество света, достигающего объекта. 100 люмен, излучаемых источником света, измеренные на расстоянии одного метра, также равны 100 люксам, достигающим объекта на расстоянии одного метра. По сути, это одни и те же величины.
Например, стандартная 100-ваттная лампа накаливания излучает примерно 1500-1700 люмен на расстоянии трех метров.
_1___rs_1200_1200.jpg)
Белый свет и инфракрасное излучение
Для большинства камер этот показатель делится на два: минимальный уровень освещенности, необходимый для цветных изображений (снятых с помощью белого света / света видимого спектра), и минимальный доступный уровень освещенности, необходимый для инфракрасных (ИК) изображений. Последняя цифра неизменно равна нулю, поскольку IP-камеры могут обнаруживать длины волн света, выходящие за пределы диапазона человеческого глаза, используя инфракрасные лампы (обычно светодиоды) в полной темноте.
Минимальный уровень освещенности, необходимый для получения цветного изображения, зависит от типа и чувствительности каждой IP-камеры. Существуют модели, которые опускаются до 0,01, что примерно соответствует уровню освещенности в четвертьлуние.
Мы назвали очень грубые ориентиры, потому что реальные измерения светочувствительности не стандартизированы в отрасли. Другими словами, существует возможность «законной» фальсификации показателей для камер, которые могут показать плохие результаты, если их подвергнуть различным испытаниям. Таким образом, хотя два теста могут быть корректными с точки зрения их справедливости, данные, полученные в ходе этих тестов, могут значительно отличаться, что затрудняет сравнение между производителями. Самое большое расхождение связано с тем, как измеряется освещенность. Люкс измеряется с помощью люксметра. Однако он измеряет уровень освещенности в целом, а не то, как его улавливает камера.
Так, например, стол из темного дерева в офисе будет отражать не так много света, как лежащий на нем белый бумажный блокнот. Хотя по уровню освещенности можно предположить, что оба этих объекта будут улавливаться камерой, в реальном примере камера может не выделить стол так же хорошо, как блокнот.
В теории эти характеристики выглядят весьма достойно, но следует отметить, что приемлемое изображение в таких условиях действительно возможно только при дополнительном увеличении уровня освещенности за счет встроенных технологий.
Технологии увеличения уровня освещенности
Современные системы видеонаблюдения оснащаются специальными функциями, которые помогают передавать детализированное изображение даже при слабом свете или полной темноте. К наиболее популярным технологиям относятся:
AGC (Automatic Gain Control) – автоматическая регулировка усиления
Это функция в камерах видеонаблюдения, которая автоматически изменяет уровень усиления сигнала, чтобы поддерживать стабильную яркость изображения при изменении условий освещения. При недостаточном освещении AGC увеличивает усиление сигнала, делая изображение ярче, а при избытке света снижает его, предотвращая пересветы. Функция AGC позволяет улучшить видимость в темных условиях и сохранять детали при изменении яркости сцены. Технология дает камере очевидное преимущество - возможность лучше видеть в плохо освещенных условиях. Однако главным недостатком является то, что метод усиления не только усиливает полезные данные в изображении, но и фоновый шум. По сути, чем больше AGC, тем больше шума будет присутствовать в изображении, и тем хуже будет его качество.
Современные камеры часто комбинируют AGC с технологиями WDR и DNR для повышения качества изображения.
WDR (Wide Dynamic Range) – широкий динамический диапазон
Это технология для улучшения качества изображения при сложных условиях освещения, когда в кадре есть одновременно очень яркие и тёмные зоны. Камеры с WDR способны уравновешивать разницу в яркости, предотвращая пересветы на светлых участках и сохраняя детали в тенях. Это особенно важно для мест с контрастным освещением, таких как входы в здания, окна или уличное наблюдение в условиях яркого солнца и теней. WDR может реализовываться разными способами, включая двойную экспозицию и цифровую обработку изображения (DWDR), что позволяет получать более сбалансированное и детализированное видео.
_1___rs_1200_1200.jpg)
-(2.8мм)_1___rs_1200_1200.jpg)
_1___rs_1200_1200.jpg)
DNR (Digital Noise Reduction) – цифровое шумоподавление
Данная технология используется для уменьшения цифрового шума, который возникает при слабом освещении или высоком усилении сигнала (AGC). Шумы проявляются в виде зернистости или помех на изображении, что ухудшает детализацию и делает видео менее разборчивым. DNR анализирует и фильтрует шум, улучшая качество картинки, повышая её чёткость и снижая нагрузку на систему хранения данных, так как уменьшается размер видеофайлов. Существуют 2D DNR (подавляет шум в статичных кадрах) и 3D DNR (работает с последовательностью кадров, обеспечивая более качественное шумоподавление без размытия движущихся объектов).
BLC (Back Light Compensation) - компенсация задней засветки
Это технология , которая улучшает качество изображения при сильном контровом освещении. Она автоматически увеличивает яркость тёмных участков кадра, чтобы сделать объекты перед источником света более различимыми. Технология BLC особенно полезна, когда камера установлена напротив окон, дверных проёмов или снимает объекты на фоне яркого света, предотвращая затемнение переднего плана. Однако она не регулирует сам источник засветки, а лишь усиливает затемнённые области, что может привести к частичной потере деталей в светлых зонах. Для более сбалансированной работы с контрастными сценами чаще используется WDR .
HLC (Highlight Compensation) – подавление ярких источников света
Она предназначена для подавления слишком ярких зон на изображении, таких как свет фар автомобилей, фонари или прожекторы. Камера с HLC автоматически распознаёт и затемняет пересвеченные области, чтобы сохранить видимость остальных деталей в кадре. Это особенно полезно для уличного наблюдения, например, на парковках, дорогах или въездах в охраняемые зоны, где свет фар может засвечивать номерные знаки и скрывать объекты. В отличие от BLC, которое просто увеличивает яркость тёмных областей, HLC активно снижает интенсивность засветки, обеспечивая более сбалансированное изображение.
Sense-Up (Slow Shutter) – увеличение выдержки
Данная технология создана для повышения чувствительности к свету за счет увеличения времени экспозиции. Камера дольше держит затвор открытым, что позволяет сенсору накопить больше света и улучшить видимость в темных условиях.
Особенно полезна при слабом освещении, так как позволяет получать более яркое изображение без использования инфракрасной подсветки. Однако у нее есть недостаток — при съемке движущихся объектов может появляться размытие из-за долгой выдержки. Это делает Sense-Up менее эффективным для динамичных сцен, таких как движение автомобилей или людей.
Starlight – цветное изображение при слабом освещении
Она основана на применении чувствительных сенсоров и специальных алгоритмов обработки изображения, что позволяет получать четкую и детализированную картинку даже при минимальном освещении. В отличие от обычных камер, которые в темноте переключаются на инфракрасную подсветку, камеры с технологией Starlight могут передавать цветное изображение даже в сумерках или при свете звезд. Это достигается за счет улучшенной светочувствительности матрицы и комбинированного применения WDR и алгоритмов шумоподавления (DNR).
Разрешение камеры и уровень освещенности
Разрешение в мегапикселях и уровень освещенности – это две разные характеристики, но они могут влиять друг на друга в контексте качества изображения в условиях низкой освещённости. Мегапиксели определяют детализацию изображения - чем их больше, тем выше разрешение. Люксы показывают чувствительность камеры к свету - чем меньше значение, тем лучше камера видит в темноте. Как они связаны между собой? Сейчас расскажу.
Чем больше мегапикселей, тем меньше размер каждого пикселя сенсора, что может снижать его чувствительность к свету. Например, 8 МП камера с таким же размером сенсора, как у 2 МП, будет иметь меньшие пиксели по размеру, из-за чего ей может требоваться больше света для качественного изображения.
Камеры с более высоким разрешением (большим числом мегапикселей) могут требовать большей светочувствительности сенсора, чтобы обеспечить хорошее изображение в тёмных условиях. Для таких случаев используются увеличенные сенсоры, технология WDR и инфракрасная подсветка.
Выходит, что если вам нужна камера для съёмки в темноте, важно учитывать не только чувствительность сенсора в люксах, а и размер пикселя, и технологии обработки изображения. Для дневного видеонаблюдения большое количество мегапикселей обеспечивает лучшую детализацию, но ночью камера с меньшим разрешением, но более высокой светочувствительностью, может работать эффективнее.
_1___rs_1200_1200.jpg)
_1___rs_1200_1200.jpg)
Диафрагма и уровень освещенности
Диафрагма - это размер отверстия в объективе, которое регулирует количество света, попадающего в камеру. Она напрямую влияет на количество света, попадающего на матрицу камеры, и глубину резкости изображения.
Размер диафрагмы обычно выражается в значениях f-stop, таких как f/2.8, f/5.6 и f/16. Чем меньше значение f-стопа (например, f/2,8), тем больше отверстие диафрагмы, а чем больше значение f-стопа (например, f/16), тем меньше отверстие диафрагмы. При правильной настройке значения диафрагмы камеры безопасности могут оптимизировать яркость, глубину резкости и четкость изображения при различных условиях освещения и требованиях к мониторингу.
Настройки диафрагмы можно разделить на несколько диапазонов в зависимости от конкретных потребностей, каждый из которых соответствует различным эффектам изображения:
-
Большая диафрагма (f/1,4 - f/2,8). Используется для съемки при ночном наблюдении или слабоосвещенных помещениях. Большая диафрагма позволяет проникать в камеру большему количеству света, эффективно повышая яркость изображения в условиях низкой освещенности. Кроме того, она создает малую глубину резкости, размывая фон и сохраняя область фокусировки четкой и ясной. Это особенно полезно в сценариях видеонаблюдения, где важно запечатлеть четкий объект.
-
Средняя диафрагма (f/4 - f/8). Применяется для наблюдения в условиях нормального освещения, например, днем на улице или в помещении с равномерным освещением. Средняя диафрагма обеспечивает хороший баланс глубины резкости и светоприемника, сохраняя достаточную резкость в зоне фокусировки без чрезмерного размытия фона. Эта настройка подходит для одновременного наблюдения за несколькими расстояниями, например, в офисах, магазинах или на парковках, где необходимо наблюдать за несколькими зонами.
-
Малая диафрагма (f/11 - f/22). Рекомендована в хорошо освещенной среде, например, солнечные сцены на открытом воздухе или ситуации, требующие большей глубины резкости. Малая диафрагма уменьшает количество света, попадающего в объектив, но увеличивает глубину резкости, позволяя держать в фокусе все объекты в кадре, от переднего до заднего плана. Эта настройка идеально подходит для съемки широких пространств в очень ярких условиях, например, общественных площадей или обширных открытых пространств в дневное время.
-
Очень маленькая диафрагма (f/22 и выше). Применима в специальных ситуациях наблюдения, таких как наблюдение в экстремальных условиях освещения (например, при очень ярком солнечном свете). Очень маленькая диафрагма обеспечивает большую глубину резкости, сохраняя почти все объекты в четком фокусе, но при этом в объектив попадает очень мало света. В этом случае изображение может казаться более темным, поэтому ее обычно используют только в особых сценариях или при экстремальных условиях освещения. Кроме того, очень маленькая диафрагма может вызвать эффект дифракции, что приведет к снижению резкости изображения.
Искренне надеюсь, что смог донести понятно информацию. Подводя итог, хочу сказать, что при выборе камеры для видеонаблюдения при слабом свете важно учитывать не только светочувствительность сенсора, но и разрешение, параметры оптики, размер диафрагмы и технологии, которые применяются для улучшения изображения. Оптимальное сочетание всех этих характеристик позволит получить качественное изображение даже в условиях низкой освещенности.
Искренне Ваш, Небилович Сергей,
директор магазина сетевого оборудования EServer.