Коли йдеться про відеоспостереження та безпеку, рівень освітленості має велике значення. Кількість доступного світла, яке камера може захопити на свою матрицю, істотно впливає на якість зображення, та й взагалі на те, чи вдасться його отримати.
Коли ви читаєте технічні характеристики IP-камери, ви, швидше за все, побачите вказівку рівня освітленості «люкс», але чи замислювалися ви, чому цей рівень важливий? І чому, коли вибираєш камеру для нічної зйомки, важливо не переборщити з мегапікселями? Але давайте про все по порядку.
Трохи про одиниці виміру
Немає необхідності заглиблюватися в усю цю науку, якщо, звичайно, ви просто не можете втриматися від дослідження фотометрії. Для решти ж давайте просто задовольнимося формулюваннями: «Люкс - це метричний вимір світла, що падає на об'єкт» і «1 Люкс дорівнює 1 Люмену на 1 квадратний метр».
У попередньому реченні йдеться про те, що світло падає на об'єкт, а не відбивається від нього - це важлива відмінність, оскільки темний об'єкт відбиватиме менше світла, ніж світлий. Як і ми, відеокамери бачать відбите світло. Тому чутливість відеокамери оцінюється за світлом, що падає на об'єкт (люкс), а не за світлом, відбитим від нього.
Простіше кажучи, люкс - це вимірювання освітленості або доступного світла, тобто кількості світла для даного середовища. Щоб дати вам уявлення про те, що це означає в реальному світі, можна сказати, що в стандартному добре освітленому офісі освітленість становить близько 400 люкс, а на вулиці в сонячний день - близько 50 000 люкс. Щоб уявити ситуацію, ось ще кілька прикладів обстановки з еквівалентною оцінкою LUX:
-
Ніч, освітлена чвертю місяця, дає близько 0,01-0,1 LUX
-
Повний місяць у ясну ніч дає близько 0,27 LUX
-
Повний місяць у ясну ніч поблизу екватора дає близько 1 LUX
-
Середньостатистична кімната при денному світлі близько 50 LUX
-
Похмурий, темний день дає близько 100 LUX
-
Типове освітлення в офісі становить від 300 до 500 LUX.
-
Пряме сонячне світло може становити від 30 000 до 130 000 LUX.
Іноді значення вказуються в люменах, що означає кількість світла, випромінюваного джерелом світла, виміряну на різних відстанях. Отже, люмен - це кількість світла, що виходить з освітлювального приладу, а люкс - кількість світла, що досягає об'єкта. 100 люмен, випромінюваних джерелом світла, виміряні на відстані одного метра, також дорівнюють 100 люксам, що досягають об'єкта на відстані одного метра. По суті, це одні й ті самі величини.
Наприклад, стандартна 100-ватна лампа розжарювання випромінює приблизно 1500-1700 люмен на відстані трьох метрів.
_1___rs_1200_1200.jpg)
Біле світло та інфрачервоне випромінювання
Для більшості камер цей показник ділиться на два: мінімальний рівень освітленості, необхідний для кольорових зображень (знятих за допомогою білого світла / світла видимого спектра), і мінімальний доступний рівень освітленості, необхідний для інфрачервоних (ІЧ) зображень. Остання цифра незмінно дорівнює нулю, оскільки IP-камери можуть виявляти довжини хвиль світла, що виходять за межі діапазону людського ока, використовуючи інфрачервоні лампи (зазвичай світлодіоди) в повній темряві.
Мінімальний рівень освітленості, необхідний для отримання кольорового зображення, залежить від типу і чутливості кожної IP-камери. Існують моделі, які опускаються до 0,01, що приблизно відповідає рівню освітленості в чверть-місяць.
Ми назвали дуже грубі орієнтири, тому що реальні вимірювання світлочутливості не стандартизовані в галузі. Іншими словами, існує можливість «законної» фальсифікації показників для камер, які можуть показати погані результати, якщо їх піддати різним випробуванням. Таким чином, хоча два тести можуть бути коректними з точки зору їхньої справедливості, дані, отримані під час цих тестів, можуть значно відрізнятися, що ускладнює порівняння між виробниками. Найбільша розбіжність пов'язана з тим, як вимірюється освітленість. Люкс вимірюється за допомогою люксметра. Однак він вимірює рівень освітленості загалом, а не те, як його вловлює камера.
Так, наприклад, стіл із темного дерева в офісі відображатиме не так багато світла, як білий паперовий блокнот, що лежить на ньому. Хоча за рівнем освітленості можна припустити, що обидва ці об'єкти будуть вловлюватися камерою, в реальному прикладі камера може не виділити стіл так само добре, як блокнот.
У теорії ці характеристики виглядають вельми гідно, але слід зазначити, що прийнятне зображення в таких умовах справді можливе тільки за умови додаткового збільшення рівня освітленості за рахунок вбудованих технологій.
Технології збільшення рівня освітленості
Сучасні системи відеоспостереження оснащуються спеціальними функціями, які допомагають передавати деталізоване зображення навіть за слабкого світла або повної темряви. До найбільш популярних технологій належать:
AGC (Automatic Gain Control) - автоматичне регулювання посилення.
Це функція в камерах відеоспостереження, яка автоматично змінює рівень посилення сигналу, щоб підтримувати стабільну яскравість зображення за зміни умов освітлення. За недостатнього освітлення AGC збільшує посилення сигналу, роблячи зображення яскравішим, а за надлишку світла знижує його, запобігаючи пересвітленню. Функція AGC дає змогу поліпшити видимість у темних умовах і зберігати деталі під час зміни яскравості сцени. Технологія дає камері очевидну перевагу - можливість краще бачити в погано освітлених умовах. Однак головним недоліком є те, що метод посилення не тільки підсилює корисні дані в зображенні, а й фоновий шум. По суті, що більше AGC, то більше шуму буде присутнє в зображенні, і то гіршою буде його якість.
Сучасні камери часто комбінують AGC з технологіями WDR і DNR для підвищення якості зображення.
WDR (Wide Dynamic Range) - широкий динамічний діапазон
Це технологія для поліпшення якості зображення за складних умов освітлення, коли в кадрі є одночасно дуже яскраві та темні зони. Камери з WDR здатні врівноважувати різницю в яскравості, запобігаючи пересвітленню на світлих ділянках і зберігаючи деталі в тінях. Це особливо важливо для місць із контрастним освітленням, як-от входи в будівлі, вікна або вуличне спостереження в умовах яскравого сонця і тіней. WDR може реалізовуватися різними способами, включно з подвійною експозицією і цифровою обробкою зображення (DWDR), що дає змогу отримувати більш збалансоване і деталізоване відео.
_1___rs_1200_1200.jpg)
-(2.8мм)_1___rs_1200_1200.jpg)
_1___rs_1200_1200.jpg)
DNR (Digital Noise Reduction) - цифрове шумозаглушення
Ця технологія використовується для зменшення цифрового шуму, який виникає за слабкого освітлення або високого посилення сигналу (AGC). Шуми проявляються у вигляді зернистості або перешкод на зображенні, що погіршує деталізацію і робить відео менш розбірливим. DNR аналізує і фільтрує шум, покращуючи якість картинки, підвищуючи її чіткість і знижуючи навантаження на систему зберігання даних, оскільки зменшується розмір відеофайлів. Існують 2D DNR (пригнічує шум у статичних кадрах) і 3D DNR (працює з послідовністю кадрів, забезпечуючи більш якісне шумозаглушення без розмиття рухомих об'єктів).
BLC (Back Light Compensation) - компенсація заднього засвічення
Це технологія, яка покращує якість зображення при сильному контровому освітленні. Вона автоматично збільшує яскравість темних ділянок кадру, щоб зробити об'єкти перед джерелом світла більш помітними. Технологія BLC особливо корисна, коли камера встановлена навпроти вікон, дверних прорізів або знімає об'єкти на тлі яскравого світла, запобігаючи затемненню переднього плану. Однак вона не регулює саме джерело засвічення, а лише підсилює затемнені області, що може призвести до часткової втрати деталей у світлих зонах. Для більш збалансованої роботи з контрастними сценами частіше використовується WDR .
HLC (Highlight Compensation) - придушення яскравих джерел світла
Вона призначена для придушення занадто яскравих зон на зображенні, як-от світло фар автомобілів, ліхтарі або прожектори. Камера з HLC автоматично розпізнає і затемнює пересвічені області, щоб зберегти видимість інших деталей у кадрі. Це особливо корисно для вуличного спостереження, наприклад, на парковках, дорогах або в'їздах в зони, що охороняються, де світло фар може засвічувати номерні знаки і приховувати об'єкти. На відміну від BLC, яке просто збільшує яскравість темних областей, HLC активно знижує інтенсивність засвічення, забезпечуючи більш збалансоване зображення.
Sense-Up (Slow Shutter) - збільшення витримки
Ця технологія створена для підвищення чутливості до світла за рахунок збільшення часу експозиції. Камера довше тримає затвор відкритим, що дає змогу сенсору накопичити більше світла і поліпшити видимість у темних умовах.
Особливо корисна при слабкому освітленні, оскільки дає змогу отримувати більш яскраве зображення без використання інфрачервоного підсвічування. Однак у неї є недолік - під час зйомки рухомих об'єктів може з'являтися розмиття через довгу витримку. Це робить Sense-Up менш ефективним для динамічних сцен, таких як рух автомобілів або людей.
Starlight - кольорове зображення при слабкому освітленні
Вона заснована на застосуванні чутливих сенсорів і спеціальних алгоритмів обробки зображення, що дає змогу отримувати чітку й деталізовану картинку навіть за мінімального освітлення. На відміну від звичайних камер, які в темряві перемикаються на інфрачервоне підсвічування, камери з технологією Starlight можуть передавати кольорове зображення навіть у сутінках або при світлі зірок. Це досягається за рахунок поліпшеної світлочутливості матриці та комбінованого застосування WDR і алгоритмів шумозаглушення (DNR).
Роздільна здатність камери та рівень освітленості
Роздільна здатність у мегапікселях і рівень освітленості - це дві різні характеристики, але вони можуть впливати одна на одну в контексті якості зображення в умовах низької освітленості. Мегапікселі визначають деталізацію зображення - чим їх більше, тим вища роздільна здатність. Люкси показують чутливість камери до світла - чим менше значення, тим краще камера бачить у темряві. Як вони пов'язані між собою? Зараз розповім.
Що більше мегапікселів, то менший розмір кожного пікселя сенсора, що може знижувати його чутливість до світла. Наприклад, 8 МП камера з таким самим розміром сенсора, як у 2 МП, матиме менші пікселі за розміром, через що їй може знадобитися більше світла для якісного зображення.
Камери з вищою роздільною здатністю (великим числом мегапікселів) можуть вимагати більшої світлочутливості сенсора, щоб забезпечити гарне зображення в темних умовах. Для таких випадків використовуються збільшені сенсори, технологія WDR та інфрачервоне підсвічування.
Виходить, що якщо вам потрібна камера для зйомки в темряві, важливо враховувати не тільки чутливість сенсора в люксах, а й розмір пікселя, і технології обробки зображення. Для денного відеоспостереження велика кількість мегапікселів забезпечує кращу деталізацію, але вночі камера з меншою роздільною здатністю, але вищою світлочутливістю, може працювати ефективніше.
_1___rs_1200_1200.jpg)
_1___rs_1200_1200.jpg)
Діафрагма та рівень освітленості
Діафрагма - це розмір отвору в об'єктиві, який регулює кількість світла, що потрапляє в камеру. Вона безпосередньо впливає на кількість світла, що потрапляє на матрицю камери, і глибину різкості зображення.
Розмір діафрагми зазвичай виражається в значеннях f-stop, таких як f/2.8, f/5.6 і f/16. Чим менше значення f-стопа (наприклад, f/2,8), тим більший отвір діафрагми, а чим більше значення f-стопа (наприклад, f/16), тим менший отвір діафрагми. При правильному налаштуванні значення діафрагми камери безпеки можуть оптимізувати яскравість, глибину різкості та чіткість зображення за різних умов освітлення та вимог до моніторингу.
Налаштування діафрагми можна розділити на кілька діапазонів залежно від конкретних потреб, кожен з яких відповідає різним ефектам зображення:
-
Велика діафрагма (f/1,4 - f/2,8). Використовується для зйомки під час нічного спостереження або слабоосвітлених приміщеннях. Велика діафрагма дозволяє проникати в камеру більшій кількості світла, ефективно підвищуючи яскравість зображення в умовах низької освітленості. Крім того, вона створює малу глибину різкості, розмиваючи тло і зберігаючи область фокусування чіткою і ясною. Це особливо корисно в сценаріях відеоспостереження, де важливо зафіксувати чіткий об'єкт.
-
Середня діафрагма (f/4 - f/8). Застосовується для спостереження в умовах нормального освітлення, наприклад, вдень на вулиці або в приміщенні з рівномірним освітленням. Середня діафрагма забезпечує хороший баланс глибини різкості та світлоприймача, зберігаючи достатню різкість у зоні фокусування без надмірного розмиття фону. Це налаштування підходить для одночасного спостереження за кількома відстанями, наприклад, в офісах, магазинах або на парковках, де необхідно спостерігати за кількома зонами.
-
Мала діафрагма (f/11 - f/22). Рекомендована в добре освітленому середовищі, наприклад, сонячні сцени на відкритому повітрі або ситуації, що вимагають більшої глибини різкості. Мала діафрагма зменшує кількість світла, що потрапляє в об'єктив, але збільшує глибину різкості, даючи змогу тримати у фокусі всі об'єкти в кадрі, від переднього до заднього плану. Це налаштування ідеально підходить для зйомки широких просторів у дуже яскравих умовах, наприклад, громадських площ або великих відкритих просторів у денний час.
-
Дуже маленька діафрагма (f/22 і вище). Застосовна в спеціальних ситуаціях спостереження, таких як спостереження в екстремальних умовах освітлення (наприклад, при дуже яскравому сонячному світлі). Дуже маленька діафрагма забезпечує велику глибину різкості, зберігаючи майже всі об'єкти в чіткому фокусі, але при цьому в об'єктив потрапляє дуже мало світла. У цьому разі зображення може здаватися темнішим, тому її зазвичай використовують тільки в особливих сценаріях або за екстремальних умов освітлення. Крім того, дуже маленька діафрагма може викликати ефект дифракції, що призведе до зниження різкості зображення.
Щиро сподіваюся, що зміг донести зрозуміло інформацію. Підбиваючи підсумок, хочу сказати, що під час вибору камери для відеоспостереження при слабкому світлі важливо враховувати не тільки світлочутливість сенсора, а й роздільну здатність, параметри оптики, розмір діафрагми і технології, які застосовуються для поліпшення зображення. Оптимальне поєднання всіх цих характеристик дасть змогу отримати якісне зображення навіть в умовах низької освітленості.
Щиро Ваш, Небилович Сергій,
директор магазину мережевого обладнання EServer.