В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Особенно вопрос чувствительности видеокамер обострился при практически тотальном переходе на мегапиксельное наблюдение в цвете, которое реализуется исключительно на CMOS-сенсорах. Это обусловлено их принципиально меньшей исходной чувствительностью в сравнении с CCD.
Безусловно, разработчики сенсоров не сидели все эти годы сложа руки. Сегодня приведенная к единице площади чувствительность CMOS-матриц Exmor R SONY с задней засветкой (Back-Illuminated Technology) и ее клонов от других производителей почти сравнялась с CCD самых совершенных технологий. Но с учетом значительно меньшей площади единичного элемента мегапиксельной матрицы (пикселя) минимальная освещенность для камеры получается все равно довольно большой.
К сожалению, подобные сенсоры не применяются в матрицах для камер видеонаблюдения. Пока они широко используются исключительно в мобильных устройствах (смартфоны и айфоны). Есть сообщения об их использовании в практически эксклюзивных IP-камерах формата 4К.
Весьма популярный сейчас метод повышения чувствительности расширением спектрального диапазона принимаемого излучения обычно приводит к серьезным цветовым искажениям в цветном режиме. Например, все синтетические материалы, особенно темных тонов, заметно голубеют, а природная зелень растительности приобретает серый оттенок. Трудно представить, как поведет себя тот или иной краситель. Ведь не создано пока каких-либо таблиц цветовых искажений.
Предположим, уже можно забыть о лампах накаливания и даже галогенных осветителях, богатых ИК-излучением. Но даже если ориентироваться на современные источники искусственного освещения (газосветные и LED-осветители), практически лишенные ИК-составляющей, нельзя забывать о солнечном свете, особенно при низком солнце, утром и вечером.
Несмотря на все вышеперечисленное, камеры цветного изображения с ИК-чувствительностью встречаются и вообще имеют право на существование. Это объясняется большим контрастом любого цветного изображения по сравнению с черно-белым. Даже если это изображение с искаженной цветопередачей. И понятно, почему.
По кривой видности глаза самые яркие цвета – это желто-зеленые, а темные – красные и синие, причем практически одинаковые по яркости в черно-белом варианте. Но в цвете красный и синий имеют очень высокий контраст. На рис. 1 приведено ночное изображение с подобной камеры.
Самым распространенным и отработанным методом получения цветного изображения при малой освещенности является накопление по времени, или так называемый медленный затвор. Подобная технология давно применялась в специальном телевидении, например при астрономических наблюдениях. Вместе с тем, этот замечательный метод малопригоден для видеонаблюдения с его динамичными объектами.
Большое усиление (глубокая АРУ) с одновременным шумоподавлением также в состоянии несколько увеличить яркость и контраст изображения при малой освещенности. Но надо отдавать себе отчет в том, что любое шумоподавление всегда снижает разрешение, поскольку является как бы динамическим ограничением полосы приемника или фрагментарным накоплением.
Довольно редко пока применяется технология Binning, то есть увеличение площади единичного элемента разрешения за счет суммирования соседних пикселей одновременно по строкам и кадрам. Такая технология была предложена в видеонаблюдении известной питерской компанией еще в конце 1990-х гг. Тогда еще все наблюдение было черно-белым, но эти камеры демонстрировали результаты не хуже лучших образцов спецтехники с электронными усилителями света (ЭОП). Правда, в них после максимального накопления по площади (Binning) подключалось и накопление по времени (DSS). Естественно, все упомянутые методы вынужденно снижают разрешение камеры. Другими словами – "природа за все требует оплаты". При этом необходимо отметить, что при уменьшении освещенности уменьшаются яркость и контраст изображения, растет уровень шума, что и так снижает эффективное разрешение изображения. Да и человек в сумерках цвета и детали не различает.
Сейчас на нашем уже подлинно потребительском рынке все производители и поставщики маскируют функции своих камер условными единицами и красивыми словами. Еще в середине 1990-х гг. для камеры указывалась чувствительность для разных значений глубины АРУ в дБ, а ее регулировка градуировалась в этих же единицах. Сейчас все параметры устанавливаются через экранное меню в условных единицах до 5, 10 или 20. Как ни странно, в реальных единицах пока устанавливается электронный затвор, включая накопление и гамма-коррекцию. Любопытно, что данные о чувствительности с накоплением и без него почему-то никогда не соответствуют кратности накопления, а превышают ее в 10 раз и более. Хотя увеличение сигнала в первом приближении равно кратности накопления и по крайней мере не может его превышать.
Так вот, технологии увеличения чувствительности – как ранее для аналоговых камер на CCD, так и теперь для мегапиксельных на CMOS-сенсорах – в наши времена называются различными красивыми именами. Например, "Звездный свет", "Темный воин" и т.д. Однако это не дает никакой информации о принципе действия этой технологии и не позволяет даже предположить, что будет происходить с изображением динамичного, но слабо освещенного объекта. Иногда за этим скрывается хорошо известное и уже типовое накопление по времени. В более серьезных и дорогих брендах упоминаются "сверхчувствительные" сенсоры и "мощные" процессоры, выполняющие "специальную" обработку. Но, к сожалению, чувствительность сенсоров известна, а их производителей не так много. Относительно обработки также предложить принципиально нечего, кроме накопления по времени экспозиции и площади пикселя сенсора. Все алгоритмы шумоподавления в конечном итоге являются в том числе алгоритмами накопления, что хорошо видно по снижению статического и динамического разрешения изображения. Единственно, что возможно для серьезных брендов, – это отбор по шуму сенсоров и переход на более высокую битность обработки для некоторого снижения шума.
Итак, наряду с уже известными технологиями повышения чувствительности камер с CMOS-сенсорами появилась еще одна с красивым названием Dark Hunter ("Ночной охотник"). Эта технология применяется, во всяком случае пока, только для IP-камер. Это не совсем понятно, ведь камеры аналогового HD также нуждаются в высокой чувствительности для работы в неблагоприятных условиях малой освещенности. Очевидно, как и в предыдущих разработках, совершенно не ясно, как это работает. Показательно, что первые варианты камер Dark Hunter имели только цветное изображение и практически не были чувствительны к ИК-излучению. Другими словами, увеличение чувствительности нельзя было отнести к расширению спектра принимаемого излучения. Накопление по времени также себя не выдавало на динамичных объектах. По изображению видна работа цифрового шумопонижения, которую зачастую трудно отличить от незначительного накопления по времени. Несколько большая яркость кадра, в сравнении с типовой мегапиксельной IP-камерой, говорит о некотором увеличении уровня черного. Это дополнительно улучшает распознаваемость при малой освещенности. На рис. 2 приведены сравнительные кадры типовой IP-CMOS-камеры и CMOS-камеры Dark Hunter, снятые в закрытом помещении. Освещение в нем обеспечивается светодиодами с регулируемым током, а поэтому лишено ИК-составляющей.
Правый кадр практически черный, только слегка проблескивают фрагменты куклы и автомобиля. На рис. 3 приведена аналогичная композиция из двух камер, только в наружных условиях (Южная Корея).
К сожалению, наши корейские коллеги не совсем удачно выбрали сцену наблюдения. Дальние яркие источники света сильно мешают наблюдению ближней зоны и демонстрируют скорее динамический диапазон камеры, нежели ее высокую чувствительность.
Последние модели камер с технологией Dark Hunter выполняются в двух вариантах. Бюджетный вариант имеет постоянную ИК-чувствительность и возможность работать с ИК-подсветкой. В меню камеры может быть установлен исключительно цветной режим. В этом случае мы имеем высокочувствительную камеру цветного изображения, правда, с некоторыми цветовыми искажениями в случае использования осветителей, содержащих ИК-составляющую. Это уже уходящие в прошлое галогенные и лампы накаливания и другие тепловые источники. Более совершенные модели снабжаются подвижным срезающим ИК-фильтром. Эта технология TDN (ICR) обеспечивает неискаженное цветное изображение и высокую чувствительность в черно-белом режиме или, соответственно, большую дальность наблюдения при ИК-подсветке. Казалось бы, мы получаем типовую камеру "День/ночь", и где тут "цветное наблюдение ночью"? Но надо не забывать, что речь идет о мегапиксельной CMOS-камере, а не об аналоговом варианте на CCD Exview HADII с очень высокой чувствительностью. В данном случае технология Dark Hunter обеспечивает близкие характеристики при малой освещенности, но при мегапиксельном изображении FullHD (1080р) с прогрессивной разверткой. В моделях с разрешением HD (720р) этот эффект еще более заметен в силу большего размера пикселя. Ведь форматы матриц используются одинаковые – 1/3".
Зарубежные производители не стоят на месте. И вот уже есть более совершенная реинкарнация технологии, где "Темный охотник" преобразовался в "Ультратемного рыцаря" (Ultra Dark Knight). Ну что ж, это тоже красиво! На этот раз используется матрица с большим форматом – целых 2/3". Что, естественно, привело к дальнейшему увеличению чувствительности и росту динамического диапазона. Хотя и цена за изделие также существенно выросла, поэтому маловероятно, что эти модели будут востребованы нашим рынком в сложившихся экономических условиях. К тому же минимальная освещенность в 0,0005 лк "смело нарисована" у многих значительно более дешевых CMOS-видеокамер.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #6, 2015
Посещений: 6859
Автор
| |||
В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
