Как найти черную кошку в темной комнате или организация видеонаблюдения в местах с низким уровнем освещения

Организация видеонаблюдения территории объекта с хорошим обзором в любое время суток вовсе не такая тривиальная задача, как может показаться на первый взгляд. Казалось бы, что может быть проще – расставить камеры с минимальным количеством мертвых зон и дело в шляпе. Однако, в какой-то момент неминуемо наступит ночь, и мы столкнемся с проблемой хорошей видимости в условиях недостаточного освещения. 

Как правильно подобрать оборудование и на какие функции обратить особое внимание?

Работа камеры в темное время суток - одна из основных и наиболее распространенных задач для системы видеонаблюдения с уличными камерами. С какими сложностями при наблюдении в условиях недостаточного освещения приходится сталкиваться? Перечислим основные из них:

-       чувствительность камеры - обеспечение качественного изображения без шумов;

-       динамический диапазон камеры - возможность бороться с засветкой от фар и фонарей уличного освещения;

-       работа в ИК диапазоне - способность видеть при полном отсутствии уличного освещения.

Камеры с низкой чувствительностью не способны обеспечить приемлемое изображение в темное время суток, на изображении появляются шумы, цвета искажаются, объекты становятся плохо различимы. Движение в кадре становится замедленным и часто смазанным.

Говоря проще, чувствительность — это минимальный уровень освещенности объектов в поле зрения камеры, при которых они различимы. Сложность в том, что данный параметр субъективен и каждый производитель определяет степень различимости практически «на глаз». Поэтому, напрямую ориентироваться на него очень сложно. Несмотря на указанные в документации на камеру 0,001 или даже 0,0001 люкс, обязательно проверяйте эти цифры на практике. Еще один способ увеличение чувствительности – это режим накопления. Недобросовестные поставщики могут продемонстрировать Вам изображение с камеры, сделанное в ночное время, исключительного качества, где все видно и нет никаких шумов и говорят, что у Вас будет так же. Очень часто такие кадры и записи делают при включенном режиме накопления, когда кадр формируется после длительной засветки матрицы. Если Вы хотите любоваться красотами окружающих пейзажей, этот режим вам подойдет идеально, но когда Вам необходимо различать движущиеся объекты, понимать, что происходит на периметре в режиме реального времени, то длинная выдержка не подойдет. Накопление более 4–6 может привести к сильному размазыванию движущихся габаритных объектов (автомашины), а объекты с малыми угловыми размерами могут исчезнуть с изображения совсем.

В темное время суток может возникнуть ситуация, когда в кадр попадают объекты с очень ярким светом. Такими объектами могут быть фонари, свет фар автомобилей, окна зданий. В этом случае без специальных мер обработки изображения у нас остается лишь выбирать: либо хорошо видим плохо освещенные объекты, а яркие объекты превращаются в световые пятна, либо хорошо видим ярко освещенные объекты, а темные объекты сливаются в черные и серые пятна. 

Если нам все же хочется видеть все объекты в кадре – и яркие и те, что остаются в неосвещенных местах зоны обзора, то требуется использование технологии, которая расширяет динамический диапазон матрицы камеры за счет обработки изображения. И здесь есть свои тонкости и различные технологии. Существует два варианта реализации алгоритма расширения динамического диапазона (WDR):

-       программный WDR. Процессор камеры обрабатывает информацию, снятую с матрицы камеры, выделяет участки с низкой освещенностью, осветляя их, и затемняет участки с яркой освещенностью. На глаз такое изображение выглядит лучше исходного, но на самом деле количество информации в таком кадре не прибавилось. Если детально рассмотреть такое изображение - можно увидеть сильные шумы в темных участках и отсутствие детализации объектов в ярко освещенных местах изображения

-       аппаратный WDR. Информация с матрицы снимается дважды (в некоторых моделях и больше), далее процессор камеры анализирует изображения, снятые с разной выдержкой, и определяет недостающие элементы в одном и другом и собирает один кадр, в котором будет максимум информации для наблюдателя

Аппаратный WDR значительно более требовательный к аппаратным возможностям камеры и мощности процессора камеры для обработки, но и дает отличный результат. Программный WDR - это по сути уловка, которая делает картинку приятнее для наблюдателя, но не решает главную задачу: наблюдение объектов с разной освещенность в кадре с одинаковой степенью детализации.

Цветное изображение содержит намного больше информации о объекте, чем черно - белое, но получить цветное изображение в темное время суток – не простая задача, которая в любом случае имеет некие ограничения. При наступлении темноты, в отсутствии внешних источников освещения, рано или поздно, наступает предел чувствительности камеры в видимом диапазоне света, и камера перестает давать качественную картинку. 

В ситуации недостаточного освещения есть возможность получить приемлемое изображение и обеспечить наблюдение. Матрицы камеры чувствительны не только в видимом диапазоне, но и в инфракрасном спектре, невидимом для человека. Для отсечки этой области спектра на цветных камерах устанавливают ИК фильтры, т.к. иначе сильно искажаются цвета. Если убрать этот фильтр и отключить цветовую составляющую изображения, то камера может дать превосходное ч/б изображение высокой контрастности в отсутствии шумов. 

Переключением камер в ч/б режим пользуются почти все производители камер для наблюдения на улице. Это делается для того, чтобы обеспечить наблюдение в условиях недостаточной освещенности. На камерах некоторых производителей, переключение в данный режим происходит даже сознательно пораньше, чтобы наблюдатель не увидел шумы, связанные с низкой чувствительностью.

Как уже сказано выше, на всех цветных камерах установлен ИК фильтр. Для увеличения чувствительности в ИК спектре нужно фильтр убрать, т.е. механически отодвинуть его от матрицы и открыть путь полному световому потоку. Камеры с таким способом переключения в ч/б режим называются камерами с механическим ИК фильтром. Некоторые производители пишут в документации, что их камера работает в режиме день/ночь, однако реализация этого режима у них иная. ИК фильтр в таких камерах, для экономии, просто нанесен методом напыления на матрицу и убрать его невозможно. Переключение в ч/б режим в таких камерах осуществляется исключением цветовой составляющей, которая и дает основные видимые шумы. Эти камеры называют – с функцией электронного переключения в день/ночь. Визуально изображение на таких камерах улучшается в ночное время, но, если присмотреться – деталей, а именно они нам нужны, не прибавляется.  Помимо этого, видеокамеры "день/ночь" с ИК-чувствительностью без механического фильтра вносят серьезные цветовые искажения при смешанном освещении. При дневном свете, имеющем высокое содержание ИК-излучения, цветовые искажения значительны (например, трава, листва и другая природная зелень сереет). Часто кардинально изменяют цвет синтетические ткани и материалы. Заметно сильнее проявляются эти особенности при лампах накаливания и галогенных осветителях. 

В случае же использования внешней ИК подсветки, такой, как специальные ИК прожектора, камера с электронным переключением в день/ночь не увидит эту подсветку, и деньги на организацию дополнительного освещения будут просто выброшены на ветер.

Резюмируя все вышесказанное, можно сделать вывод, что, если Вам требуется организовать качественное наблюдение в темное время суток, или в помещениях с недостаточным освещением, то необходимо уделить особое внимание характеристикам используемого оборудования. Не экономьте на оборудовании! Имитация некоторых функций камер вместо их реального воплощения «в металле» приведет только к тому, что система видеонаблюдения не сможет выполнить то, для чего она проектировалась и строилась и, в результате, не окупит вложенные средства.

Поэтому, если требуется хорошо видеть ночью – просто необходима высокая чувствительность и хорошая светлая оптика. Если на территории объекта есть яркие источники света – необходим аппаратный WDR.  Если внешних источников освещения недостаточно и планируется установить ИК подсветку, то без «честного» режима день/ночь не обойтись.

Хотите знать актуальные новости из мира технологий для безопасности ? ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на наш ТМ КАНАЛ