Видеонаблюдение в темное время суток

На рынке систем видеонаблюдения присутствует огромное разнообразие оборудования и решений. Стоимость камер начинается от 30$ и доходит до 1000$ и больше. Каждый производитель заверяет, что используемые у него технологии самые прогрессивные и эффективные. Заказчик требует от монтажной организации разумного подхода к выбору оборудования и не желает переплачивать. Подрядчик часто предлагает то, что ему более выгодно продавать, и предлагает не всегда лучшие решения, стараясь уместиться в отведенный бюджет. 

Выбор оборудования должен исходить из поставленной задачи, а не предпочтений инсталлятора и даже бюджета заказчика. Если задача достаточно простая – наблюдение ситуации в условиях помещений с ровным и достаточно хорошим освещением, то практически любая камера позволит обеспечить хорошую картинку. Но если присутствуют сложные условия работы, крайне важно найти то решение, которое будет отлично работать в этой ситуации. 

Сложными условиями работы являются: неравномерное освещение, засветка от солнца днем и уличных фонарей ночью, экстремальные температуры, вибрационная нагрузка, недостаточное освещение, агрессивная среда, и т.п. Многие из перечисленных условий встречаются редко, и здесь требуются специальные и порой экзотические решения. Работа же 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:

1. Чувствительность камеры. Обеспечение качественного изображения без шумов
2. Динамический диапазон камеры. Возможность бороться с засветкой от фар и фонарей уличного освещения
3. Работа в ИК диапазоне. Способность видеть при полном отсутствии уличного освещения

Многие производители идут на всевозможного рода уловки при реализации нужных показателей по указанным параметрам. В итоге функция заявлена, но реализуется с различного рода оговорками, о которых умалчивается. О наиболее распространенных хитростях производителей ниже.

Чувствительность камеры для наблюдения в условиях недостаточной освещенности

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.

Если говорить сухим языком терминов, то чувствительность - это минимальный уровень освещенности объектов в поле зрения камеры, при которых они различимы. И в этом определении кроется главная проблема измерения этого параметра – субъективность. Т.е. каждый производитель на глаз определяет степень различимости. Некоторые производители измеряют чувствительность с одним объективом, а поставляют камеры с другим. 

Таким образом, сравнивать напрямую значения показателей чувствительности не корректно. В то же время часто встречаются ситуации, когда инсталлятор для проталкивания удобного ему бренда указывает на цифры в 0,001 или даже 0,0001 люкс в документации.

Еще одна уловка – это режим накопления. Вам демонстрируют изображение 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.

Особое внимание для наблюдения на периметре стоит уделять оптике камеры. Недорогой пластмассовый объектив с небольшой светосилой может испортить все старания инженеров, изготовивших хорошую светочувствительную матрицу. Для обеспечения хорошего изображения ночью без объектива с просветленной оптикой и хорошей светосилой не обойтись. Иногда объектив составляет до 100% стоимости камеры и говорить о том, что уличная камера в комплекте с объективом за 200$ обеспечивает хорошее изображение в темное время суток, не приходится.

На чувствительность камеры оказывает влияние и разрешение камеры. Чем больше разрешение Мегапиксельное IP-видеонаблюдение
Статья о том, где необходимо видеонаблюдение высокого разрешения, а где оно не требуется или даже делает систему хуже камеры , тем больше шумов на изображении в темное время суток. Не стоит использовать на периметре камеры с очень большим разрешением без особой необходимости.

В виду присутствия очень большого количества факторов, влияющих на обеспечение хорошей чувствительности, дать какие- то четкие критерии для выбора сложно. Главное помнить, что обеспечение высокой светочувствительности камеры, это сложная технологическая задача. И если производитель или ваш подрядчик уверяют, что их камера работает не хуже, но при этом стоит в 2 раза дешевле, то здесь стоит искать подвох. Где именно искать – мы Вам указали. 

Широкий динамический диапазон

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.

Работа в ИК диапазоне

Цветное изображение содержит на много 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 цветных камер для наблюдения на улице. Это делается для того, что бы обеспечить наблюдение в условиях недостаточной освещенности. Некоторые производители, даже сознательно пораньше, переключают камеру в ч/б режим, что бы наблюдатель не увидел шумы, связанные с низкой чувствительностью. Но мы здесь хотели сказать немного о другом – о том, как обеспечивается переход в ч/б режим. 

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 указывают в документации – имеет механический ИК фильтр.

Многие недобросовестные производители хитрят и пишут, что их камера работает в режиме день/ночь, но имеют немного другое в виду. ИК фильтр в таких камерах, для экономии, часто напылен на матрицу и убрать его невозможно. Переключение в ч/б режим осуществляется здесь просто исключением цветовой составляющей, которая и дает основные видимые шумы. Такие камеры называют – с функцией электронного переключения в день/ночь.

Снова для наблюдателя изображение слегка улучшилось, но количество информации в такой картинке не возросло.

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

Резюме

Если Вам требуется организовать качественное наблюдение в темное время суток, или в помещениях с недостаточным освещением, то необходимо уделить особое внимание характеристикам используемого оборудования. Часто экономия на камерах приводит к тому, что система не обеспечивает возложенные на нее функции и не окупает вложенные средства.

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

Будьте бдительны при выборе оборудования и решений по оснащению видеонаблюдением вашего объекта. Наблюдение в темное время суток требует особого подхода и высокого профессионализма Вашего подрядчика. Надежный исполнитель с большим опытом  наверняка это все знает, но будет не лишним и Вам быть подкованным в вопросах наблюдения в условиях недостаточного освещения. Надеемся, что наша статья Вам в этом поможет!