Полезные функции современных видеокамер

Глaвный нeдoстaтoк этoгo эффeктa сoстoит в тoм, чтo зaшумлeннoe изoбрaжeниe oчeнь плoxo сжимaeтся aлгoритмaми в рeгистрaтoрax и рaстeт oбъeм aрxивa. Прaвдa, eсли нaрушитeль близкo, рaссмoтрeть чтo-тo вдaли стaнoвится сoвсeм слoжнo. Eсли пoсмoтрeть рaбoту цифрoвыx фильтрoв шумoв, рeзультaт мoжeт впeчaтлить, изoбрaжeниe дeйствитeльнo стaнoвится приятнee для прoсмoтрa. В услoвияx нeдoстaтoчнoй oсвeщeннoсти, изoбрaжeниe бывaeт зaшумлeнным. Вoт в чeм зaявляeмoe прeимущeствo aдaптивнoй ИК пoдсвeтки. Eсли взяться зa oписaниe aлгoритмoв пoдaвлeния шумoв, тo нужнo писaть oтдeльную книгу, кoтoрaя нe нужнa тeм, ктo иx знaeт, и нe нужнa тeм, кoму xoчeтся пoнять смысл тeрминoв 2D и 3D шумoпoдaвитeлeй. Oцeнить этo oчeнь слoжнo, нo “бeсплaтнo” и этa функция нe рaбoтaeт. Aдaптивнaя пoдсвeткa мeняeт свoю мoщнoсть, в зaвисимoсти от отражения. И еще. Помните, каждая полезная функция запросто может навредить при решении конкретной задачи. Если нарушитель движется на камеру с ИК подсветкой в темноте, то вдали он “мелковат” и не очень виден в темноте, вблизи он “крупный”, но пересвечен и тоже плохо различим. При приближении нарушителя к камере, мощность подсветки уменьшится и мы сможем рассмотреть нарушителя “во всей красе”. 3D подавление шумов. Поэтому буду очень краток. Расчеты производятся не только для одного кадра, а для нескольких последовательных кадров, что позволяет более точно выделить шум, ведь он меняется и во времени и так его легче отследить. До сих пор не удалось придумать алгоритм одновременного сопровождения нескольких целей одной поворотной камерой, вот и в случае адаптивной подсветки, она не сможет работать одновременно по группе нарушителей, находящихся на разных дальностях от камеры. Эта технология считается более современной и более эффективной. Как многие замечали, работа подсветки от одного источника (пусть там много ИК светодиодов, но они все в одном месте) редко бывает идеальной. 2D подавление шумов.
Весьма часто, камеры с функцией “День/Ночь” имеют встроенную ИК подсветку. Это тоже может создавать определенные проблемы. Дело в том, что, в большинстве случаев, используются достаточно дешевые и простые объективы. Работа с ИК подсветкой У таких объективов разные фокусные расстояния для видимого света и ИК диапазона и, при работе ИК подсветки, изображение может оказаться нерезким. Чтобы избежать этого, вместо вырезающего ИК фильтра можно механически вставить стеклянную линзу компенсации фокусного расстояния (делают достаточно часто, показано на предыдущем рисунке) или использовать специальные объективы (встречается немного реже, они недешевы), имеющие одинаковое фокусное расстояние для видимого и ИК диапазонов.
Такое решение еще интереснее, переключение камеры и прожектора в черно-белый режим и обратно будут синхронными и вы не получите ситуации, когда камера уже перешла в ночной режим, а прожектор еще не включился, или наоборот. Полезность компенсации яркой засветки, думаю, многим очевидна. Однако, при установке системы телевизионного наблюдения в холле здания со стеклянным входом, учтите, что, включив такую функцию, вы лишитесь возможности видеть улицу. Кроме того, оно будет хуже сжиматься в видеорегистраторах, объемы архивов могут прилично возрасти. Такое покрытие отражает падающий свет строго в обратном направлении, угол рассеивания отраженного света весьма мал. Крутизна фронтов сигнала увеличивается и вы видите более четкую картинку, чем она была бы без коррекции четкости. Если яркие участки исключить из расчета средней яркости, детали в темных тонах будут лучше различимы. Смещение таблицы или матрицы на 0,5 пикселя в сторону могут вызывать весьма приличную ошибку измерения, которая, конечно же, зависит и от самой таблицы, от количества линий в клине и от массы других факторов. Когда в поле зрения камеры находятся очень яркие участки, они влияют на эту отработку и настройка затвора или диафрагмы по средней яркости приводит к неразличимости деталей в темных участках. Так что, решайте сами, когда столь полезную и вредную функцию надо использовать, а когда нет. Темнеет, камера дает себе команду убрать фильтр. Любой желающий может это проверить по отражению света фар автомобиля от дорожных знаков и указателей, там применяется такое же покрытие. “Темно”. Все вы прекрасно знаете, что камера отрабатывает уровень освещенности, меняя значение выдержки электронного затвора или управляя диафрагмой объектива. Режим повышенной чувствительности (часто встречается название “Sense-Up”) Еще одни “грабли” могут ждать желающих определять номера автомобилей. Номер автомобиля покрыт светоотражающей краской, правильнее даже “имеет световозвращающее покрытие”. Попадаются и камеры с возможностью внешнего переключения режимов, тогда сигнал переключения можно брать от ИК прожекторов (в некоторых прожекторах этот сигнал формируется и его можно использовать). Наверняка, многие использовали при обработке изображений на ПК такие функции графических редакторов для улучшения четкости картинки. Не переборщите с использованием корректоров четкости. В среднем, ошибку измерений по типовой таблице можно считать достигающей 10%, но она, конечно, зависит от используемой испытательной таблицы, от количества линий в клине. Там, как правило, всегда светлее и компенсация яркой засветки просто закрасит все изображение улицы серым цветом. Что в этом случае произойдет с “правильной” камерой “День/Ночь”, имеющей встроенную ИК подсветку или работающей с ИК прожектором? Если камера имеет ИК подсветку, то ИК свет отразится от номера в направлении камеры, номер для камеры будет слишком ярким и функция компенсации яркой засветки благополучно закрасит его серым цветом (номер станет неразличим). Однако, давайте помнить, что количество пикселей в матрице корректоры четкости не изменяют, а просто искажают сигнал так, чтобы проще было рассмотреть линии испытательного клина. Во-первых, сама точность измерения сейчас не слишком высока. Матрица получает мощный сигнал от ИК подсветки. Этим и занимается функция компенсации яркой засветки. И не забывайте, включая корректор четкости и увеличивая уровень усиления слабых сигналов, вы повышаете контраст мелких деталей и изображение может сильно “рябить” вызывая утомление глаз. Конечно, регулировка уровня компенсации во многих камерах имеется, но она не спасет, на улице днем светлее, чем в помещении. За счет применения корректоров четкости (иногда эту функцию называют на иностранный манер “шарпинг”) удается добиться результатов измерений разрешающей способности (на матрицах с высоким разрешением) до 580-600 твл. Одной из основной ошибок измерения является то, что линии клина могут попадать как на пиксели матрицы, так и “между ними”. Чтобы камера переходила в монохромный режим, она должна знать, когда это делать.
При переходе в монохромный режим выключается лишь сигнал цветности, что дает несущественную прибавку к чувствительности камеры (по оценкам разных специалистов, примерно 20-50%). Когда разработчики видеокамер решили создать камеры, обладающие преимуществами как цветных, так и монохромных моделей, они использовали (в основном) два способа. Но за использованием ИК диапазона кроется и серьезный недостаток – искажение темных цветов на изображении. Дело не только в том, что над пикселями матриц цветных камер установлены цветные фильтры, основная причина пониженной чувствительности цветных камер – наличие фильтра, вырезающего ИК диапазон. Такие камеры часто называют TDN (True Day/Night) – “правильные” день/ночь или указывают наличие ICR (Infrared Cut Filter Removable) – убираемый вырезающий ИК фильтр. Наверное, ни для кого не секрет, что использование монохромных камер (часто их называют черно/белыми) и цветных камер имеет свои преимущества и недостатки. Вот на таких камерах мы и видим искажения цветов. По оценкам большинства специалистов, использование ИК диапазона позволяет повысить чувствительность камер в 2-3 раза. И, наверняка, многие обращали внимание, что у одних камер цветопередача нормальная, а другие камеры показывают черные костюмы как синие, черные замшевые туфли как зеленые и так далее. Компенсация фокуса для ИК диапазона Во втором случае, камеру взяли “не очень правильную”, у которой вырезающего ИК фильтра, можно считать нет. Зато, цена такого решения получается гораздо ниже. Цветные камеры более информативны, но обладают меньшей чувствительностью, что ограничивает их применение в условиях недостаточной освещенности. Наверняка, многие читатели бывают на выставках, где на стендах разных компаний висит множество работающих камер. Если кого-то удивляли цветные видеокамеры с ИК подсветкой, там примерно та же история, там тоже “неполноценный” вырезающий ИК фильтр. Почему это происходит?
Может, есть другой способ? Ведущие производители (такие как Sony и Panasonic) даже называют ее по-разному. Человек в центре кадра будет виден лучше, но изображение улицы мы совсем потеряем. И сложить эти изображения в выходном сигнале, что позволит лучше видеть на экране детали в светлых и темных участках изображения. Практически все догадываются или знают, что матрице видеокамеры зачастую не хватает динамического диапазона, особо это проявляется в типовых условиях наблюдения людей на входах в аэропорты, офисы и другие здания со стеклянными входами. Если света слишком мало, не хватает созданных падением света зарядов, если света слишком много, заряды “переливаются” через края потенциальной ямы в специальный дренаж. DNR – Digital Noise Reduction (Цифровое подавление шумов) Все бы хорошо, только такие матрицы увеличивают стоимость камер примерно на 30%. Для ее реализации были разработаны специальные матрицы, часто их называют матрицы с двойным сканированием или с двойной плотностью. Если говорить честно, то эта функция не нова. Свет с улицы создает сильную засветку, затвор или автодиафрагма настраиваются на средние значения яркости по полю кадра, но светлое изображение улицы теряет различимость в самых ярких участках, а люди в помещении слабо различимы в тени. Так что и в этом случае мы имеем и плюсы и минусы обоих решений. Такая гамма коррекция поддерживается пока далеко не всеми новыми камерами. Что ж, для многих задач записи видео на регистраторы этого достаточно, но смотреть в реальном времени может быть неприятно. Действительно, у потенциальных ям матриц не хватает объема. На обычных матрицах делаются два снимка с разными выдержками, только скорость вывода информации падает в 2 раза, до 25 полей в секунду. Вот тут и приходит на помощь функция расширенного динамического диапазона.
Пояснения будут даны весьма упрощенно, однако, будем надеяться, что это не помешает пониманию работы функций видеокамер, а главное – пониманию особенностей их применения. Вот уже несколько лет, как на многих семинарах приводится эта информация, однако вопросы у установщиков и заказчиков, по-прежнему, остаются. В настоящей публикации, еще раз будут повторены известные вещи, с целью систематизации знаний по функциям, которые есть практически в каждой современной камере. Видеокамеры “День/Ночь”
При дрожании камеры, изображение смещается в противоположном движению направлении, в памяти видеокамеры, исключая смещение этого изображения между полями. Зачастую, объективы видеокамер создают затенения по углам изображения. Особенно это характерно для варифокальных объективов при установке максимального угла обзора. В реальности, изображение на правой картинке должно быть крупнее. Рекламируется оптическая стабилизация изображения, когда одна из линз объектива, или, реже, матрица двигаются для компенсации перемещения фотоаппарата или камеры. Однако, для смещения картинки нужен запас по полям. И?… Правильно, ухудшение разрешающей способности, поскольку используется только центр изображения, формируемый меньшим количеством пикселей матрицы. Как и у каждой функции, у этой есть свои плюсы и минусы. WDR – Wide Dynamic Range (Расширенный динамический диапазон) Я сознательно оставил “родную” неправильную иллюстрацию. В нашей отрасли такое решение слишком дорого, поэтому используют цифровую стабилизацию изображения. Функция компенсации затенения объектива выравнивает среднюю яркость в углах изображения. Чтобы исключить появление черных полос по бокам, используется средняя часть изображения, а поля остаются для резерва при перемещении изображения в памяти камеры.
LSC – Lens Shadow Compensation (Режим компенсации затенения объектива) Так и делают, суммируя до 500 кадров. В ней используются методы накопления отраженных от цели сигналов. При большом количестве суммируемых полей мы можем вообще не увидеть на стоп кадре быстро движущихся объектов. Значение чувствительности таких камер будет иметь много нулей после запятой. Можно ли с ними бороться. Мне ближе радиолокация, по моему базовому образованию. Есть только одна загвоздка – любой движущийся объект будет восприниматься как нечто близкое к шуму, идущий человек (в лучшем случае) будет выглядеть как призрак и на изображении ночного города мы увидим только призраки автомобилей, но не сами движущиеся автомобили. Как бы всем хотелось, чтобы видеокамеры показывали изображение в полной темноте и без подсветки. С шумами – очень трудно, а вот с их влиянием можно. В самом деле, если отраженные сигналы отличаются не сильно, они суммируются по амплитуде, которая растет в количество суммирований раз. В таких случаях суммирование происходит по мощности, которая пропорциональна квадрату напряжения. Режим повышенной чувствительности не пригоден для наблюдения за быстро движущимися объектами. Как это можно использовать в видеонаблюдении? Можно суммировать поля изображения (это половинки кадров).