Nowoczesne technologie w kamerach CCTV

Na rynku znaleźć można bardzo dużo kamer do monitoringu. W ninejszym artykule omówiono technologie w kamerach CCTV. Głównie rozróżniamy je na podstawie obiektywu, rozdzielczości, prędkości nagrywania oraz obsługiwanych standardów. Drugi podział to ich budowa, gdzie wyróżniamy kamery kopułkowe, tubowe, obrotowe, kompaktowe, Wi-Fi i specjalne. Jednak przeglądając opisy, zdjęcia oraz specyfikację techniczną tych urządzeń trafiamy na różne skróty, które często nie są dla nas zrozumiałe. Niemniej wpływają one na funkcjonalność danej kamery. Mamy tu na myśli takie pojęcia, jak WDR, DNR, BLC i wiele innych. W tym artykule przybliżymy Wam i objaśnimy kilka najważniejszych.

Jakie pojęcie kryje się pod skrótem WDR? Czemu w specyfikacjach kamer telewizji przemysłowej pojawia się 2 lub 3 DNR? Jak na jakość obrazu wpływa technologia HLC oraz BCL? Każda nowoczesna kamera CCTV wyposażona jest w systemy, które ją wyróżniają. Poniżej przedstawiamy technologie w kamerach CCTV.

WDR – Wide Dynamic Range

Szeroki zakres dynamiki. W skrócie polega na naświetlaniu obrazu oraz na dynamicznej zmianie wartości niedoświetlonych i prześwietlonych pikseli monitorowanych scen, w celu ich uwidocznienia. Pozwala to na dokładne rejestrowanie sceny z jednolitym poziomem światła, mimo dużych kontrastów.

Na czym jednak polega funkcja WDR dokładnie. Obraz z kamer CCTV skierowanych na drzwi lub okno może być w niektórych miejscach prześwietlony, a w innych zbyt ciemny. Żeby kamera mogła uzyskać lepszy obraz musi to zrekompensować. Taką funkcjonalność gwarantuje wyposażenie urządzeń w technologię WDR. Kompensację światła dokonuje migawka kamery. Urządzenie wykonuje dwa zdjęcia, wykorzystując różne czasy otwarcia. Łączenie obu obrazów pozwala uzyskać spójnie oświetlony, kontrastowy widok.

Na ciemniejszym zdjęciu dostarcza więcej światła rozjaśniając zaciemnione obszary. W jaśniejszym ilość dostarczanego światła jest mniejsza, dzięki czemu zbyt jasny obraz jest przyciemniany. W ten sposób kontroluje ilość światła z zewnątrz w celu uzyskania skompensowanego obrazu. Prędkość zamknięcia migawki jest większa, kiedy obszar jest jaśniejszy. Czujnik jest krócej wystawiony na działanie światła. Natomiast kiedy obszar jest ciemniejszy czas otwarcia migawki jest dłuższy, a czujnik wychwytuje światło przez dłuższy czas.

Technologia WDR funkcjonuje również pod nazwą True WDR. Obok niej możemy spotkać również technologię Digital WDR (DWDR). Cyfrowy WDR działa przy użyciu techniki kompensacji programowej. Techniczny proces zostaje zastąpiony przez kompensację cyfrową. Zamiast dwóch nakładających się na siebie obrazów, powstaje pojedynczy, który jest automatycznie retuszowany cyfrowo. Mimo, że finalnie kamery WDR są droższe to uzyskiwany obraz (wydajność przetwarzania obrazu) pozwala na osiąganie lepszych wyników.

Technologia WDR bardzo dobrze sprawdza się np. kiedy kamera umieszczona wewnątrz budynku skierowana jest na zewnątrz. Stosuje się je również, kiedy kamera musi być skierowana na okna, przeszklone drzwi, gdzie pojawia się wiele odbić. Czyli wszędzie tam, gdzie mogą wystąpić obszary o problematycznym oświetleniu, które mogą naruszać bezpieczeństwo.

DNR – Digital Noise Reduction

Cyfrowa redukcja szumów. Jest to funkcja szczególnie istotna w trudnych warunkach oświetleniowych. Pozwala na usuwanie szumów pojawiających się w obrazie przy dużym wzmocnieniu sygnału.

Żeby jednak wyjaśnić na czym polega technologia DNR konieczne jest wyjaśnienie, jak szum wpływa na pracę kamery przemysłowej. Powoduje on zakłócenia, które widzimy na nagraniu jako czarno-białe ziarna. Problem ten nie występuje w dzień, kiedy to poziom oświetlenia jest duży. Dzięki temu kamera może stworzyć obraz z bardzo małym szumem. Jednak kiedy obraz jest nieodpowiednio naświetlony staje się bardzo widoczny. Dodatkowo szum utrudnia kamerze rozróżnianie różnych kolorów / kontrastów. Wpływ na powstawanie szumu mogą mieć również pobliskie zakłócenia zasilania, ciepło lub algorytmy urządzenia.

Szum wywoływany z zewnętrz wpływa również na inne rzeczy, o których mniej piszę się przy okazji systemów telewizji przemysłowej CCTV. Po pierwsze szum wideo zwiększa rozmiar pliku, ponieważ rejestrator nagrywa obraz oraz powstały szum. Po drugie szum wideo wyzwala detekcję ruchu, jeśli rejestrator jest skonfigurowany do korzystania z funkcji wykrywania ruchu. Może to powodować fałszywe alarmy, irytujące wiadomości e-mail z automatycznego systemu powiadamiania i powodować skargi dotyczące zużycia pamięci.

W celu redukcji szumu i uzyskania lepszej jakości obrazu wykorzystuje się dwa rodzaje cyfrowej redukcji szumów: 2D DNR oraz 3D DNR.

Różnica pomiędzy 2D DNR a 3D DNR

2D DNR to mechanizm obejmujący analizę pojedynczych kratek, który działa poprzez analizowanie pikseli w ramce i porównywanie ich w ramach ogólnej sekwencji. Następnie kamera wyszukuje wszystko, co nie wygląda na spójne i koryguje to. Jest to metoda skuteczna, jednak ma również wady. Może np. powodować rozmycie (smugi), kiedy na kamerze występuje ruch. Wpływa to na klarowność i jakość wideo oraz utrudnia nadzór nad śledzonym obszarem.

3D DNR jest to technologia przestrzennej redukcji szumów. Porównuje ona poszczególne klatki, jak ma to miejsce w systemie 2DNR. Następnie używa algorytmu do porównywania klatek ze sobą. W porównaniu z technologią 2D DNR ma kilka wyraźnych zalet. Przede wszystkim działa znacznie lepiej w usuwaniu szumów z filmów o słabym oświetleniu. Również dużo lepiej sprawdza się też w przypadku ruchu uchwyconego w kadrze wideo, a nawet szybko poruszające się obiekty pozostaną wyraźne i bez rozmycia ruchu. Dzięki kontroli poprzez algorytm kamera znacznie lepiej radzi sobie z filmami o wysokiej rozdzielczości, nawet w nieodpowiednich warunkach oświetleniowych.

AGC – Auto Gain Control

Automatyczne wzmocnienie sygnału. Najprościej ujmując to funkcja wzmocnienia sygnału wyjściowego kamery. Obraz zostaje rozjaśniony przy słabym świetle, a w pomieszczeniach ze zmiennym oświetleniem ciemniejsze elementy zostają również rozjaśnione.

Technologia AGC sztucznie zwiększa zakres dynamiki żeby zapewnić wyraźny i użyteczny obraz. Kamera automatycznie wzmacnia temperaturę obrazu. Dostosowuje ją do warunków oświetlenia, tak aby kolory takie jak biały i beżowy mogły zachować naturalne ciepło i chłód.

Główną zaletą kamer wyposażonych w technologię automatycznego wzmocnienia sygnału jest zapewnienie wysokiej jakości obrazu nawet przy braku lub częściowym oświetleniu (w znacznie gorszych warunkach oświetleniowych). AGC sztucznie wzmacnia zakres dynamiczny, jednak nie tylko użytecznych danych na obrazie, ale również może prześwietlać tło. Oznacza to, że im bardziej wzmocniony będzie obraz, tym więcej będzie widocznych szumów i tym gorsza będzie jakość obrazu.

BLC – Backlight Compensation

Kompensacja światła wstecznego. Funkcja ta odpowiada za utrzymanie optymalnej jasności wszystkich elementów obserwowanej sceny. Umożliwia obserwację obiektów znajdujących się na silnie oświetlonym tle.

Podczas rejestracji obrazu z kamery przemysłowej często mamy do czynienia z sytuacją, w której do rejestrowanego pomieszczenia wpada światło z okien, drzwi wejściowych lub bramy garażowej. Kamera przechwytuje całe naturalne światło, powodując przyciemnienie obiektów i osób na pierwszym planie i usunięcie szczegółów obrazu.

Technologia BCL kompensuje tyle oświetlenie, optymalizuje obraz z kamery w celu zwiększenia ekspozycji na światło w zaciemnionych obszarach, dzięki czemu obiekty wydają się bardziej naturalnie oświetlone, a szczegóły wyraźniejsze. Niestety technologia BCL wzmacnia również obszary dobrze naświetlone, przez co te obszary mogą wyglądać na bardzo jasne lub całkowicie białe.

HLC – Highlight Compensation

Kompensacja światła reflektorów. W skrócie to funkcja pozwalająca zrównoważyć prześwietlone elementy obrazu. Eliminując możliwość łatwego oślepienia kamery silną wiązką światła, idealnie nadając się do odczytywania tablic rejestracyjnych samochodów.

Technologia HLC szczególnie przydatna jest w nocy, kiedy to silne źródła światła mogą przysłaniać część obrazu. Dzięki zastosowaniu tej technologii kamera automatycznie wykrywa silne źródła światła i zmniejsza ekspozycję, znacznie poprawiając wyrazistość jasnych obszarów

Technologia HLC, szczególnie sprawdza się w systemach telewizji przemysłowej zamontowanych na parkingach samochodowych, gdzie z łatwością za jej pomocą możemy odczytać numery tablic rejestracyjnych. Technologii HLC nie zaleca się do stosowania wewnątrz pomieszczeń, gdzie nie wpływa na poprawę wyrazistości przyciemnionych obiektów pierwszego planu.

AWB – Automatic White Balance

Automatyczny balans bieli. W prostym wyjaśnieniu to funkcja pozwalająca na automatyczną redukcję koloru wyjściowego. Ma to na celu dostosowanie kolorów do naturalnych barw w przypadku światła o różnej temperaturze barwowej.

Ludzkie oko automatycznie dostosowuje zmienne warunki oświetleniowe i dokonuje korekt bieli i koloru. Kamera telewizji przemysłowej tego nie potrafi. Musi znaleźć punkt odniesienia, którym jest kolor biały. Następnie wykonuje korektę wszystkich pozostałych kolorów w oparciu o punkt odniesienia bieli. Dla przykładu, jeżeli ściana ma być biała, wówczas odpowiednio dostosuje wszystkie inne kolory w scenie.

Większość kamer CCTV wyposażona jest w automatyczny balans bieli, dzięki któremu kamera sprawdza ogólny kolor obrazu i oblicza najlepiej dopasowany balans bieli. Niestety wiele kamer często się myli, zwłaszcza jeśli scena jest zdominowana przez jeden kolor lub jeśli w scenie nie ma naturalnej bieli. Nieprawidłowy AWB może tworzyć brzydkie niebieskie, pomarańczowe, a nawet zielone poświaty, które są bardzo niedokładne.

Ze względu na wady technologii AWB, część kamer, szczególnie w tych droższych modelach wyposażona została w technologię ATW (Auto-tracking White Balance). Urządzenia z funkcją automatycznego śledzenia balansu bieli mają w ustawieniach wbudowaną stałą wartość odniesienia balansu bieli. Dzięki temu, nawet jeśli w scenie nie ma bieli, kamera będzie w stanie wyświetlić prawidłowe kolory.

AES – Automatic Electronic Shutter

Automatyczna migawka. Opcja wydłuża czas otwarcia migawki. Pozwala zachować przejrzystość i czytelność rejestrowanego obrazu w środowisku dynamicznych zmian oświetlenia.

Technologię AES wykorzystuje się w kamerach, w których przysłona pozostaje nieruchoma, umożliwiając zmianę szybkości migawki w zależności od światła, co pozwala uzyskać obraz wyjściowy na najlepszym możliwym poziomie.

Dzięki zastosowaniu AES przysłona automatyczne dostosowuje się do zmieniających warunków oświetleniowych bez konieczności ręcznej kalibracji. Wraz ze wzrostem czasu otwarcia migawki zmniejsza się ilość światła przechodzącego przez obiektyw i zmniejsza się czułość przetwornika. Skrócone otwarcia migawki zwiększa ilość dostarczanego światła. Na przykład, w przypadku szybko poruszających się obiektów czas otwarcia migawki można również zwiększyć, aby uzyskać „efekt zamrożenia”.

Smart IR

Technologia inteligentnego IR sprawia, że kamera automatycznie dostosowuje natężenie światła IR. Dzięki jej zastosowaniu eliminuje się efekt prześwietlenia w trybie nocnym.

Podczerwień (IR) w kamerach CCTV umożliwia rejestrowanie wyraźnego obrazu nawet w nocy lub w innych sytuacjach, w których poziom światła widzialnego jest niski lub go brak. Kamery wyposażone w technologię IR pracują wykorzystując matryce LED, które oświetlają pole widzenia światłem podczerwonym. Coraz więcej kamer wyposażonych jest w IR dalekiego zasięgu. Niestety takie rozwiązanie ma wadę. Zależy od wysokiej intensywności podczerwieni, przez co obiekty znajdujące się zbyt blisko diody LED są prześwietlone, dlatego nie można dostrzec szczegółów (twarzy, tablic rejestracyjnych). Rozwiązaniem jest zastosowanie technologii Smart IR.

Dzięki niej w kamerach przemysłowych, urządzenia automatycznie dostosowują intensywność świecenia w podczerwieni. Pozwala to skompensować odległość od obiektu, tak aby podczerwień go nie prześwietlała.

Jest to odpowiedź na problemy, jaki pojawiają się w kamerach ze standardowymi diodami IR, które prześwietlają cześć obrazu, tak jak np. twarz, gdy znajduje się ona zbyt blisko diod podczerwieni.

Rezultatem wprowadzenia funkcji Smart IR jest większa skuteczność w wymagających zastosowaniach, takich jak identyfikacja osób lub numerów tablic rejestracyjnych pojazdów w warunkach słabego oświetlenia.

FLC – Flickerless

Technologia blokuje czas ekspozycji na 1/120 sekundy. Pozwala to na usunięcie migotania obrazu w pomieszczeniach, które oświetlane są przy użyciu światła jarzeniowego. Kamery wyposażone w technologię FLC posiadające czas naświetlania 1/50 s nie sprzęgają się z migotaniem świetlówek, które zasilane są napięciem zmiennym o częstotliwości 50 Hz.

Podsumowując: Wszystkie technologie w kamerach CCTV to funkcje wpływające na poprawę jakości przesyłanego obrazu. Wpływ na jakość mają zmieniające się warunki atmosferyczne, pory dnia, ale również umiejscowienie urządzeń i szum generowany z źródeł zewnętrznych. Dlatego bardzo ważne jest żeby zakupów dokonywać w sposób przemyślany, szczególną uwagę zwracając na jakość strumienia obrazu.

Skontaktuj się z nami, aby poznać całą ofertę. Produkty z zakresu monitoringu dostępne są w naszym sklepie wideodomofony24.pl.