Analiza celor mai importante funcții digitale
Camerele pentru supraveghere video pot prezenta o serie de funcții digitale, care îmbunătățesc experiența utilizatorilor cu acestea, redând imagini de o calitate superioară. Cele mai importante funcții digitale:
- WDR – Wide Dynamic Range
- BLC – Back Light Compensation
- HLC – High Light Compensation
- DNR – Digital Noise Reduction
- AWB – Auto White Balance
- ATW – Auto Tracing White Balance
- AGC – Automatic Gain Control
- AES – Automatic Electronic Shutter
WDR – Wide Dynamic Range
Este evidentă necesitatea utilizatorilor de a fi în măsură să identifice cu exactitate persoanele, obiectele, autovehiculele și diferite activități desfășurate într-un mediu cu diferite condiții de iluminare. Camerele standard ajustează sursa de lumină din imagine, făcând ca detaliile din zona întunecată să fie greu de identificat. De aceea, este necesară alegerea unor camere care să fie capabile să identifice elemente atât în condiții de iluminare puternică, cât și în condiții de iluminare scăzută sau întuneric.
WDR este metoda folosită pentru a ajusta independent zone multiple de expunere, încât să poată fi redate toate detaliile importante din imagine.
Există două soluții de bază folosite pentru această funcție:
1. Formarea imaginii multicadru – camera surprinde mai multe versiuni ale câmpului vizual, fiecare cu un timp de expunere diferit.
2. Senzori neliniari – aceștia sunt sezori logaritmici, care se declanșează în funcție de diferire niveluri de iluminare din zona monitorizată. Această variantă este diferită doarece permite formarea imaginii într-un singur cadru.
Situații tipice de utilizare a acestei funcții digitale:
-
- Supravegherea intrărilor prin care pătrunde lumina naturală, iar luminozitatea din interiorul incăperii este scazută. Ca exemplu, această situație se regăsește frecvent în retail sau clădirile de birouri
- Intrarea în garaje auto, parcări subterane, tuneluri, unde de asemenea este lumină naturală la exterior și zone întunecate în interior
- În supravegherea publică, transporturi, supravegherea perimetrală și alte zone exterioare, unde părți ale scenelor monitorizate sunt în raza de acțiune a luminii, iar alte scene sunt în zone întunecate
- Când autovehicule cu faruri puternice rulează direct spre cameră
- În zone unde există diverse lumini ce se reflectă, cum ar fi cazul clădirilor de birouri sau a centrelor comerciale
BLC (Back Light Compensation) și HLC (High Light Compensation)
Înregistrarea unei scene de interior cu fundal puternic luminat, cum ar fi lumina soarelui, poate fi o sarcină dificilă pentru orice cameră de supraveghere video. Acest lucru apare din cauză că senzorii camerelor nu se comportă precum ochiul uman, întâmpinând dificultăți în a reproduce zone cu iluminare diferită.
Cel mai întâlnit exemplu îl reprezintă supravegherea unui subiect aflat în fața unei ferestre pe care pătrunde lumina puternică de afară. În acest caz, camerele standard ajustează sursa de lumină în funcție de media intensității luminii de pe întreaga suprafață monitorizată. În consecință, detaliile din exterior vor fi reproduse în mod clar, dar subiectul din fața ferestrei va fi subexpus și redat întunecat.
Principala caracteristică a acestei funcții digitale constă în faptul că permite automat camerei să ajusteze expunerea pe suprafața întregii imagini, încât subiectul să fie afișat clar și neîntunecat. În schimb, zonele luminoase sunt supraexpuse, iar detaliile din această zonă sunt redate neclar.
Dacă BLC ajustează expunerea pentru a reda corespunzător zonele întunecate, HLC permite camerelor de supraveghere video să identifice zonele cu luminozitate ridicată, compensând expunerea pe aceste zone, încât să poată fi redate imagini clare. Cea mai frecventă utilizare a acestei funcții digitale este citirea plăcuțelor auto pe timp de noapte, când autovehiculele au farurile aprinse sau în cazul supravegherii parcărilor auto pe timp de noapte.
DNR (Digital Noise Reduction)
Orice dispozitiv electronic care transmite sau primește semnal generează zgomot. În general, camerele cu rezoluție mai mare sunt mai sensibile la zgomot, deoarece pixelii de pe senzorul de imagine au o dimensiune mai mică și de aceea colectează mai puțină lumină. Astfel, sunt mai multe șanse să apară erori în momentul conversiei luminii în semnale electrice.
Zgomotul de imagine este o interferență în semnalul video și se afișează ca zone cu aspect granulat. Poate fi cauzat de condiții de iluminare scăzută, de căldură sau suprapuneri la sursa de energie. DNR este o tehnologie care ajută la eliminarea zgomotului de imagine prin aplicarea unui filtru de tip “pieptene”. Astfel, imaginea devine clară, iar dimensiunea înregistrării se reduce.
- Filtru 2D (bidimensional) reduce zgomotul de imagine cauzat de condițiile de lumină. Uneori acesta este influențat de mișcarea elementelor din cadru, afișând urme difuze
- Filtru 3D (tridimensional) reduce eficient zgomotul de imagine atât din zonele statice, cât și din cele dinamice
Aceste tehnologii de reducere a zgomotului pot fi împărțite în două categorii – spațiale și temporale:
| Analizează un singur cadru al imaginii pentru a identifica pixelii cu probabilitate ridicată să creeze zgomot de imagine | Analizează mai multe cadre în ordine pentru a identifica pixelii cu probabilitate ridicată să creeze zgomot de imagine | |
| Nu redă umbre cauzate de mișcare | Foarte eficient în reducerea zgomotului de imagine | |
| Mai puțin eficient în reducerea zgomotului de imagine față de tehnologia temporală. Poate produce umbre la nivelul muchiilor obiectelor | Redă umbre dacă există mișcare în zona monitorizată |
În concluzie, reducerea zgomotului de imagine îmbunătățește nu doar calitatea imaginilor înregistrate în condiții de iluminare scăzută, dar în același timp reduce dimensiunea înregistrărilor video, reducând necesarul de stocare și lățimea de bandă utilă pentru streaming video.
AWB (Auto White Balance) și ATW (Auto Tracing White Balance)
Spre deosebire de ochiul uman, camerele nu au capacitatea de a se adapta la temperaturi de culoare diferite, cauzate de medii și surse de lumină variate. Astfel, de fiecare dată când acționează o sursă de lumină diferită, camera trebuie reglată pentru a reda cât mai corect imaginile înregistrate. În caz contrar, culoarea unui obiect nu va arăta la fel când sursa de lumină variază. Acest aspect se corectează prin echilibrarea albului din zona înregistrată, încât toate obiectele albe să fie afișate astfel. Restul culorilor vor fi afișate corespunzător odată ce albul este reprodus corect.
Ajustarea manuală a albului necesită abilități și cunoștințe tehnice, iar în plus, poate ocupa mult timp. De aceea, camerele profesionale au o funcție digitală, AWB, care permite ajustarea printr-o comandă simplă.
AWB este deseori confundată cu funcția ATW (Auto Tracing White Balance). În timp ce ATW este o funcție în totalitate automată care ajustează constant echilibrul de alb în funcție de schimbările de iluminare din zona monitorizată, AWB este conceput pentru a seta balansul de alb corect doar pentru un anumit mediu. Astfel, AWB-ul trebuie activat de fiecare dată când există o modificare de luminozitate în zona vizată. Deși acest lucru poate părea incomod, AWB-ul atinge un nivel mai ridicat de precizie, comparativ cu ATW.
AGC (Automatic Gain Control)
AGC este o funcție care permite înregistrarea de imagini clare în condiții diferite de iluminare. În situația în care nu poate fi capturată suficientă lumină chiar și cu lentila irisului complet deschisă, funcția AGC amplifică semnalul video, crescând și optimizând luminozitatea imaginii.
Funcția este de asemenea folosită acolo unde irisul lentilei nu poate fi controlat. În mod normal, camerele trebuie să aibă opțiunea de auto iris sau o variantă de a controla manual irisul, încât să se poată menține un nivel de expunere corect. De aceea, când aceste opțiuni nu sunt valabile, funcția AGC poate fi folosită pentru a obține luminozitatea corectă.
Funcția AGC amplifică semnalul creând imagini mai luminoase comparativ cu imaginea originală.
Pe de altă parte, trebuie menționat că un dezavantaj ala acestei funcții digitale este faptul că afectează negativ zgomotul de imagine, acesta crescând odată cu semnalul.
AES (Automatic Electronic Shutter)
Această funcție este utilizată atunci când camera este echipată cu un iris manual sau fix. Timpul de expunere răspunde la cantitatea de lumină recepționată pentru a menține semnalul de ieșire la nivel optim. AES permite schimbarea automată a timpului de expunere, fără a folosi lentile auto-iris.
Când AES este oprit, timpul de expunere este fix sau poate fi setat în pași (tipic de la 1/50 sec până la 1/100,000 sec). Când AES este activ, camera alege automat timpul de expunere optim.
Când timpul de expunere crește (senzorul se încarcă cu mai multă lumină) calitatea imaginii este considerabil îmbunătățită dar apare efectul de mânjire la obiectele în mișcare (scena se modifică în timpul expunerii).