О реализации освещения на объекте

on Середа, 24 вересня 2014.

    Реализация освещения на объекте – одна из наиболее сложных и ответственных задач в видеонаблюдении. По сути, от её выполнения напрямую зависит эффективность системы. Возникает вопрос: как выбрать нужный тип источника света, какие есть нюансы и параметры источников света, которые нужно помнить.

    Итак, основные моменты, которые не стоит оставлять без внимания:

  - Направленность источника. У нас есть 2 экстремума – точечный источник (с некоторым приближением – лампа накаливания) и лазер как наиболее направленный ичтоник. Логично использовать источник света с направленностью, равной направленности объектива – мы не будем терять мощности на освещение областей, которые не просматриваются камерой. Однако, стоит помнить, что для закрытых помещений это даст более резкую картинку с резкими же тенями – ведь дополнительное освещение объекта создается отраженным от стен светом.

  - Спектр излучения. Глаз человека наиболее привычен к солнечному спектру, т.е. «откалиброван» по цвету именно для такого спектра. Различные сенсоры камер имеют разную, но сходную по форме чувствительность по спектру, и она также сходна с чувствительностью глаза:

1

    Дневные цветные камеры имеют также встроенный фильтр, который не пропускает лишнюю часть ближнего ИК-диапазона. Теперь посмотрим на спектр излучения разных источников:

2

 

    Мы видим, что лампы накаливания достаточно близки по спектру к солнцу со сдвигом в красную область. Люминесцентые, ксеноновые – имеют большие пики и наименее естественны для восприятия. Появившиеся на так давно белые светодиодные фонари – очень хороший вариант, правда, они обойдутся дороже ламп.

    ИК против белого цвета. Зачастую возникает вопрос: «Что лучше поставить – ИК-фонарь или видимого диапазона?». Однозначно ответить на этот вопрос нельзя, всё зависит от обстоятельств. Примерно сравнить их можно по следующей таблице:

3

    Добавим, что ИК-прожектор работает только на камеру, в то время как белый – и для охраны тоже.

    И всё же, можно ли «посветить» ИК-прожектором для цветной камеры? Можно, ведь ИК-фильтр не имеет строго прямоугольной передаточной характеристики, но эффективность такого освещения будет под вопросом.

 

 

 

4

 

    На картинке – кадры ЧБ (вверху) и цветной камеры (внизу) при освещении разными источниками. Цветная камера тоже воспринимает ИК-излучение, но качества ждать не приходится. Дополним, что выдержка цветной камеры слева – 1с, справа – 1/6с.

    Ещё один момент: источник белого света дает большую резкость картинки даже на ночном черно-белом датчике. 

- Энегропотребление. Это параметр, который может сильно повлиять на стоимость эксплуатации системы. Наибольшее потребление имеют (увы) лампы накаливания – то есть, источники света с наиболее естественным спекткром излучения. Люминесцентные лампы позволят сэкономить 70 и более процентов электроэнергии, а светодиодные фонари и того больше. Но у них есть и свои минусы – у люминесцентных ламп гораздо «хуже» спектр, а ИК-фонари имеют гораздо большую стоимость. Однако, они окупятся позже во время эксплуатации системы.

- Атмосферные помехи. Одна из возможных ошибок – это подбормощности прожектора«по паспорту». Но стоит учесть, что далеко не всегда будут идеальные условия. Ветер, поднимающий пыль, дождь, снег, туман могут значительно уменьшить дальность подсветки, и потому необходимо предусмотреть запас по мощности.

    В общем, для каждого случая нужно делать выбор отдельно. В одном случаем не настолько важна цветопередача, в другом возникнет вопрос стартовой цены и так далее. Однако, зная фундаментальные характеристики, можно сделать определенный выбор и потом не пожалеть о нем.

    Теперь рассмотрим «принимающую сторону». В нашем случае это камера. Камера воспринимает поток света при помощи матрицы и формирует нужную картинку объективом.

    Так как освещенность варьируется в очень широких пределах, появляется необходимость управлять камерой с тем, чтобы получить как можно более качественную картинку. Это можно сделать 3-мя способами: 

  1. Управление диафрагмой. Необходим при использовании CCD-сенсора для его защиты. Недостатки – механическое устройство, склонное к отказу.

  2. Выдержка. Количество времени между последовательными считываниями сенсора. Управляется в очень широких пределах, но нужно помнить о некоторых моментах.

  3. Программное усиление. Позволяет увеличить яркость изображения при недостаточном освещении.

    Немного подробнее. Так как камеры MOBOTIXимеют CMOS-сенсор, который не нуждается в защите от избыточного потока света, подвижная диафрагма не используется. Также это позволяет увеличить надежность камеры за счет отсутсвия механических составляющих.

    Таким образом, остаются механизмы выдержки и программного усиления.

    Выдержка в камерах MOBOTIXможет регулироваться в пределах 1…1/8000с, однако нужно помнить об эффекте смазывания подвижных объектов.

5

 

 

    При больших выдержках за время, пока сенсор «открыт», объекты съемки успевают сместиться и будут нечеткими на записи. Для получения четкой картинки человека, идущего пешком, нельзя использовать выдержку больше 1/12с. Для бегущего – 1/30с. Если наблюдение производится за транспортом, максимальное время выдержки – 1/60с.

 

6

 

    На рисунке выше видно, что выдержки в 1/1с явно недостаточно даже для распознавания типа объекта. Если выставить время выдержки 1/30с, то объекты будут четче, однако количества света сократится, что придется компенсировать при помощи программного усиления. Главный недостаток программного усиления – вместе с полезным сигналом усиливается также и шум, и картинка получается более «грязной»:

 

7

 

    Таким образом, в зависимости от сцены, от того, насколько быстрые объекты нужно наблюдать, придется искать компромисс между этими двумя способами. В камерах MOBOTIXпредусмотрена регулировка баланса – какому способу отдавать предпочтение. Называется эта установка ExpositionProgram, она варьируется от -2 (предпочесть программное усиление) до +2 (предпочесть увеличение времени выдержки).

 

    Влияние освещенности на трафик с камеры.

8

    С постепенным уменьшением освещенности проявляется пик трафика. Это вызвано тем, что в работу включается программный усилитель, который вносит шум. Как известно, шумная картинка поддается сжатию гораздо хуже. Дальнейшее уменьшение потока с камеры объясняется тем, что даже программного усиления становится недостаточно, картинка теряет детализацию, появляются черные области, которые сжимаются хорошо. Данному эффекту гораздо больше подвержены цветные камеры за счет меньшей чувствительности, а также за счет более выраженного «цветного» шума.

    Знание основных моментов позволит создать оптимальное освещение на объекте и избежать проявления неприятных сюрпризов (или хотя бы уменьшить их количество) уже после монтажа и сдачи объекта в эксплуатацию.