Функция «день-ночь» в видеокамерах-взгляд изнутри
В настоящее время рынок систем видеонаблюдения переживает бурный рост. Крупные компании-производители охранного видеооборудования оперативно реагируют на тенденции развития потребительского спроса.
За последние годы значительно возрос интерес к цветной охранной видеотехнике. В немалой мере это вызвано снижением цен на такую продукцию и улучшением рабочих характеристик.
С развитием технологии производства ПЗС-матриц цветного изображения стало очевидным, что информативность цветной картинки намного выше, чем чёрно-белого изображения. К сожалению, чувствительность цветной видеокамеры долгое время оставалась достаточно низкой (примерно в 20 раз ниже, чем у аналогичных Ч/Б видеокамер). Поэтому цветные видеокамеры сложно было применять в условиях низкой освещенности (например, для уличного наблюдения в темное время суток).
Из-за низкой чувствительности цветных видеокамер (по сравнению с черно-белыми) при пониженной освещённости нарушается цветопередача и появляется эффект «зашумлённости».
Разработчики смогли решить эту проблему и предложили для цветных видеокамер функцию «День-Ночь».
О наличии функции «День-Ночь» в некоторых телекамерах цветного изображения заявляют почти все известные поставщики. Но не все подразумевают под ней одну и ту же технологию, позволяющую получать действительно качественное изображение во всех диапазонах освещения. Некоторые производители ограничиваются добавлением к обычной телекамере ИК-прожектора, указывая при этом минимальную освещённость камеры 0 люкс, и приписывают системе функцию «день-ночь», хотя реальный эффект от такой схемы весьма сомнителен для цветных видеокамер.
Необходимо пояснить, что спектральная чувствительность ПЗС- матрицы, входящей в состав цветной видеокамеры, значительно отличается от чувствительности человеческого глаза и смещена в ИК область спектра. Для обеспечения правильной цветопередачи в цветных видеокамерах применяют специальный фильтр, ограничивающий чувствительность ПЗС-матрицы в ИК-диапазоне спектра.
Однако наличие такого фильтра ограничивает световой поток, поступающий на ПЗС-матрицу. Это является одной из причин того, что цветные ПЗС-камеры менее чувствительны, чем монохромные.
К тому же применение ИК прожектора для таких цветных камер менее эффективно, чем для монохромных, поскольку, установленный на ПЗС-матрице, ИК фильтр не будет пропускать свет прожектора на матрицу.
Существует два различных типа фильтров: простой (несмещаемый) и с электромеханическим приводом (смещаемый).
Несмещаемый фильтр представляет собой пластинку, наклеенную на ПЗС-матрицу. Такой фильтр применяется во всех цветных камерах. При его использовании в телекамерах с функцией «день-ночь», уровень чувствительности в цветном и монохром режимах отличается не более чем в 2 раза. В таких камерах для перевода аппаратуры из режима цветного изображения в чёрно-белый применяются: фото-датчик, принудительное отключение цветового тракта и повышение коэффициента усиления в монохромном. Безусловно, такая схема работы имеет право на существование и применяется в малогабаритной аппаратуре, а так же в видеокамерах экономкласса.
К удачным моделям видеокамер такого типа, например, можно отнести следующие модели известных Тайваньских производителей Mintron и HiVision: MTV-63S10HP, MTV-83S75HP, MTV-53S10HP, уличная видеокамера ST-5122VF DN, поворотные камеры HSD-220, SLD-220.
| | |
В последнее время широкое распространение получили видеокамеры со встроенной ИК-подсветкой.
Однако, при работе в паре с ИК-прожектором (интегрированном или внешним) камеры «день-ночь» с несмещаемым ИК-непрозрачным фильтром работают не совсем корректно.
Как видно из рис. 1. в ночном режиме полностью теряется информация о цвете и части изображения разного цвета выглядят абсолютно одинаково. Конечно, цена таких камер гораздо ниже, чем цена камер с электромеханическим приводом фильтра.
ИК-непрозрачный фильтр с электромеханическим приводом представляет собой пластину, выводимую из оптической системы при помощи электромеханики (электродвигателем или электромагнитной системой). Здесь фильтр является подвижной частью и, при выведении из системы, на его место вводится светопрозрачный элемент. Это делается для того, чтобы не допустить расфокусировки изображения на ПЗС-матрице. При падении уровня освещённости до определённого порога светочувствительный элемент заставляет механику «заменить» фильтр на светопрозрачную пластину, одновременно электроника отключает цветовой тракт. Это позволяет достичь разницы чувствительности в цветном и монохромном режиме в 10 и более раз. Считается, что схема с механическим приводом ИК-непрозрачного фильтра является функцией «день-ночь» в классическом её представлении.
Уровень освещённости, при котором необходимо переключаться в ч/б режим или обратно, определяется при помощи фотодатчика или по уровню видеосигнала.
Для того чтобы не допустить хаотичного переключения из одного режима в другой, например, при кратковременной засветке объектива фарами автомобиля, в телекамерах со смещаемым фильтром введена задержка переключения.
Некоторые производители в камерах с функцией «день-ночь» применяют интегрированный ИК-прожектор в режиме постоянной работы. Это существенно сокращает срок его службы, так как ИК-светодиоды имеют определённый срок «жизни» и от постоянного использования перегорают. Но подобная схема включения ИК-прожекторов является скорее исключением, чем правилом, т. к. сейчас принято создавать систему, в которой ИК-подсветка автоматически включается в момент перехода телекамеры из цветного режима в чёрно-белый и выключается при обратном переходе.
Поскольку встроенный ИК-прожектор имеет небольшую дальность действия, часто используют видеокамеры с дополнительными внешними прожекторами. Большой опыт использования внешних ИК-прожекторов с видеокамерами Mintron с смещаемым ИК-фильтром (MTV-63S80PH, MTV63W9P и 63W5P) показал хорошие результаты.
Для повышения чувствительности камер применяются и другие технологии, например технология накопления заряда: StarLight, SenSup, DSS-Digital Slow Shatter и пр. Эта технология может применятся как сама по себе, в т. ч. и для ч/б камер MTV-14G5DHC, так и для цветных видеокамер с функцией «день-ночь». При этом у некоторых моделей в ночном режиме осуществляется переход в чёрно-белый режим (MTV-63S80HP, MTV-63V9HP, MTV-63W5HP), а у некоторых изображение остаётся цветным (MTV-64G5DHP, MTV-63W3HP, MTV-63V8HP).
Все перечисленные здесь модели фирмы Mintron относятся к видеокамерам высокого уровня. Кроме функции «день-ночь» и технологии накопления заряда в них заложены и другие важные инновационные технологические решения, такие как: схема повышения чёткости изображения, система динамического шумоподавления, система цветокоррекции для максимально правильной цветопередачи при использовании АББ, ручная установка электронного затвора (например для использования в системах распознавания автомобильных номеров), Super BLC, встроенный детектор движения и другие технологии.
Источник
Камеры с функцией «день-ночь»
Как говорится, есть спрос – готово предложение. Когда цветное видеонаблюдение стало набирать популярность, миру понадобилась функция ночной записи и записи в режиме плохого освещения, так была разработана и выведена на рынок функция «день -ночь».
Благодаря улучшению рабочих характеристик (в частности развития технологии ПЗС-матриц) съемка в отсутствии освещения стала не только возможна, но и доступна широкому сегменту рынка.
Камеры с ИК подсветкой
Технология «день -ночь» — это способ получения цветного изображения высокого качества при любом освещении, без нарушения цветопередачи.
Для незаметного и эффективного видеонаблюдения в ночное время суток требуются приборы подсветки, отличающиеся ударопрочностью и экономичностью потребления энергии. Речь идет об ИК (инфракрасной ) подсветке, характеризующейся наличием светодиодов узкого спектра инфракрасного излучения. Поэтому светодиоды ИК-подсветки характеризуются единой длиной волны, соответствующей максимальному излучению: 800, 845 и 870 нм или 940–950 нм. Однако первая группа излучений светодиодов приходится на видимую глазу (красную ) область спектра. Вторая группа уже не видна человеческому глазу и представляет собой наиболее оптимальную длину волны.
Для получения естественной цветопередачи в цветных камерах применяется фильтры, ограничивающие чувствительность ПЗС-матрицы в спектре ИК-диапазона. Но ограничение чувствительности означает ограничение светового потока, что заставляет цветные ПЗС-матрицы уступать в чувствительности монохромным.
Виды фильтров для цветных видеокамер с функцией «день -ночь»:
Существует всего два фильтра:
Простой (несмещаемый ) фильтр — это пластинка на ПЗС-матрицу, используется на всех цветных видеокамерах и позволяет изменить чувствительность в два раза, при этом для перехода устройства из цветного режима в чёрно-белый используется фото-датчик, провоцирующий отключение цветового режима и повышение коэффициента усиления в монохромном. Данная схема применяется в устройствах небольших габаритов и для видеокамер эконом класса.
Смещаемый (с электромеханическим приводом) фильтр – это пластина, выводимая из оптической системы при помощи электромеханики (при помощи электромагнитной системы или электродвигателем). Такой фильтр представляет собой подвижную часть и, при выведении из системы, его замещает светопрозрачный элемент, что позволяет сохранить фокус изображения на ПЗС-матрице. При изменении освещённости до обозначенного предела светочувствительный элемент принуждает механику произвести замену фильтра на светопрозрачный, при этом электроника отключает цветовой трек. Такой маневр позволяет достигнуть разницы чувствительности в цветном и монохромном режиме в 10 и более раз. Такая схема и называется функцией «день -ночь» в традиционном её понимании.
Источник
Особенности применения камер видеонаблюдения с функцией «день/ночь» с ИК-чувствительностью и электронным переключением между режимами
В последние годы очень широкое распространение получили телекамеры с функцией «день/ночь». Особенно актуальной эта технология стала с широким внедрением цветного видеонаблюдения, где типовые телекамеры цветного изображения при прочих равных условиях принципиально уступают в чувствительности черно-белым. Предмет нашего рассмотрения — наиболее простые и широко распространенные цветные телекамеры с этой функцией
Чувствительность особенно важна для наружного наблюдения, которое ведется в широком диапазоне естественной освещенности, вплоть до минимальных ее значений в ночное время. В настоящее время насчитывается уже около шести вариантов реализации технологии, ориентированных на решение данной задачи; каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Мы, как было сказано выше, остановимся на цветных телекамерах «день/ночь» с ИК-чувствительностью и электронным переключением между режимами.
В настоящее время насчитывается уже около шести вариантов реализации технологии, ориентированных на решение данной задачи; каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки
В силу массовости предложения подобных конструкций (особенно от производителей Южной Кореи, Тайваня и Китая) для многих потребителей эти телекамеры представляются чуть ли не единственным олицетворением технологии «день/ночь».
Очень часто подобные телекамеры с ИК-чувствительностью снабжаются встроенными автоматическими инфракрасными (ИК) осветителями. Ориентация таких камер на работу при малой освещенности с собственной подсветкой позволяет некоторым производителям нормировать их чувствительность в ночном режиме экзотическим и смелым термином «О люкс». В этом случае дальность наблюдения, по сути, практически ограничивается дальностью подсветки, поэтому без указания данной величины подобная терминология лишена смысла.
Характеристика спектральной чувствительности Режим «день/ночь» в камерах с ИК-чувствительностью реализован с использованием типовых цветных CCD или CMOS-матриц с более широкополосным срезающим ИК-фильтром. Благодаря этому матрицы имеют ИК-область спектральной чувствительности, практически эквивалентную той, что демонстрируют черно-белые матрицы, за счет чего и происходит рост интегральной чувствительности телекамеры.
Характеристика спектральной чувствительности телекамер всегда обусловлена тем или иным срезающим ИК-фильтром, приближающим ее к кривой видно-сти глаза
Необходимо отметить, что характеристика спектральной чувствительности телекамер всегда обусловлена тем или иным срезающим ИК-фильтром, приближающим ее к кривой видности глаза. Собственная же характеристика кремниевой структуры CCD или CMOS простирается далее в область ИК с максимумом около 900 нм.
Первоначально телекамеры с такими матрицами были заявлены как цветные телекамеры с «аномально» высокой чувствительностью Впоследствии, добавив систему отключения цветовой поднесущей, встроенную ИК-подсветку, а в некоторых моделях и увеличение усиления (глубины АРУ), производители стали предлагать эти телекамеры как камеры «день/ночь» начального уровня (Easy Day/Night). Подразумевается, что они представляют как бы «облегченный» или бюджетный вариант этой технологии.
Цветопередача К сожалению, расширение спектральной характеристики в область ИК не проходит бесследно для правильной цветопередачи. Наряду с некоторым естественным снижением цветности и смещением баланса белого на отдельных материалах и красителях наблюдается кардинальное изменение цвета. На фотографиях, сделанных с экрана монитора, приведены изображения текстильных материалов, полученные при различных источниках освещения камерой «день/ночь» с ИК-чувствительностью.
Интенсивность ИК-подсветки подбиралась до практической идентичности двух последних изображений. Приведенный пример свидетельствует о том, что основное влияние на кардинальное изменение цвета некоторых объектов оказывают излучения в ИК-спектре. При естественном освещении данный эффект наблюдается в существенно меньшей степени, поскольку спектральный максимум солнечного излучения находится в центре видимого диапазона. Вместе с тем влияние ИК-составляющей возможно в утренние и вечерние часы, а также в пасмурную погоду, когда ее вклад в общем спектре увеличивается.
Недостаток метода Описанные выше искажения присущи телекамерам разных производителей. В нашем случае проверялись камеры c CCD-матрицами SONY и Sharp формата 1/3″ и 1/4″. Мы не называем конкретные модели и производителей, поскольку речь идет не о качестве изделия, а проблеме самого метода.
Можно себе представить потрясение одного из наших посетителей, увидевшего, что его черный велюровый пиджак на мониторе приобрел ярко-голубой цвет.
Механизм этого эффекта, особенно наглядно проявляющийся на текстильных материалах (как правило, с ворсистой структурой из синтетических волокон), не совсем ясен. Во всяком случае необходимо с большой осторожностью использовать телекамеры с ИК-чувствительностью и электронным переключением режима «день/ночь» на объектах, где требуется идентификация одежды, или объектах, где имеет место распознавание по одежде. При использовании этих камер в закрытых помещениях целесообразно обеспечить отсутствие ИК-составляющей при основном освещении.
Источник
