تصویربرداری در محیط کم نور

تقاضای استفاده از دوربین مداربسته در محیط های کم نور به مرور در مشتریان افزایش می یابد. و فقط یک پاسخ برای آن وجود ندارد تقاضای استفاده از دوربین مداربسته در محیط های کم نور به مرور در مشتریان افزایش می یابد. و فقط یک پاسخ برای آن وجود ندارد در نور کم همیشه کار ساده ای نیست و البته کار دشواری هم نیست.

بنابراین در این مقاله قصد داریم به این موضوع بپردازیم که چطور دوربین ها در یک محیط تاریک، کار می کنند و مشکلات رایج و به طور کلی ملزومات طراحی سیستم نظارت تصویری در این محیط ها را بررسی خواهیم کرد.

عوامل موثر در کارایی دوربین در نور کم:

1. نور:

دوربین ها بدین شکل عمل می کنند: نوری که از جسم منعکس می شود از طریق لنز به سنسور دوربین وارد می شود، در این قسمت نور به مقادیر دیجیتالی تبدیل و در نهایت تصویر ایجاد می شود. مقدار نوری که به سنسور می رسد تعیین کننده ی کیفیت تصویر است. در صورتی که نور کافی وارد سنسور نشود، سنسور نیز تصویر مطلوبی را نمی تواند ایجاد کند

 2.مقدار Lux :                                                                                                                                                                                              

حساسیت سنسور به نور اغلب به عنوان مقدار lux بیان می شود. Lux واحدی است برای مقدار نوری که از محیط دریافت می شود. تولید کنندگان دوربین مداربسته اغلب یک مقدار lux را به عنوان حداقل نوری که این دوربین می تواند دریافت کند را در مشخصات فنی آن ذکر می کند. با این حال کارایی و مقدار lux نباید تنها مورد برای ارزیابی سیستم دوربین مداربسته باشد. فاکتورهای دیگری در محیط با نور کم وارد بازی می شوند.

شکل بالا مقدار متفاوت lux مطابق با شرایط متفاوت نوری است. در شکل سمت چپ مقدار lux برابر با 130000  لوکس در نور مستقیم خورشید است و در مناطق سایه دار مقدار lux  10000 می باشد. در محیط های اداری مقدار lux 50  است. در عکس سمت راست مقدار lux در حدود 200 lux است.

    Gain.3:

زمانی که سطح نور بسیار پایین می آید، سیگنال ضعیف در سنسور تقویت خواهد شد که به عنوان Gain شناخته می شود. یک اثر جانبی ناخواسته در تقویت سیگنال این است که نویز نیز در آن تقویت می شود که  در نتیجه پهنای باند و فضای ذخیره سازی نیز افزایش میابد.

میزان Gain پایین = نویز کمتر  ، Gain بالا = نویز بیشتر

     4.سرعت شاتر:

سرعت شاتر نیز فاکتور مهمی برای تولید تصویر مناسب است. سرعت شاتر تعیین کننده‌ی سرعتی است که پرده‌ی دیافراگم باز و بسته می‌شود. سرعت شاتر بر مبنای کسر ثانیه اندازه‌گیری می‌شود. هر عدد در این مقیاس نیز مشخص کننده‌ی میزان مشخصی ورود نور یا ممانعت از ورود نور خواهد بود.

شاتر برای یک مدت کوتاهی برای رسیدن نور به سنسور، باز می شود و دوباره برای جلوگیری از وارد شدن نور بیش از حد، بسته می شود. در روزهای آفتابی(نور زیاد) شاتر فقط نیاز دارد برای چند میلی ثانیه باز بماند، اما هنگامی که میزان نور کم می شود، شاتر نیاز دارد که مدت بیشتری باز بماند. در بعضی مواقع اگر تصویر حرکت و یا جا به جایی داشته باشد باعث تار و محو شدن تصویر می شود.

بنابراین در یک سناریوی ثابت ممکن است دید خوبی در نور کم با سرعت شاتر پایین بدهد اگرچه، حرکت هر شی در صحنه باعث تار و محو شدن و حتی غیرقابل شناسایی شدنش خواهد شد.

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، حرکت در تصویر و سرعت شاتر پایین باعث محو و تار شدن تصویر می شود.

     5.لنز:

لنز همچنین در کارایی دوربین در محیط های با نور کم تاثیر دارد. یک لنز ساخته شده از شیشه مرغوب و دهانه ی گسترده اجازه می دهد که نور بیشتری وارد شود و امکان استفاده از سرعت های Shutter بالاتررا مقدور میکند.

زمانی که مدل های متفاوت دوربین را برای شرایط نور کم با هم مقایسه می کنیم، اطمینان حاصل می کنیم که آنها با لنزهای مناسب، ایجاد شده اند. در صورتی که مقدار F-stop کم باشد بدین معنی است که دهانه ی لنز یا همان دریچه ی دیافراگم لنز بازتر است و نور بیشتری را از خود می تواند عبور دهد و برای محیط های با نور کم مناسب است.

برخی دوربین ها به صورت اتوماتیک این دریچه را تنظیم می کنند که با عنوان Auto Iris شناخته می شوند، و دریچه ی دیافراگم را مطابق با نور محیط تنظیم می کند و این ویژگی برای دوربین هایی مناسب است که در محیط هایی نصب هستند که سطح نور در آن محیط ها به صورت مداوم در حال تغییر است.

شکل بالا که نمایی که اندازه های متفاوت از دریچه ی دیافراگم را نمایش می دهد که بر روی کیفیت تصویر نیز نقش به سزایی دارد. هر چه مقدار F-stop پایین تر باشد، دریچه بزرگتر و هر این مقدار بیشتر باشد، دریچه کوچکتر است.

     6.WDR :

تفاوت در شدت نور بین تاریکی و روشنی در بخشی از صحنه، به عنوان WDR شناخته شده است. دوربین هایی با قابلیت WDR طراحی شده اند برای عملکرد بهتر در محیط هایی با تفاوت شدت نور شدید که با این قابلیت، تصویر بهتری در این شرایط خواهید داشت.

راه حل های ممکن:

برای حل مشکل نظارت تصویر در محیط های با نور کم، راه حل هایی با تکنولوژی هایی می تواند استفاده شود که در ادامه به آنها می پردازیم.

1. افزایش نور:

یک راه حل رایج تامین نور با اضافه کردن لامپ یا پرژکتور در بخشی از محیط که بسیار تاریک است.

در شکل بالا با اضافه کردن نورلامپ برای روشن کردن بخشی از محیط، به دریافت تصویر بهتر توسط سنسور دوربین کمک می کند. نور IR نیز برای نصب دوربین به صورت پنهانی نیز کمک خواهد کرد.

یکی از مزایای افزایش نور در محیط، گسترش دامنه برای اضافه کردن دوربین است . برای اهداف شناسایی، دوربینی با رزولوشن بالا اما با عملکرد ضعیف در نور کم، افزایش نور نیز تا حدی کمک زیادی برای بهره مندی از آن دوربین می کند.

شکل بالا عملکرد دوربین در نور کم با IR است. نور IR در محیط های با نور کم، تا حدی کمک به روشن شدن محیط می کند و این نور با چشم دیده نمی شود و مناسب برای مکان هایی است که می خواهید دوربین را به صورت مخفی، نصب نمایید. البته این نور فاقد رنگ است و تصویر را به صورت سیاه و سفید نمایش می دهد.

       2.دوربین حرارتی:

راه حل دیگر دوربین های حرارتی یا Thermal Camera هستند که در واقع اشیایی که دارای انرژی حرارتی و گرما هستند را نمایش می دهد. دوربین های حرارتی دارای نوع خاصی از سنسور هستند که می تواند گرما و تصاویر را بر اساس تغییرات حرارت، ثبت نماید.

تصویری که دوربین حرارتی تولید می کند فاقد رنگ است اما برای شناسایی اشیاء در محیط تاریکی مطلق بسیار استفاده می شود. دوربین های حرارتی حتی می توانند مه و دود را ببینند و برای محیط و ناحیه های محافظتی بیشتر مناسب است.

نتیجه:

از آنجایی که یک دوربین نمیتواند به تنهایی از پس تمامی چالش ها برآید ، در مواردی نیاز به ترکیب چند تکنولوژی مختلف جهت تامین تصویر مطلوب می باشد.