Обзор функций видеокамер

В современных видеокамерах появилось большое количество функций, которые позволяют улучшить качество изображения в определенных условиях, отличающихся от идеальных. Эти инструменты появились благодаря использованию процессоров цифровой обработки сигнала (DSP). Использовать их нужно аккуратно так как зачастую неправильное использование  встроенных функций может  только ухудшить изображение с камер.

В этой статье я попробую собрать все доступные на данный момент функции в камерах видеонаблюдения. Источники информации для статьи будут указанны в конце статьи, и их несомненно также будет интересно почитать.

 

HLC – High Light Compensation (Компенсация яркой засветки)У некоторых из производителей эта функция может называться по-другому (например, Eclipse или Blaсk Mask BLC (BMB), что не меняет ее сути.
Известно, что камера отрабатывает уровень освещенности, меняя значение выдержки электронного затвора или управляя диафрагмой объектива. Когда в поле зрения камеры находятся очень яркие участки, они влияют на эту отработку и настройка затвора или диафрагмы по средней яркости приводит к неразличимости деталей в темных участках. Если яркие участки исключить из расчета средней яркости, детали в темных тонах будут лучше различимы. Этим и занимается функция компенсации яркой засветки. Она просто маскирует яркие участки, заменяя их серым цветом, средняя яркость кадра значительно снижается и затемненные участки изображения становятся видны.

Самым ярким примером работы такой функции, является четкое определение номера автомобиля в условиях прямой засветки камеры фарами этого же автомобиля.

Минусы:
Полезность компенсации яркой засветки, очевидна, однако, при установке системы телевизионного наблюдения в холле здания со стеклянным входом, лучше использовать функцию BLC или еще лучше WDR, нежели HLC, иначе вы лишитесь возможности видеть улицу, поскольку, там как правило, всегда светлее и компенсация яркой засветки просто закрасит все изображение улицы серым цветом. Конечно, регулировка уровня компенсации во многих камерах имеется, но она ваятеле спасет, поскольку на улице днем гораздо светлее, чем в помещении.

Еще одни «грабли» могут ждать желающих определять номера автомобилей с использованием камер с ИК подсветкой. Номер автомобиля покрыт светоотражающей краской, правильнее даже «имеет световозвращающее покрытие». Такое покрытие отражает падающий свет строго в обратном направлении, угол рассеивания отраженного света весьма мал. Если камера имеет ИК подсветку, то ИК свет отразится от номера строго в направлении камеры, номер для камеры будет слишком ярким и функция компенсации яркой засветки закрасит его серым цветом. Выход: прожектор нужно относить в сторону от камеры, благо угол светоотражения очень мал и отнести прожектор можно совсем на небольшое расстояние.

Sense-Up (режим повышенной чувствительности)

Как бы всем хотелось, чтобы видеокамеры показывали изображение в полной темноте и без использования ИК подсветки. Но  сигнал становится слабым и его не видно в шумах матрицы, входных каскадов и других возможных источников шумов. Бороться с этими шумами – очень трудно, а вот с их влиянием можно. Один из способов применяется в радиолокации. В ней используются методы накопления отраженных от цели сигналов. Если отраженные сигналы отличаются не сильно, они суммируются по амплитуде, которая растет в количество суммирований раз. С шумом дело другое, он, как правило, случайный и в любой момент времени не похож на себя в другой момент времени. В таких случаях суммирование происходит по мощности, которая пропорциональна квадрату напряжения. Значит, амплитуда шума растет в корень квадратный из количества суммирований раз. Как это можно использовать в видеонаблюдении? Можно суммировать поля изображения (это половинки кадров). Так и делают, суммируя до 500 кадров в один. Значение чувствительности таких камер (в люксах) будет иметь много нулей после запятой. Камеры с такой чувствительностью могут видеть даже при свете звезд

Минусы:
Есть только одна загвоздка – любой движущийся объект будет восприниматься как нечто близкое к шуму, идущий человек, в лучшем случае будет выглядеть как призрак и на изображении ночного города мы увидим только призраки автомобилей, но не сами движущиеся автомобили. Режим повышенной чувствительности не пригоден для наблюдения за быстро движущимися объектами. При большом количестве суммируемых полей мы можем вообще не увидеть на стоп кадре быстро движущихся объектов.

LSC — Lens Shadow Compensation (Режим компенсации затенения объектива)

Зачастую, объективы видеокамер создают затенения по углам изображения. Особенно это характерно для варифокальных объективов при установке максимального угла обзора. Функция компенсации затенения объектива выравнивает среднюю яркость в углах изображения.

Бывают случаи, когда яркость в углах изображения должна быть меньше, такая там освещенность и так и должно выглядеть. Тогда эту функцию стоит просто выключить.

DIS – Digital Image Stabilization (Цифровая стабилизация изображения)

Наверняка, многие видели рекламу по ТВ, где нам рассказывают про фотоаппараты и бытовые видеокамеры, которые дают резкое изображение, даже при дрожании рук снимающего. Рекламируется оптическая стабилизация изображения, когда одна из линз объектива, или, реже, матрица двигаются для компенсации перемещения фотоаппарата или камеры.

В нашей отрасли такое решение слишком дорого, поэтому используют цифровую стабилизацию изображения. При дрожании камеры, изображение смещается в противоположном движению направлении, в памяти видеокамеры, исключая смещение этого изображения между полями.

Однако, для смещения картинки нужен запас по полям. В реальности, изображение на правой картинке должно быть крупнее. Чтобы исключить появление черных полос по бокам, используется средняя часть изображения, а поля остаются для резерва при перемещении изображения в памяти камеры.

В результате мы получаем возможность ошибки расчета угла обзора камеры, при включении этой функции и ухудшение разрешающей способности, поскольку используется только центр изображения, формируемый меньшим количеством пикселей матрицы. Как у каждой функции, и у этой есть свой минус.

WDR – Wide Dynamic Range (Широкий динамический диапазон)

Эта функция не нова. Но тонкостей по ней более чем достаточно.

Известно, что матрице видеокамеры зачастую не хватает динамического диапазона, особо это проявляется в типовых условиях наблюдения людей на входах в аэропорты, офисы и другие здания со стеклянными входами. Свет с улицы создает сильную засветку, затвор или автодиафрагма настраиваются на средние значения яркости по полю кадра, но светлое изображение улицы теряет различимость в самых ярких участках, а люди в помещении слабо различимы в тени.

Как решить задачу наблюдения в таких условиях? Известная функция BLC (компенсация встречной или фоновой засветки) настраивает камеру на среднюю освещенность в центре кадра (типовое решение, бывает можно выбрать зоны чувствительности). Человек в центре кадра будет виден лучше, но изображение улицы мы совсем потеряем. Вот тут и приходит на помощь функция расширенного динамического диапазона.

Для ее реализации были разработаны специальные матрицы, часто их называют матрицы с двойным сканированием или с двойной плотностью. Упрощенно, идея в том, чтобы в течение одного полукадра сделать два снимка, один с длинной выдержкой, второй – с короткой. И сложить эти изображения в выходном сигнале, что позволит лучше видеть на экране детали в светлых и темных участках изображения.

Минус:
Такие матрицы увеличивают стоимость камер примерно на 30%.

Но есть и другой способ
Часть производителей предлагает «электронную версию». Два снимка с разными выдержками делаются на обычных матрицах, только скорость вывода информации падает в 2 раза, до 25 полей в секунду. Для многих задач записи видео на регистраторы этого достаточно, но смотреть в реальном времени может быть неприятно. Так что и в этом случае мы имеем и плюсы и минусы обоих решений.

В современных камерах с цифровой обработкой сигнала начали вводить предварительную гамма коррекцию для снимков с разной выдержкой, что, конечно, не увеличит еще больше динамический диапазон самой камеры, но позволяет существенно улучшить визуальное отображение снимаемой сцены. Такая гамма коррекция поддерживается пока далеко не всеми новыми камерами.

DNR – Digital Noise Reduction (Цифровое подавление шумов)

В условиях недостаточной освещенности, изображение бывает зашумленным. Главный недостаток этого эффекта состоит в том, что зашумленное изображение очень плохо сжимается алгоритмами в регистраторах и растет объем архива.

Существует два способа подавления шумов

2D подавление шумов. Производится коррекция яркости соседних пикселей одного кадра, специальные математические расчеты определяют, насколько это изменение соответствует параметрам шума и, если вероятность влияния шума высока, уменьшают разницу в яркости на рассчитанную величину.

3D подавление шумов. Расчеты производятся не только для одного кадра, а для нескольких последовательных кадров, что позволяет более точно выделить шум, ведь он меняется и во времени и так его легче отследить. Эта технология считается более современной и более эффективной.

Если посмотреть работу цифровых фильтров шумов, результат может впечатлить, изображение действительно становится приятнее для просмотра. А о результатах коррекции яркости пикселей изображения, о сопутствующих этому процессу искажениях исходного изображения, я прошу подумать читателей самостоятельно. Оценить это очень сложно, но «бесплатно» и эта функция не работает.

Адаптивная ИК подсветка

Хоть эта функция и не относится напрямую к цифровой обработке изображения, о ней стоит упомянуть.

Как многие замечали, работа подсветки от одного источника (пусть там много ИК светодиодов, но они все в одном месте) редко бывает идеальной. Дальние объекты подсвечены меньше, близкие – сильнее. Если нарушитель движется на камеру с ИК подсветкой в темноте, то вдали он «мелковат» и не очень виден в темноте, вблизи он «крупный», но пересвечен и тоже плохо различим. На среднем расстоянии все вроде нормально, но хочется увидеть нарушителя крупнее.

Адаптивная подсветка меняет свою мощность, в зависимости от отражения. При приближении нарушителя к камере, мощность подсветки уменьшится и мы сможем рассмотреть нарушителя «во всей красе». Вот в чем заявляемое преимущество адаптивной ИК подсветки.

Правда, если нарушитель близко, рассмотреть что-то вдали становится совсем сложно. И еще. До сих пор не удалось придумать алгоритм одновременного сопровождения нескольких целей одной поворотной камерой, вот и в случае адаптивной подсветки, она не сможет работать одновременно по группе нарушителей, находящихся на разных дальностях от камеры.

AGC / Automatic Gain Control –  автоматическая регулировка усиления или АРУ.

При включении режима AGC, камера в автоматическом режиме усиливает получаемый видеосигнал при снижении на объекте уровня освещенности. В технической документации и специализированной литературе автоматическая регулировка усиления измеряется в децибелах и обозначается дБ. Максимальное усиление возможно до 28 дБ.

Традиционно технологию АРУ используют для камер, предназначенных для видеонаблюдения вне помещений, на которых данная функция всегда находится в активном режиме, так как в подобных условиях существует резкий перепад освещённости.

Типы АРУ (AGC):

— Для импульсного сигнала;

— Для непрерывного сигнала.

Принцип действия AGC:

Технология AGC — способность камеры автоматически изменять коэффициент усиления каждого видеотракта в зависимости от уровня сигнала. Таким образом, автоматическая регулировка усиления оперативно подстраивает уровень изменения видеосигнала, в результате чего на монитор поступает качественная картинка даже при низком уровне освещенности. Зачастую диапазон АРУ ограничивается диапазоном от 12 до 20 дБ (т.е. 4-10 раз), поскольку большее увеличение данного параметра приведет к высокому зашумлению и ухудшению изображения.

ATW (Auto Tracking White) – Автоматическое отслеживание баланса белого регулирует настройки цветов камеры видеонаблюдения в зависимости от температуры источника света. Данная функция производит постоянный мониторинг цветовой температуры, автоматически устанавливая баланс белого. Функция ATW является наиболее подходящей для просмотра объектов с изменением цветовой температуры для создания более естественной картинки, полученной с камеры видеонаблюдения.

Источники:

http://www.es-guard.ru/index.php/press/docs/167-function.html

http://roscam-ufa.ru/faq/2013-01-19/chto-takoe-agc

http://www.jaysb.ru/slovar-terminov