Super Low Light Surveillance

در تاریخ، عملکرد برخی از انواع دوربین مداربسته در نور کم (low light) وحشتناک بوده است. شاتر آهسته «شبح ghosting» جایگزینی رایج برای تصاویر روشن در نور کم شد. با معرفی پردازشگر تصویر «فوق‌العاده کم‌نور» این مسئله در عملکرد دوربین در نور کم تغییر چشمگیری ایجاد کرد که قبلاً امکان‌پذیر نبود. 

دوربین‌ با نور فوق‌العاده کم Super Low Light چیست؟

در سیستم‌های نظارتی، تعریف مشخصی برای مفهوم «نور فوق‌العاده کم» نداریم. این مفهوم برای اشاره به دوربین‌هایی استفاده می‌شود که در نور کم عملکرد بهتری از خود ارائه می‌دهند و تصاویر را در لایه‌های کم‌نور، بهتر نمایش می‌دهند. کاری که دوربین‌های معمولی رنگی اغلب نمی‌توانند انجام دهند. 

تکنیک‌های مورداستفاده در مدل‌های «نور فوق‌العاده کم» اندکی با یکدیگر متفاوت است. اما به‌طورکلی این تکنیک‌ها به دودسته تقسیم می‌شوند: 

در ادامه در مورد این مسائل توضیحاتی را می‌دهیم: 

تقویت کنترل گین Gain 

اولین عنصر اساسی در ساختار دوربین‌های مدل «نور فوق‌العاده کم»، بهبود در پردازش تصویر و کنترل Gain است. Gain (تقویت الکترونیکی سیگنال ویدئویی) یکی از اساسی‌ترین ویژگی‌های دوربین‌های نظارتی است که به قیمت افزایش نویز و نرخ بیت، تصویری که کاملاً تاریک است را قابل مشاهده می‌کند. 

به‌عنوان‌مثال در تصویر زیر ما با استفاده از تنظیمات دستی دوربین، کنترل Gain را دست‌کاری کرده‌ایم.با Gain کم، تصویر غیرقابل‌تشخیص است و با افزایش سطح Gain، سوژه نسبتاً قابل‌مشاهده می‌شود. 

شیوه استفاده از Gain/پردازش تصویر در دوربین‌های فوق کم‌نور، مانند دوربین‌های معمولی در نور کم است. تفاوتشان این است که دوربین‌های فوق کم نور از تکنیک‌های کنترل Gain و کاهش نویز دیجیتال بیشتر استفاده می‌کنند. 

بهبود کاهش نویز دیجیتال

نویز دیجیتال بهبودیافته (DNR) روش دومی است که در دوربین‌های با نور بسیار کم استفاده می‌شود. امروزه کنترل Gain و DNR در تمام دوربین‌های نظارتی استفاده می‌شوند. برخی از مدل‌های فوق کم‌نور هوشمند نیز از نوعی DNR هوشمند استفاده می‌کنند که به‌صورت خودکار بر اساس حرکت سوژه در صحنه و نور صحنه تنظیم می‌شود.

مثلاً به عکس زیر نگاه کنید؛ دوربین به طور خودکار سطح DNR را نسبت به سوژه متحرک تنظیم می‌کند. این مسئله تاریکی بالقوه ناشی از سطح بالای DNR را خنثی کرده و در عوض کمی نویز در اطراف سوژه اضافه می‌کند. 

شرایط بازاریابی

اکثر سازندگان در دهه‌های اخیر، مدل‌های فوق کم‌نور را نیز ارائه می‌کنند؛ اما هیچ استاندارد تعریف شده خاصی وجود ندارد که با استناد به آن بتوانیم بگوییم فلان مدل کم‌نور است و آن‌یکی فوق کم‌نور. برای تشخیص مدل‌های خوب، باید با کمک آزمون‌وخطا، تفاوت عملکرد هر دوربین را به چشم ببینید. 

فقدان استاندارد واحد، مشکلات متعددی به همراه دارد. یکی از راه‌های تشخیص، تکیه بر مدل نام‌گذاری دستگاه است. بعضی از مدل‌های دستگاه‌های مشهور، نام دستگاه خود را طوری انتخاب می‌کنند که تشخیص آن راحت‌تر باشد. 

سنسورهای یک سوم اینچی 

معمولاً دوربین‌های فوق کم‌نور، با اندازه سنسورهای  تصویر معمولی که در محدود اندازه1/3  اینچی (یا 1/2.8"، 1/2.7" و غیره) قرار دارند، ارائه می‌شوند. با این تفاوت که یک پردازشگر تصویر اضافه‌ دارند. 

تصویرگر مدل‌های کم‌نور ممکن است همسان با مدل‌های معمولی باشد؛ اما تصویرگرها در پردازش کردن تصویر و ارائه جزئیات بیشتر در نور کم بهتر کار می‌کنند. 

سنسورهای بزرگ هنوز اندکی غیرمعمول هستند

در چند سال گذشته، دوربین‌هایی به بازار معرفی شده‌اند که ترکیبی از پردازشگر تصویر پیشرفته و سنسورهای بزرگ‌تر در خود دارند. به‌علاوه به‌جای سنسورهای  1/3 اینچی از تصویرگر ½ (با رزولوشن یکسان در کیفیت 1080p) اینچی استفاده می‌کنند. 

در شرایط یکسان و با برابری دیگر شرایط، سنسور بزرگ‌تر به هر یک از پیکسل‌های تصویر اجازه می‌دهد تا نور بیشتری را جذب کرده و یا بازتاب دهند. در نتیجه این دوربین‌ها در حالت تاریک، شرایط بهتری ارائه می‌کنند.

بدیهی‌ست که همه دوربین‌هایی که سنسور بزرگی دارند، فوق کم‌نور نیستند. مثلا دوربین‌های با رزولوشن 6 مگاپیکسل، 8 مگاپیکسل، 4K و بالاتر که از ایمیجر های ½ اینچی یا بزرگ‌تر از آن استفاده می‌کنند، لزوماً حالت نور فوق‌العاده کم را ارائه نمی‌کنند. با افزایش اندازه تصویرگر، فقط مقدار پیکسل‌ها جبران می‌شود. عملاً دوربین‌های با وضوح بالاتر از 6 مگاپیکسل، عملکرد نوری ضعیفی ارائه می‌کنند. اما این مسئله نیز در طول زمان تغییر خواهد کرد، درست مانند آنکه زمانی دوربین‌های 1080p عملکرد ضعیفی در نور کم داشتند. 

دوربین‌های با سنسورهای فوق‌العاده بزرگ

استثنایی درباره دوربین‌هایی که از سنسورهای مخصوص عکاسی استفاده می‌کنند، وجود دارد. دوربین‌های امنیتی، برخلاف دوربین‌های عکاسی حرفه‌ای، از ایمیجر های خیلی کوچک‌تری استفاده می‌کنند. از این مهم دو دلیل قدرتمند پشتیبانی می‌کنند: یک هزینه و دو اندازه کلی دوربین‌های امنیتی که تابعی از اندازه سنسور است. 

نمونه‌ی زیر را مشاهده کنید. یکی از دو دوربین زیر سنسور 35 میلیمتری برای عکاسی معمولی دارد و کمتر در سیستم‌های امنیتی دیده می‌شود. دیگری نیز با یک ایمیجر 1/1.9 اینچی است، این مورد نیز برای دوربین‌های امنیتی هنوز کمی بزرگ است.

دوربین‌های امنیتی که از سنسورهای عکاسی استفاده می‌کنند، در نور فوق‌العاده کم بهترین عملکرد را از خود بروز می‌دهند. عیب اصلی این مسئله ‌این است که دوربین‌های امنتی که از سنسورهای دوربین‌های عکاسی استفاده می‌کنند، بسیار بزرگ‌تر و به‌مراتب گران‌تر از دوربین‌های امنیتی معمولی هستند. 

در زیر مقایسه‌ای میان یک دوربین امنیتی 35 میلیمتری و یک مینی دام معمولی را مشاهده می‌کنید که تفاوت را کاملاً به رخ می‌کشد.

اندازه بزرگ دوربین، کار نصب را دشوار می‌کند زیرا چنین دوربینی به یک محفظه خارجی برای استفاده در فضای باز نیاز دارد و همچنین دوربین را بسیار آشکاراتر و بزرگ‌تر از آنچه که باید باشد، می‌کند.

از نظر هزینه دوربین‌های امنتی که از سنسورهای عکاسی استفاده می‌کنند، 5 تا 10 برابر گران‌تر از همتایان امنیتی خود، با سنسور معمولی هستند و بسته به لنز استفاده شده در دوربین امنیتی، قیمت می‌تواند بالاتر هم برود و لنز باکیفیت کار را حتی گران‌تر هم می‌کند.

مقایسه کیفیت تصویر در لوکس های مختلف

تصاویری که در ادامه مشاهده خواهید کرد، یک مقایسه کلی میان کیفیت تصویر این دسته دوربین‌ها است. توجه داشته باشید که این تصاویر در زمان‌های مختلفی گرفته شده‌اند  but all are taken at ~0.1lx, ranging from ~60-70 PPF..

در عکس زیر، یک مدل دوربین معمولی، فقط حداقلی تار از سوژه را نمایش می‌دهد و بدن او تقریباً به طور کامل با پس‌زمینه ترکیب شده است. اما در مقابل آن، مدل 1/3 اینچی با نور فوق‌العاده کم طرح کلی سوژه را از پس‌زمینه جدا کرده و تشخیص را ساده می‌کند. این در حالی است که دوربین ½ اینچی با نور بسیار کم، جزئیات چهره و لباس سوژه را هم تشخیص می‌دهد، جزئیاتی که در دیگر مدل‌ها قابل‌مشاهده نیست. کیفیت تصویر یا رزولوشن تصویر دوربین مداربسته بسیار مهم است. 

مقایسه دوربین‌های فوق کم‌نور با دوربین‌های حرارتی

در مقایسه با مدل 12 اینچی فوق کم‌نور، دوربین‌هایی که از سنسور عکاسی 35 میلیمتری استفاده می‌کنند، در تشخیص رنگ و جزئیات چهره تواناتر هستند. 

در مدل 35 میلیمتری چمن و شاخ‌وبرگ موجود در تصویر و لباس سوژه به رنگ مشکل و آبی به نمایش در می‌آید. مسئله‌ای که در مدل 1.2 اینچی کاملاً غیرممکن است. در مقابل این دو، دوربین حرارتی یا دوربین های ترمال هیچ یک از گزینه‌های ذکر شده را تشخیص نمی‌دهد؛ ولی سوژه را حتی در فواصل طولانی نسبت به دوربین، به‌عنوان یک جسم سفید داغ تشخیص می‌دهد و آن را از پس‌زمینه جدا می‌کند. 

مادون قرمز یکپارچه + ویدیو 

مهم‌ترین رقیب مدل‌های فوق کم‌نور، دوربین‌های مدار بسته مادون‌قرمز یکپارچه هستند، زیرا روشنایی افزوده شده به تصاویر این دوربین‌ها، آنها را برای کار در محیط‌های کم‌نور بهبود می‌بخشد و همچنین برای پروژه‌های کم‌هزینه بسیار مفید هستند. اما چرا LEDهای موجود در ماژول IR دوربین مداربسته قرمز رنگ هستند؟ ویدیوی زیر را ببینیم:

در شرایطی که نور کم و یکسانی بتابد، در فواصل نزدیک، مادون قرمز یکپارچه نسبت به مدل‌های کم‌نور، جزئیات بیشتری نمایش می‌دهد. به‌عنوان‌مثال، لباس و جزئیات بصری سوژه را می‌توانید در تصویر زیر تماشا کنید. اما در فواصل طولانی، وقتی که تأثیر مادون‌قرمز از دست می‌رود، جزئیات تصویری که دوربین‌ها ارائه می‌کنند، یکسان می‌شود. 

توجه به این نکته ضروری است که عملکرد مادون قرمز یکپارچه بسته به مدل، محدوده پوشش، الگوی پوشش‌دهی و بسیاری موارد دیگر، متفاوت است. 

ختم کلام در مورد دوربین های سوپر لولایت

در دوربین‌های مداربسته برای سوپرلولایت دو پارامتر اصلی در نظر گرفته می شود: کاهش نویز دیجیتالی و افزایش گین. این دو باید به نسبت همدیگر در یک تعادل باشند. دوربین لولایت در شب و نور کم، تصویری قابل قبول ارائه می دهد. در حال حاضر دوربین‌های استارلایت، سوپراستارلایت، فول کالر، کالر هانتر و … در بازار نظارت تصویری وجود دارند.