Видеонаблюдение: вызовы и решения

Уходящие в ночной дозор: как работает видеонаблюдение в темноте

По оценкам аналитического агентства Transparency Market Research, в ближайшие пять лет мировой рынок систем видеонаблюдения будет увеличиваться в среднем почти на 13% в год. Все большее число производителей обращают свое внимание на расширение функционала камер на фоне повышенных требований к качеству и возможностям систем для обеспечения безопасности как целых городов, так и отдельных объектов. Развитие технологий для ночного видения и получения детального качественного изображения, а главное цветного изображения – неотъемлемая часть этого процесса.

Растущее количество противоправных действий, совершаемых в ночное время, – одна из главных проблем городской безопасности. Именно эта проблема является ключевым стимулом для совершенствования видеокамер ночного наблюдения.

Формирование изображения в темное время суток практически не отличается от данного процесса в условиях дневного освещения. Вопрос лишь в том, что интенсивность света ночью во много раз меньше.

Получение монохромного (черно-белого) изображения в условиях недостаточной освещенности возможно с помощью камер, оснащенных инфракрасной подсветкой. Такие камеры оборудованы светодиодами, которые передают инфракрасное излучение, практически невидимое человеческому глазу, но заметное для светочувствительной матрицы. Таким образом камера может снимать даже в полной темноте.

Однако в последние несколько лет на рынке появляется все больше запросов на более качественную ночную съемку – например, чтобы на записи можно было различить цвет автомобиля или одежды человека. В этом случае перед камерой стоит задача по «захвату» максимального количества светового потока, чтобы его хватило для формирования качественного изображения.

Сверхвысокое значение диафрагмы

Диафрагма является ключевым фактором, влияющим на яркость изображения. Чем она шире, тем больший световой поток проходит через объектив или, иными словами, больше света достигает сенсора при одинаковом времени воздействия.

Диафрагма измеряется с помощью F-числа (апертуры), которое определяет размер диаметра диафрагмы. Чем число меньше, тем больше диаметр. Ниже представлено сравнение камер с разной апертурой на примере технологий ночного видения от компании Hikvision.

Светочувствительная матрица

Матрица является основным компонентом камеры. Технологическое исполнение матрицы определяет максимальные яркость и качество изображения, что особенно важно в условиях низкой освещенности.

Например, в камерах серии DarkFighter используются специально разработанные датчики размером практически 0,5 дюйма, обеспечивающие лучшую светочувствительность, высокое соотношение сигнал/шум и увеличенный широкий динамический диапазон. Площадь одного пикселя матрицы DarkFighter почти в два раза больше, чем у обычной матрицы – это повышает показатель проходящего света и напрямую влияет на качество получаемого изображения.

Камеры с технологией ColorVu применяют матрицы нового поколения Smart FSI, в которых каждый светодиод получает собственную фокусирующую микролинзу и отражатель. Благодаря этому снижается уровень светопотери, а также исключается засветка соседних ячеек. Таким образом, изображение получается более ярким по цвету и насыщенным.

Асферическая линза

Немаловажное значение в видеонаблюдении имеет тип линзы, используемый в объективе камеры. В стандартных объективах применяются сферические линзы, однако у них есть ряд недостатков. Например, решение на базе сферических линз занимает в корпусе камеры много места, так как это не одна линза, а несколько – они нужны для минимизации последствий, вызванных сферической аберрацией, дифракцией, дисперсией и т.д.

На рынке также присутствует другой тип линз – асферические. Форма таких линз, в отличие от сферических, может быть разной – квадратной, параболической, кубической – в зависимости от формы объектив будет обладать различными функциональными возможностями. Это позволяет объективу обрабатывать свет из разных точек на поверхности и более точно фокусировать этот свет, чтобы улучшить качество изображения. Асферические линзы могут использоваться в различных сценариях, в том числе при съемке в условиях низкого уровня освещенности. При этом размер объектива будет компактнее благодаря использованию только одной асферической линзы вместо нескольких сферических. В данном решении отсутствует проблема аберрации изображения, а коэффициент пропускания света существенно выше. В результате улучшается качество изображения при ночной съемке.

Антибликовое покрытие

Свет может терять свою интенсивность при переходе в другую среду за счет частичного отражения на границе раздела. Специальное покрытие поверхности линзы уменьшает коэффициент отражения видимого света до менее чем трех процентов. Это также улучшает антибликовый эффект в ближнем инфракрасном спектре (> 700 нм). Технология многослойного антибликового покрытия позволяет максимизировать светопроницаемость линзы и снижает коэффициент отражения света (включая видимый свет и ближний инфракрасный свет) до менее чем 0,5%. Например, в камерах Hikvision с технологией ColorVu используется широкодиапазонное антибликовое покрытие Broad-Band Anti-Reflection, которое позволяет улучшить характеристики линз, а также позволяет исключить появление так называемых «призрачных изображений», которые появляются из-за отраженных лучей света (фар автомобиля, уличных фонарей и т.д.).

Трехмерное подавление шума

В условиях низкой освещенности в кадре на изображении могут появляться импульсные и гауссовы шумы, которые вызывают снижение четкости, влияют на цветопередачу и делают неразличимыми мелкие детали. В кадре такие шумы имеют вид белых или цветных пиксельных пятен. Для решения этой проблемы используется алгоритм трехмерного шумоподавления (3D DNR). Технология применяет два метода фильтрации: временной фильтр анализирует идентичные участки нескольких кадров, пространственный – вычисляет направление перемещения объекта, оценивая степень искажения (на основе уже собранных данных) и устраняя графические шумовые эффекты.