November 4, 2019

Please reload

Недавние посты

Преимущества наличия пультовой охраны в жилом доме.

December 22, 2016

1/2
Please reload

Избранные посты

Камеры день-ночь в ночном наблюдении

11/12/2017

Ночное наблюдение при недостаточном освещении является одной из типовых и распространенных задач охранного телевидения. Появление телекамер цветного изображения с их несомненно большей информативностью, одновременно создало проблемы при ночном наблюдении. Цветные камеры по принципу действия имеют меньшую чувствительность и разрешение в сравнении с аналогами черно-белого изображения. Это обусловлено применением принципиально тех же матриц с тем же количеством чувствительных элементов (пикселей). Но для одного элемента разрешения по яркости необходимо использовать по крайней мере четыре пикселя матрицы. Как правило, эти четверки формируются из двух ближайших пар двух соседних строк. В CCD матрицах традиционно используется 4-х цветная система CMYG. В CMOS матрицах (мегапиксельные камеры IP и HD-SDI, а сейчас и бюджетные камеры CCTV) применяется 3-х цветная система RGB.

Неизбежное снижение чувствительности обусловлены потерями в цветовых фильтрах и использованием каждым пикселем только части светового спектра. В этом смысле потери в мозаичной системе CMYG меньше чем в RGB. Конечно, технологическое и конструктивное совершенствование матриц позволило серьезно улучшить их чувствительность. Но принципиальные базовые отличия остаются в силе.

Технология или принцип день – ночь изначально был нацелен на увеличение чувствительности цветной камеры. Первые модели цветных камер "сверхвысокой" чувствительности производили сильное впечатление на фоне типовых камер камер цветного изображения. Вместо чувствительности 1-2 лк было заявлено 0,3-0,1 лк. И по всей видимости это было так, поскольку получалось цветное изображение в полутемной комнате практически аналогичное по шумам с черно-белой камерой. Но сразу выяснился интересный эффект, когда на фоне цветной картинки в пятне засветки ИК-прожектора получался черно-белый фрагмент. В тот момент мы располагали цветными камерами с отдельными срезающими ИК фильтрами и его удаление приводило к аналогичным результатам как по чувствительности, так и по реакции на ИК излучение.

Практически эта была одна из первых цветных камер наблюдения день-ночь с постоянной ИК чувствительностью. Естественно ей были присущи все недостатки этой технологии – скверная цветопередача при освещении, содержащем ИК составляющую. Это все разнообразие ламп накаливания, включая галогенные, и к сожалению солнечный свет. Цветопередача получалась удовлетворительная только при люминесцентном освещении, но в этом случае чувствительность оставалась обычной, поскольку дополнительная энергия ИК составляющей не использовалась из за ее отсутствия. Подобные модели сейчас предлагаются как бюджетный вариант камер день-ночь. Они имеют отключение цветности (цветовой поднесущей) при увеличении уровня АРУ и производитель обычно предупреждает о наличии постоянной ИК чувствительности (IR sensitivity).

 

В последнее время появились интересные варианты камер день-ночь с ИК чувствительностью и собственной ИК подсветкой. Причем камеры имеют фиксированный ИК фильтр и одновременно практическое отсутствие цветовых искажений. Примечательно, что эта технология предлагается в основном китайскими производителями. Такие возможности открывает применение ИК фильтра IRC 40 с узкой полосой пропускания на длине волны излучения ИК осветителя (850-880 нм). На рис 3 приведено семейство спектральных характеристик пропускания срезающих ИК фильтров (IRC).

 

Естественно подобный фильтр не дает роста интегральной чувствительности для широкополосного освещения, а обеспечивает эффективную работу со светодиодными ИК осветителями. В этом случае вся мощность освещения сосредоточена в полосе 50 нм.

К сожалению, на рынке достаточно распространены модели день-ночь с отключаемой цветностью, но абсолютно лишенные ИК чувствительности. Достаточно часто эти модели скрываются просто за наименованием "день-ночь", если не обозначено наличие подвижного фильтра (ICR). Не совсем понятен смысл их производства, поскольку они полностью идентичны по чувствительности чисто цветным моделям, а отключение цвета является практически декоративным фактором. На фото 3 приведены сравнительные изображения от цветной камеры и камеры день-ночь без ИК чувствительности. Отчетливо видно, что за исключением наличия цвета изображения практически идентичны.

 

Самой востребованной сейчас технологией является камера с подвижным срезающим ИК фильтром (ICR или чуть ранее IRC). В первых моделях использовался сложный и дорогой червячный механизм с микродвигателем и стеклянным интерференционным фильтром с аналогичной по толщине компенсационной пластиной. Особенно успешно эти камеры стали распространяться после разработки простых и миниатюрных механизмов электромагнитного или магнитоэлектрического типа. Магнитоэлектрический привод обычно совмещается с вариофокальным миниобъективом используемым как встроенный. В нем используется интерференционный фильтр на тонкой пластиковой подложке, для которой нет нужды применять вторую компенсационную пластину, выравнивающую оптическую длину тракта в ночном режиме. Технология с подвижным фильтром позволяет получить днем отличную цветопередачу полностью отрезав ИК область спектра. В ночном черно-белом режиме за счет максимального расширения спектральной полосы чувствительности увеличить как интегральную чувствительность, так и получить возможность работать с ИК подсветкой. На фото 4 приведены два сравнительных изображения от цветной камеры и камеры с подвижным фильтром (ICR) при малой освещенности, пороговой для цветной модели.

Технология ICR принципиально весьма эффективная в реальных реализациях часто имеет серьезный недостаток. Это остаточная чувствительность в цветном режиме к ИК составляющей освещения. Видимо производители пытаются увеличить чувствительность в цветном режиме, забывая о серьезных искажениях цвета при сложном или дневном освещении. И что особенно печально, что это не возможно выяснить по заявленным характеристикам и выясняется только при реальном применении. На фото 5 приведено изображение камеры IRC и ниже два изображения других моделей с различным остаточным пропусканием в ИК диапазоне чувствительности.

 

Другие, достаточно экзотические методы реализации режима день ночь, как сменные матрицы и раздельные модули цветного и черно-белого изображения можно не рассматривать в силу их крайне малого распространения.

Создание камер день-ночь с повышенной интегральной и ИК чувствительностью в ночном режиме открыло возможность широко применять для них ИК подсветку в ночном режиме. Можно предположить, что для камер со встроенной ИК подсветкой, производитель заявляет достаточно реальную дальность и угловое поле наблюдения. Значительно сложнее использовать отдельную камеру день-ночь и ИК осветитель, несмотря на принципиальные преимущества этого метода. Практически мы никогда не знаем, какова реальная чувствительность камеры день-ночь в области ИК как в диапазоне 850-880 нм, так и в менее заметном глазом диапазоне 930-950 нм. Сразу необходимо отметить, что глаз человека регистрирует не основное излучение светодиодов, излучение которых находится за пределами кривой видности глаза, а спектральная ширина не превышает 50 нм. Спектральный анализ излучения показал наличие ослабленного более чем на три порядка паразитного излучения с длиной волны около 600 нм для диапазона 850-880 нм и 700 нм для диапазона 930-950 нм. Именно по этому в первом случае излучатели светятся красным цветом, а во втором менее заметным бордовым.

С другой стороны производители ИК осветителей (прожекторов) нормируют их дальность действия для черно-белых камер с определенной чувствительностью (минимальной освещенностью), обычно порядка 0,1-0,03 лк. Как это можно интерпретировать для цветных камер день-ночь, учитывая выше изложенное, не совсем понятно.

Если для черно-белых камер были доступны спектральные характеристики чувствительности, то для цветных камер нет данных ни для матриц, ни для камер с учетом срезающего ИК фильтра. Данные производителя для ночной чувствительности в люксах во первых достаточно далеки от реальности, во вторых ничего не говорят о реакции на ИК излучение, не нормируемое в люксах.

Какими же соображениями следует руководствоваться применяя телекамеры день-ночь для ночного наблюдения:

- Телекамеры день-ночь полностью лишенные ИК чувствительности применять совершенно не целесообразно. В таком случае лучше применить просто камеру цветного изображения и обеспечить искусственное освещение хотя бы на уровне 30-50 лк.

- Телекамеры день-ночь с постоянной ИК чувствительностью можно применять для не очень ответственных задач или при освещении, лишенном ИК составляющей (дежурное люминесцентное "экономичное" освещение). Цветовые искажения при дневном и сложном освещении значительны.

- Телекамеры день-ночь с постоянной ИК чувствительностью в узкой спектральной полосе (IRC 40) можно применять с встроенным или отельным ИК осветителем с длиной волны 850-870 нм. Цветовые искажения незначительны.

- Телекамеры день-ночь с подвижным механическим ИК фильтром. Применение не ограничено с широкополосным и узкополосным (светодиодным) ИК осветителем. Цветовые искажения практически отсутствуют, чувствительность в ночном режиме максимальна (при полном подавлении ИК)

 

 

Поделиться
Please reload

Please reload

Поиск по тегам