موقعیت های نظارتی مختلفی باعث به وجود آمدن شرایط نوری دشوار خواهند شد. یکی از شرایط حساس زمانی است که در یک تصویر تغییرات نوری زیادی به طور همزمان سرعت می گیرد که به محدوده دینامیکی گسترده یا WDR مربوط می شود. شرایطی چون:
‹‹ سیستم های نظارت تصویری درب های ورودی که قسمت بیرونی نور بیشتری دارد و قسمت درونی محیط تاریک تر خواهد بود. نمونه متداول آن فروشگاه ها و شرکت ها می باشد.
‹‹ ورودی پارکینگ ها و تونل ها (قسمت داخلی ورودی پارکینگ ها که محل عبور وسایل نقلیه است به گونه ای که تاریک تر از محیط بیرونی باشد)
‹‹ در سطوح شهری سیستم حمل و نقل و سیستم های نظارت تصویری نور مستقیم قرار دارد و قسمت های دیگر تصویر در سایه قرار دارند.
‹‹ وسایل نقلیه به همراه چراغ های بزرگ که در قسمت جلوی دوربین مدار بسته قرار می گیرند و مستقیم در راستای دوربین مدار بسته حرکت می کنند.
‹‹ محیط هایی که نورهای منعکس شده زیادی دارد. برای نمونه مراکز خرید و فروشگاه ها و اداره هایی که پنجره هایی زیادی دارند.
بدیهی است که کاربر باید در شرایطی که محدوده وسیعی از نور در تصویر وجود دارد به راحتی اشخاص، اشیا، وسایل نقلیه و فعالیت های انجام شده را مشاهده کند. WDR روشی برای ساختن تصاویری است که برای شکل گیری همه تصاویر در محدوده پویا تلاش می کنند. تصاویری که غالبا با استفاده از دوربین های مدار بسته معمولی مشخص خواهند بود. این مقاله عملکرد خوب WDR را در دوربین های مدار بسته نظارت تصویری نشان خواهد داد. دوربین های نظارت تصویری استاندارد (بدون WDR) در تصاویری که تغییرات نوری زیادی وجود داشته باشد با مشکلات زیادی مواجه هستند.
نور، پیکسل و محدوده دینامیکی
نور از بسته های انرژی گسسته ای به نام فوتون تشکیل شده است. افزایش مقدار نور باعث افزایش تعداد فوتون هایی که در هر ثانیه تصو.یر را روشن می کند خواهد بود. دوربین می تواند فوتون های منعکس شده از یک تصویر را پیدا کند اما همه فوتون های موجود را نمی توانند DETECT (شناسایی) کنند. یکی از محدودیت ها این است که دوربین تنها با تعداد محدودی فوتون در بین هر Exposure می تواند رو به رو شود در نتیجه تصویر دوربین تنها براساس تخمین خواهد بود.
دوربین ها معمولا فوتون ها را برای زمان محدودی انباشته می کنند که به آن Exposure time گفته می شود. ماکزیمم مقدار این زمان به وسیله Frame Rate در ویدئو محدود می گردد. این زمان بیشینه به طور همزمان هم می تواند خیلی طولانی و هم خیلی کم باشد. به همین دلیل است که قسمت های تاریک و روشن در تصویر نمایش داده می شود. درست ترین زمان Exposure برای هر پیکسل بیشینه کردن SNR (نسبت سیگنال به نویز) می باشد. در نتیجه برای پیکسل ها قرار گرفتن در نقاط روشن تصویر در مقایسه با تاریک کوتاه تر خواهد بود. سایز پیکسل دوربین مدار بسته تحت شبکه بر روی محدوده دینامیکی دوربین تأثیر می گذارد. محدوده دینامیکی عبارت است از بیشینه سیگنال پیکسل که به وسیله Noise Floor تقسیم می شود. Noise Floor ترکیب منابع نویزی بسیاری در سنسور است. مبدل های آنالوگ به دیجیتال یکی دیگر از عوامل محدود کننده دینامیکی هستند.
عمق بیت
طول بیت، مشخص کننده تعداد بیت های استفاده شده به منظور Capture کردن اطلاعات در هر پیکسل گفته می شود. برای مثال دوربین های مدار بسته نظارتی تا ۱۰ بیت عمق خواهند داشت. عمق بیت بیشتر، برای مثال ۱۲ بیت به جای ۱۰ به طور تئوری باعث افزایش تعداد سطوحی است که شناسایی می شود اما در حقیقت باعث افزایش کیفیت دوربین مدار بسته می شود به شرطی که سنسور دیتا مناسب باشد. اگر سنسور دیتا نویزی باشد شانس زیادی برای افزایش تعداد بیت ها وجود نخواهد داشت. افزایش عمق بیت ها، بالای ۱۲ بیت هم از لحاظ اجزا و هم از لحاظ قیمت بسیار پر هزینه است. به خاطر داشته باشید تصویر رنگی نمایش داده شده در مقابل مدیر امنیت عمق بیت ۸ دارد. این بدان معنی است که الگوریتم تبدیل ۱۰ بیت در سنسور به ۸ بیت در تصویر نمایش داده شده، به طور قابل توجه ای نیازمند عملکرد تکنولوژی WDR مناسب می باشد. به هنگام طراحی دوربین های مدار بسته WDR، نویز عامل مورد چالش می باشد. دوربین های دیجیتال در معرض دامنه وسیعی از نویز هستند وجود این نویزها باعث می شود که پیکسل ها ارزش و شدت واقعی خود در تصویر را نتوانند نمایش دهند با توجه به چگونگی ساخت تصویر نویزهای مختلفی وجود دارد. حتی در دوربین های پیشرفته نیز این تکنولوژی وجود دارد. چرا که نویز در فوتون ها به علت طبیعت نور است. اگرچه دوربین ها می توانند نویز تصویر را جبران کنند اما انجام زیاد آن باعث به وجود آمدن حالت های بالا خواهد شد.
توسعه محدوده دینامیکی به منظور دسترسی به WDR
راه های زیادی برای گسترش محدوده دینامیکی یک دوربین هنگام نصب دوربین مدار بسته بدون گسترش عمق بیت پیکسل ها وجود دارد که بسیار پرهزینه است. یکی از راه های دستیابی به WDR استفاده از Exposure time مختلف از پیکسل های مختلف است. این کار از راه های مختلفی به وجود می آید. یکی از این راه ها ترکیب ۲ یا بیشتر تصاویر با فریم بالا که Exposure time مختلفی دارند می باشد. یا به عبارت دیگر ترکیب سیگنال در سایه که یک تصویر شامل سیگنال است و تصویر دیگر شامل سایه. استفاده از چندین Exposure time بر روی تصاویر اشیای در حال حرکت تأثیر خواهند گذاشت. سپس حرکت محو شده و مکان شی برای اشیا با روشنایی های مختلف متفاوت خواهد شد. برای مثال تصویر سیاه سفید فوتبال، در قسمت های تاریک آن بیشتر از جاهای روشن، پراکنده خواهند شد و در دو مکان جداگانه ای ظاهر خواهد شد.
محاسبه محدوده دینامیکی
در بسیاری از شرایط این قابلیت توسط واحد db مطرح می شودو این راه نشان می دهد که چگونه در شرایط سخت که تصویر بسیار روشن و یا بسیار تیره است، عملکرد دوربینهای مدار بسته چگونه خواهد شد. db واحد اندازه گیری نسبت است. برای مثال نسبت تشعشع روشنایی و تصاویر اشیا سیاه که توسط دوربینهای مدار بسته گرفته می شود. به خاطر داشته باشید که با نسبت روشنایی یکسان نیست. اگر نسبت ۱۰۰۰:۱ باشد، ۶۰dB می باشد. این مقدار به عنوان نویز الگاریتم نسبت محاسبه می شود. تاریکی های قابل ملاحظه به عنوان نویز سنسور پیکسل قابل تعریف می باشد. چرا که هر سیگنالی پایین تر از این مقدار به صورت نویز دیده می شود. با این تفاسیر یک Image Sensor خوب، محدوده دینامیکی در حدود ۷۰ dB را خواهد داشت. برخی از Image sensorها این مقدار را تا dB۱۰۰ افزایش خواهند داشت. برخی از Image sensor ها این مقدار را تا dB۱۰۰ افزایش خواهند داد. این دوربین های مدار بسته با استفاده از تکنولوژی Multi-Frame Exposure باعث افزایش اندازه Detection خواهند شد. این امر باعث افزایش محدوده دینامیکی سنسور خواهد شد. اما همیشه دستیابی به WDR بهترین راه حل نخواهد بود. برخی از دوربین های تحت شبکه از سنسورهای با محدوده دینامیکی بالایی استفاده می کنند که باعث می شود در شرایط سخت تصویر، به خوبی از پس آن برآیند. مقدار dB به تنهایی نمی تواند ظرفیت WDR را نشان دهند. به هنگام مقایسه دوربین های مدار بسته از سازنده های مختلف، مهم آن است که بدانیم dB تنها تخمین توانایی دینامیکی دوربین مدار بسته است.
ردآوری و تنظیم و ارائه: توسط واحد تحقیقات شرکت مهندسی صنایع و تجهیزات آراد تصویر
