لنزهای P-iris از تکنولوژی جدیدی در لنز دوربین های مدار بسته بهره مند هستند و کارآمدی فوق العاده ای در دوربین های دارای پیکسل بالا ایجاد می نمایند. کارکرد لنزهای iris مشابه ساختار چشم انسان، با داشتن دریچه هایی قابل تنظیم در جهت کنترل نور وارد شده به لنز می باشد. هر قدر دیافراگم بازتر باشد، مقدار نور داده شده به لنز دوربین مدار بسته بیشتر و تصویر بسیار روشن تری در اختیار خواهیم داشت. همانند مردمک چشم انسان، هر اندازه که نور محیط بیشتر باشد، دیافراگم جمع تر شده در نتیجه تصویر نهایی از نظر روشنایی مناسب خواهد بود.زمانی که دیافراگم تغییری ننماید، تصویری محو و غیرشفاف در شرایط نوری بالا و تصویر کدر و تاریک در نور کم خواهیم داشت اندازه دیافراگم بر کیفیت تصاویر دوربین های مداربسته تأثیر بسیاری خواهد داشت در صورت باز بودن بیشتر دیافراگم، عمق دید در فضای محیطی کاهش می یابد. عمق دید در واقع فاصله ای است که دوربین قادر است تصویر اشیاء را در آن فاصله به خوبی دریافت نموده یا روی آن شیء فوکوس نماید. داشتن عمق دید مناسب از جمله مسائل مهم در کاربردهای نظارتی دوربین های مدار بسته بوده و امکان داشتن تصویر واضحی از زاویه مورد نظر توسط دوربین مدار بسته را در پی خواهد داشت همانطور که اشاره شد، اندازه دیافراگم تأثیر مستقیم بر وضوح تصویر دارد لذا زمانی که روزنه دوربین مدار بسته به مقدار کمی باز است تصویر غیر واضحی به علت عدم انطباق فاصله کانونی خواهیم داشت. در نتیجه بسته بودن دیافراگم دارای حد و مرزی بوده و جمع شدن بیش از حد آن باعث تیرگی و محو شدن تصاویر دوربین به علت کمبود فوتون ها و متعاقبا تجزیه آنها بین پیکسل های لنز می شود.
این مساله معمولا در محیط های بیرونی که نور زیادی دارند به وجود آمده و در شرایط نوری بالا، هم زمان با بسته شدن بیش از حد دیافراگم، فوتون های نوری که بایستی به سنسور یک پیکسلی برسد، مابین چند پیکسل پراکنده شده، لذا تصویری کدر با رنگ های از هم پاشیده به وجود خواهد آمد. متأسفانه این مشکل در بسیاری از دوربین های مدار بسته با سنسورهای مگاپیکسلی نیز وجود دارد.
از کمیت های لنزهای iris اندازه دریچه iris مستقل از لنز است لذا کمیتی به نام F-number برای بیان تأثیر آن در تصاویر استفاده می شود. F-number کمیتی بدون واحد است که نسبت فاصله کانونی به قطر دریچه iris به دست می آید بنابراین در صورت داشتن فاصله کانونی ثابت، نسبت معکوس بین F-number و قطر دریچه iris وجود دارد. با این فرضیه، نمودار زیر رابطه بین سایز دریچه iris (که نسبت معکوس با F-number دارد) و کیفیت تصاویر را نشان می دهد:
با افزایش مقدار F-number کیفیت تصاویر افزایش پیدا می کند. ولی از نقطه ای به بعد به علت کاهش بیش از حد قطر دیافراگم (افزایش F-number) کیفیت تصویر به دلیل تجزیه نور در اثر تداخل (یا همان پدیده پرش) که در قبل توضیح داده شد، به هم ریخته و خراب می شود.
انواع لنزهای iris
لنزهای iris براساس نحوه کنترل آنها (برای باز یا جمع شدن) دسته بندی می شوند. در حالت کلی این لنزها به دو دسته اتوماتیک و دستی تقسیم می شوند.
لنزهای iris دستی
در این نوع لنز، دیافراگم از طریق یک رینگ که در دو لنز قرار دارد، تنظیم می گردد. کاربرد این نوع از لنز در دوربین های مدار بسته در اماکنی با نور تقریبا ثابت مانند محیط داخل ساختمان می باشد.
لنزهای iris اتوماتیک
این نوع لنزها دارای مکانیزمی هستند که جهت کنترل دیافراگم برای محیط هایی با سطوح نوری متفاوت بدون نیاز به مداخله مستقیم انسان عمل می کنند. و کاربرد آنها در محیط های بیرونی که عموما از سطوح نوری مختلف برخوردار و دائما در حال تغییراند کاربرد دارند.
Iris ویدئویی
لنز iris ویدئویی از یک موتور پله ای برای تغییر دیافراگم در پاسخ به تغییرات نور محیط استفاده می کند. سیگنال ویدئویی پس از تبدیل به سیگنال های الکترونیکی توسط کنترلر موجود در لنز موتور فوق را در جهت کنترل دیافراگم (دریچه) دوربین مدار بسته، اعم از باز یا بسته شدن آن هدایت می کند. این مدار کنترلی در داخل لنز تعبیه می شود و بنابراین، این نوع لنزها گران هستند.
DC iris
مکانیزم کنترلی این نوع از لنزها تا حدود زیادی مشابه نوع ویدئویی آن هستند با این تفاوت که در این مدل از لنزها مدار کنترلی در خود دوربین مداربسته(دوربین تحت شبکه IP ) تعبیه می شود.
لنزهای P-iris مدل جدیدی از لنزها هستند که برای جبران ضعف لنزهای iris اتوماتیک طراحی شده اند.
بررسی ضعف لنزهای auto-iris
در حالی که لنزهای iris اتوماتیک در پاسخ به تغییرات نور در محیط توسط مدار کنترلی موجود در آنها، دیافراگم شان را تنظیم می کنند. این مراحل دارای یک ضعف بسیار جدی می باشد. این ضعف در نوع DC-iris بررسی می شود و این استدلال قابل تعمیم به iris ویدئویی نیز می باشد.
همانطوری که در بالا اشاره شد یک لنز DC-iris در واکنش به تغییرات نور در محیط توسط مدار کنترلی اش اقدام به باز و بسته کردن دیافراگم نموده و از این طریق روشنی تصویر را تنظیم می کند. این عمل را بدون توجه به پارامترهای دیگر تصویر مانند عمق دید انجام می دهد. بنابراین، این امکان وجود دارد که پس از تنظیم اندازه دریچه دوربین مدار بسته برای داشتن تصویر با روشنی مناسب عمل دید آن به شدت مختل شود. چون مدار کنترلی فقط در مورد روشنایی تصویر به دیافراگم فید بک (برگشت) داده و اطلاعات دیگری به دوربین مدار بسته برای برقراری تعادل بین ویژگی های مختلف دوربین مداربسته جهت ارائه تصویر با کیفیت نمی دهد.
چگونگی کارکرد P-iris
همانطور که پیش تر اشاره شد به علت ضعف لنزهای iris اتوماتیک لنزهای P-iris بر آنها غلبه نمودند. لنزهای P-iris نوعی از لنزهای auto-iris هستند ولی نه تنها به تنظیم خودکار دیافراگم توجه نمی کنند، بلکه کنترل دقیقی بر دیگر ویژگی ها دوربین مدار بسته هنگام نصب دوربین مدار بسته جهت داشتن تصویری با کیفیت دارند. افزون بر تمرکز دقیق لنز برای تنظیم دیافراگم جهت بالانس نمودن نور، یک لنز P-iris همکاری مناسبی با نرم افزار دوربین مدار بسته برای تعیین خودکار اندازه دریچه لنز برای تولید بهترین کیفیت تصویر می نماید. همچنین از P-iris از یک موتور پله ای بسیارعالی برای تنظیم دیافراگم استفاده می کند.
لنز P-iris این مزیت را نیز دارا است که پارامترهایی مانند تقویت سیگنال (در صورت نیاز) و یا زمان پرتودهی جهت بهینه سازی را به صورت الکترونیکی کنترل نموده و همزمان کیفیت تصویر را در نواحی مرزی اندازه دیافراگم که منجر به تداخل نوری بر اثر تجزیه بین پیسکل ها و در نتیجه ایجاد مشکل در تصویر می شد، حفظ نماید. در یک محیط بسیار روشن یک دوربین با لنز P-iris به گونه ای برنامه ریزی شده است که تغییر سایز دیافراگم اش قبل از به وجود آمدن پدیده پراش (تجزیه نور بین پیکسل ها) متوقف شود در اشکال زیر می توان تصویر بین لنزهای ترکیبی (DC-iris و auto-iris) با لنزهای P-iris را مشاهده نمود. در شکل اول که دوربین مدار بسته مجهز به لنز ترکیبی است عمق دید کاهش پیدا کرده و بر روی کاغذی که در جلو تصویر و نزدیک به دوربین است تمرکز نموده در حالی که در شکل بعدی که دوربین مدار بسته مجهز به لنز P-iris است عمل دید کاهش پیدا نکرده و تمام موارد دید دوربین به صورت کاملا واضح مشخص است.
لنزهای P-iris برخلاف لنزهای DC-iris قادر به ارائه تصویر با کیفیت بسیار بالا به خصوص در دوربین مدار بسته سی ان بی CNB با رزولوشن بالا و در محیط های با چالش نوری زیاد بوده که نتیجتا برای در اختیار داشتن تصاویر با کیفیت امری ضروری است.
دیافراگم نوعی محفظه باز شونده قابل تنظیم است که میزان نور عبوری از لنز را کنترل می کند. در کل سه نوع مختلف دیافراگم وجود دارد: ثابت، دستی و خودکار.
دیافراگم ثابت
لنزهایی با دیافراگم ثابت دارای روزنه ای ثابت هستند. این لنزها قابل تنظیم نیستند و برای انطباق یا تغییرات نوری مختلف کاملا به دوربین بستگی دارند. از آنها در دوربین های ثابت، فشنگی، دام و مقاوم در برابر حمله استفاده می شود. اگرچه این لنزها برای دوربین های کامل نیز ارائه شده اند، اما گزینه چندان معمولی نیستند.
دیافراگم دستی
لنزهایی با دیافراگم دستی دارای یک روزنه قابل تنظیم هستند. با حلقه ای که روی لنز قرار دارد می توان آنها را تنظیم و دیافراگم را باز یا بسته کرد. این نوع لنزها در دوربین های کامل گزینه ای بسیار معمول به شمار می روند و در دیگر انواع دوربین های مدار بسته اغلب به ندرت یافت می شوند.
دیافراگم خودکار
لنزهای دیافراگم خودکار دارای یک روزنه قابل تنظیم به صورت موتوری هستند. این لنز به طور خودکار و براساس شرایط و تغییرات نوری مختلف تنظیم می شود و به وسیله کابلی به دوربین مدار بسته وصل می گردد. این نوع لنز گزینه ای بسیار معمول در دوربین های مدار بسته کامل است و گاهی اوقات در دیگر انواع دوربین ها هم ارائه می شود.
دوربین های مخصوص محیط های خارجی
برای دوربین های مدار بسته محیط های خارجی و در کل هر موقعیتی که در آن دوربین مدار بسته با تغییرات نوری زیادی همراه است، ترجیحا از لنزهایی با دیافراگم خودکار استفاده می شود. تفاوت هزینه لنزهای دیافراگم خودکار با لنزهای دستی برای دوربین های مدار بسته کامل بسیار ناچیز است. اما این لنزها برای دوربین های دیگر از قبیل فشنگی و مقاوم در برابر حمله همواره موجود یا به صرفه نیستند. تولیدکنندگان چنین دوربین هایی گاهی اوقات لنزهای دیافراگم خودکار را همراه با ارتقای سیستم ارئه می کنند، اما معمولا با قیمتی بسیار بالاتر از لنزهای استاندارد ثابت. لنزهای دیافراگم ثابت در بسیاری از محیط های خارجی روی دوربین های ناکامل به لطف محفظه دیافراگم الکترونیکی خودکار به خوبی کار می کنند. تصاویری با میزان کنتراست بالا (بسیاری از مناطق تاریک و روشن اشیا) و با میزان بازتاب پذیری بالا گاهی اوقات با درخشندگی زیاد، لکه و تاری همراه می شوند. این مشکل در محیط های پارکینگ خودرو امری معمول است.
انواع لنز دیافراگم خودکار
معمولا لنزهای دیافراگم خودکار در دو نوع هستند:
لنزهای ویدئویی و DC
لنزهای دیافراگم خودکار ویدئویی از نوع هوشمند هستند. آنها مدارهایی دارند که از سیگنال های ویدئویی نمونه برداری می کند و به تغییرات سطح نوری محیط پاسخ می دهد. براین اساس، لنز برای باز یا بسته شدن روزنه دیافراگم تصمیم می گیرد. علاوه براین، لنزهای این چنینی دارای تنظیماتی هستند که پاسخ آن را با توجه به محیط مناسب تر می سازد.
تنظیمات لنز روی قسمت کناری آن قرار دارد. این تنظیمات (سطح) میزان پاسخ دهی دیافراگم را کنترل می کند. به وسیله آن می توان تصویری را تاریک تر یا روشن تر ساخت. تنظیمات ALC میزان سرعت پاسخ دهی دیافراگم را کنترل می نماید. می توان آن را برای تنظیم کنتراست تصویر به کار گرفت.
لنزهای دیافراگم خودکار DC
لنزهای دیافراگم خودکار ویدئویی به صورت بی صدا هستند. لنزهای دیافراگم خودکار نوع DC تنها یک موتور دارند. آنها هیچ مداری برای تنظیمات کنترلی ندارند و هرگونه تنظیماتی برای واکنش دیافراگم توسط دوربین صورت می گیرد.
لنزهای دیافراگم خودکار ویدئویی در برابر DC
لنزهای ویدئویی در موقعیت های سخت به شما انعطاف پذیری بیشتری می دهند، اما با هزینه بیشتری همراه هستند. لنزهای دیافراگم خودکار DC معمولا بسیار ارزان تر و همچنین بسیار معمول تر از لنزهای دیافراگم خودکار ویدئویی می باشند.
قابلیت انطباق دوربین و لنز
معمولا مشکلی در زمینه عدم انطباق دوربین و لنزهای دیافراگم خودکار وجود ندارد یا اینکه بسیار کم است. مشکل زمانی است که بخواهیم از تجیهزات کنونی استفاده کنیم و لنزها و دوربین های سیستم را ازتقا دهیم. برخی از دوربین ها اصلا داریوهای دیافراگم خودکار را ندارند. برخی از دوربین های قدیمی تر تنها از لنزهای دیافراگم خودکار ویدئویی پشتیبانی می کنند، برخی از دوربین های جدیدتر تنها از لنزهای دیافراگم خودکار DC پشتیبانی می کنند. بسیاری از دوربین ها هر دو نوع لنز را پوشش می دهند و با کلیدی که روی دوربین قرار دارد می توان نوع لنز را تغییر داد.
نصب لنز دیافراگم خودکار
بسیاری از دوربین های جدید برای اتصال لنزهای دیافراگم خودکار تنظیمات پایه چهار پینی و استاندارد صنعتی دارند. این نوع لنزها روی سطح کناری دوربین نصب می شوند. برخی از دوربین های قدیمی تر دارای رابط یا تنظیمات سیم کشی مختلفی روی پایه چهار پینی مشابه هستند یا اینکه رابط در پشت دوربین قرار گرفته است. فروشندگان لنز معمولا با انطباق دادن شماره مدل دوربین می توانند رابط و تنظیمات پین مورد نیاز آن را ارائه دهند. بسیاری حتی رابط مورد نظر را در محل کارخانه نصب هم می کنند. رابط های لنز بسیار کوچک هستند و به راحتی هنگام لحیم شدن آسیب می بینند.
عدد F
به قابیلت لنز برای عبور دادن نور عدد F گفته می شود. هرقدر که این عدد در یک لنز کمتر باشد، نور بیشتری از آن عبور می کند. لنزی با عدد 2,0F نصف لنزی با عدد 1,4 از خود نور عبور می دهد و برعکس یک لنز با عدد 1,0F دو برابر بیشتر از لنزهای 1,4 نور را عبور می دهد.
چگونگی تهیه دوربین مدار بسته دید در شب مناسب.
قواعدی برای انتخاب دوربین های IR و LOW-LUX
جامعیت و طراحی مناسب یک سیستم بستگی به انتخاب درست محصولات IR و دید در شب دارد. در نظر گرفتن دقیق دوربین مدار بسته و محصولات جانبی اش مانند لامپ های IR، لنزها، پوشش محافظ و منبع تغذیه قبل از تعیین وجود یا عدم وجود اشعه IR می تواند با محصول سازگار باشد و یا روی کیفیت تصاویر اثر بگذارد.
بخش پیش رو چند راهنمایی را معرفی می کند که به کمک آن می توان سازگاری محصول را مانند امنیت محصولات نصب شده تضمین نمود.
دقت به دریچه دیافراگم دوربین
سایز دریچه دیافراگم دوربین مدار بسته در حال کوچک شدن است و در حال حاضر سایزهای متنوعی از 11/.8 اینچ تا 1/4 اینچ در بازار موجود است. سایز دریچه دیافراگم دوربین مدار بسته مشخص کننده میزان نوری است که می تواند از لنز عبور کند و به سنسور تصویر برسد. دریچه دیافراگم بزرگتر، اکسپوژر یا پرتودهی به تصویر را بیشتر می کند در حالی که دریچه دیافراگم کوچکتر این را کم می کند. نکته حائز اهمیت دیگر این است که در لنز فاصله کانونی و سایز دریچه دیافراگم نسبت عکس دارند. مثلا لنزهای 4 میلیمتری فاصله کانونی 1.2 تا 1.4 دارند اما لنزهای 50 میلیمتر تا 200 میلیمتری ماکزیمم فاصله کانونی 1.8 تا 2.2 می توانند داشته باشند. در نتیجه این امر روی پرتودهی نور اثر می گذارد و هنگامی که با یک فیلتر IR استفاده شود می تواند روی دقت رنگ نیز اثرگذار باشد.
تشخیص دوربین هایی که به نور کم نیاز دارند
حداقل نرخ تابش نور یک دوربین مدار بسته پایین ترین آستانه نوری لازم را برای ضبط یک ویدئو یا گرفتن عکس یا کیفیت قابل قبول و قابل تشخیص مشخص می کند. سازندگان دوربین مدار بسته حداقل نور لازم را برای دریچه دیافراگم دوربین های مختلف مشخص می کنند که همان حداقل تابش مورد نیاز یا نرخ حساسیت دوربین است. اگر حداقل نرخ نور دوربین مدار بسته بیشتر از طیف نور IR باشد، فاصله مؤثر تحت تأثیر قرار می گیرد که این امر منجر به نقص تصویر می شود. تصویر حاصل دارای مرکزی روشن و حاشیه ای تاریک خواهد بود. به همین جهت سازگار با نور کم بودن یا نبودن دوربین می تواند یک عامل تأثیرگذار و حیاتی برای پارت تصویری در محیط های کم نور باشد.
با توجه به گزینه های دوربین های سیاه / سفید یا روز / شب، دوربین های رنگی / مونوکروم، جدا از امکانات نوری تعبیه شده در دوربین، سنسور CCD نیز گستره وسیعی از طیف دارد که آن را نسبت به نور مرئی و IR حساس میسازد.
بدین ترتیب، دوربین قادر است در هر دو شرایط نور کم یا شب یک تصویر مونوکروم شفاف و واضح ارائه دهد. هنگامی که دوربین روز / شب، سیاه / سفید استفاده می شود، قادر است سیگنال رنگی را ارسال کند. سنسور CCD سیگنال ها را به رنگ های اولیه قرمز، آبی و سبز انتقال می دهد تا یک خروجی تصویر واقع در طیف مرئی را ارائه دهد. فناوری حاضر حساسیت روز/ شب، رنگی / مونوکروم نسبت به نور IR را ممکن می سازد.
نظارت تصویری مخفی در شرایط نور کم و شب
کارایی هوشمندی از فناوری MASKINGقادر است به نورهای IRاجازه پوشش تنها ناحیه، ساختمان یا زیربناهایی که نیاز به نظارت دارند را بدهد و از خروج نور و آشفته ساختن یا مقدار زیاد نور در تصویر و ویدئو جلوگیری می کند. سنسورهای نوری اپتیکی که نسبت به نور و گرما حساسند را می توان طوری تنظیم کرد که فقط در صورتی که نور از حد بحرانی کمتر شد یا فرد مشکوکی نزدیک شد واکنش نشان دهد.
مکان یابی سریع دوربین های IR
لنزها و اندازه دوربین های CCDدر حال کوچک شدن هستند و در نتیجه روز به روز در حال پیشرفت هستند. آنها امروزه امکان تنظیمات متعدد کانونی و فاصله را دارند. اندازه و وزن کاهش یافته دوربین ها و لنزها به دوربین اجازه نصب با انعطاف پذیری بیشتر را می دهد. امروزه تنظیم و زوایا و موقعیت ها مانند PTZ و امکانات دوربین IRممکن است. هنگامی که دوربین دید در شب در اتصال با دوربین های IRیا روشنایی های IRو تنظیمات مختلف قرار میگیرد این امکان وجود دارد تا دوربین دید در شب را در لحظه روی نقطه مورد سؤال متمرکز کرد.
سازگاری بین دوربین و لنز
دوربین ها معمولا با شاتر اتوماتیک و ویژگی هایی همچون AES و AGC همراه هستند. این ویژگی ها می توانند ضبط در حالت دید در شب را بهبود بخشند.
الزام دیگری که دوربین های دید در شب دارند این است که لنزها باید دارای مدهای اتوماتیک باشند تا به طور خودکار تفاوت نورهای بین روز و شب را تنظیم کنند.
شرایط منبع تغذیه دوربین
هنگام استفاده از تابش IR، شامل لامپ LED، IRهای IR، جریان و ولتاژ منبع تغذیه در ابتدا و انتهای سیستم نظارتی باید واحد و مشخص باشد. فاصله کابل هم روی سیستم اثرگذار است چون جریان حین طی کردن این فاصله ضعیف میشود. اگر لامپ های IRزیادی در فاصله خیلی دور از منبع تغذیه جریان مستقیم 12 ولتی ممکن است باعث بالاتر بودن ولتاژ نزدیک ترین روشنایی به منبع تغذیه، شود در حالی که برای آنهایی که دورتر هستند ولتاژ به طور قابل ملاحظه ای کمتر و ضعیف تر است. به علاوه نوسانات ولتاژ ممکن است طول عمر لامپ های IR را کاهش دهد. در عین حال اگر ولتاژ پایین تر از حد معمول باشد ممکن است عملکرد نیز تحت تأثیر نور ناکافی و فاصله قرار گیرد. بدین ترتیب توصیه می شود که از یک منبع تغذیه جریان متناوب 240 ولتی استفاده شود چون نوسانات جریان مستقیم بین جریان متناوب 100 تا 240 ولت، قدرت خروجی پایدار و عملکرد پایدار لامپ ها را تضمین می کند.
