Optimizacija svjetla u videonadzoru

U drugom tekstu o važnosti adekvatnog osvjetljenja za izvlačenje maksimalnih performansi iz CCTV sistema govorimo o optimizaciji i odabiru ključnih komponenti za ovaj zadatak
Piše: Mirza Bahić
E-mail: redakcija@asadria.com

Svjetlosni parametar opisuje osjetljivost CCTV kamere na svjetlost. U osnovi, njime se mjeri minimalni nivo svjetlosti potreban za kreiranje prihvatljivih slika. Izvor rizika su specifikacije samih proizvođača jer jedna slika može biti “prihvatljiva” za jednu osobu, a potpuno neprihvatljiva za drugu. Osjetljivost se obično mjeri u luxima, pri čemu proizvođači kamera navode minimalni nivo luxa potreban za dobijanje prihvatljivih slika. Međutim, proizvođači istovremeno rijetko navode da li minimalna vrijednost u luxima predstavlja minimalnu svjetlost na sceni, u objektivu ili u čipu kamere.

Mada su tvrdnje proizvođača o luxima često precijenjene, te iako navedena minimalna količina opisuje samo performanse kamera s vidljivim svjetlom, ovaj parametar je i dalje jedino lako dostupno mjerilo osjetljivosti kamere. Spektralni odziv opisuje kako kamera radi u rasponu različitih talasnih dužina svjetlosti. Za CCTV rasvjetu posebno su važne performanse kamere u infracrvenoj boji.

Parametri objektiva
Otvor blende ili f-stop objektiva određuje koliko svjetlosti prolazi kroz njega do čipa kamere. Jednostavno rečeno, što je prateća vrijednost niža, to kroz objektiv prolazi više svjetla – mada kvalitet i način izrade objektiva također utječu na prolaznu svjetlost.
Transmisija, odnosno prijenos je vrijednost kojom se mjeri efikasnost objektiva. Kako svjetlost prolazi kroz objektiv, određeni nivo svjetlosti se gubi zbog materijala, debljine i karakteristika premaza. Objektivi s većom efikasnošću propuštaju veći procenat svjetlosti.

Specijalistički objektivi
Asferični objektivi pružaju vrhunske performanse pri slabom osvjetljenju jer koriste više dostupne svjetlosti. Dok standardni objektivi mogu izgubiti nešto malo svjetla na rubovima, asferične verzije posjeduju specijalni prednji profil za hvatanje cjelokupne dostupne svjetlosti, pa su ova rješenja pogodna za rad pri slabom osvjetljenju. Objektivi s IC korekcijom su dizajnirani da otklone problem pomjeranja fokusa između režima rada tokom dana i noći korištenjem specijalne tehnologije stakla i premaza. Na taj način se smanjuje disperzija svjetlosti. Pomak fokusa uzrokovan je različitim talasnim dužinama svjetlosti. Svaka pojedinačna dužina fokusira se na različite tačke nakon prolaska kroz CCTV objektiv. Objektivi korigirani za boje propuštaju samo vidljivo svjetlo i fokusiraju svaku pojedinačnu boju vidljivog spektra na istoj tački. Oni na taj način prikazuju prave boje i oštre slike. Izvori svjetlosti, uključujući sunce, proizvode širok spektar osvjetljenja. Bijela svjetlost kakvu poznajemo je jednostavno raspon svjetlosnog spektra koji je vidljiv ljudima. Objektivi moraju kontrolirati kakvo svjetlo prolazi kroz kameru kako bi stvorili tačnu sliku prema onome što su ljudi u stanju percipirati.

Uloga filtera
Kod videonadzornog sistema se za kontrolu i promjenu osvjetljenja koristi više različitih filtera. Filteri neutralne gustoće (ND) se koriste za smanjenje intenziteta svjetlosti reflektiranjem ili upijanjem određenog postotka svjetlosti. Gradirani su po optičkoj gustoći koja se odnosi na to koliko svjetlosti mogu apsorbirati. U CCTV sistemu ND filteri se koriste za smanjenje intenziteta dnevne svjetlosti, omogućavajući podešavanje nadzornih kamera za uvjete rada u mraku. Poželjno je kalibrirati kamere u najtamnijim mogućim uvjetima. U tom slučaju, kada se otvor blende zatvori za vrijeme najvećeg intenziteta svjetla, slika će ostati u fokusu zbog produžene dubinske oštrine.
Longpass filteri blokiraju kraće, a prenose duže talasne dužine. Definirani su talasnom dužinom pri kojoj propuštaju 50% svjetlosti i često se koriste za infracrvene sisteme. Naprimjer, infracrveni uređaj sa sijalicom od 715 nm koristit će 715 nm longpass filter za otklanjanje svjetla vrijednosti ispod 715 nm i propuštanje svjetla iznad 715 nm. Ovi filteri su skupi i lako se kvare. Shortpass filter ili filter za kraće talasne dužine radi suprotno od longpass filtera. On propušta svjetlost na kraćim talasnim dužinama i odbacuje duže talasne dužine. Ne koristi se često u CCTV sistemima.

Infracrveni filteri su dizajnirani da blokiraju infracrvene talasne dužine, ali da propuštaju vidljivo svjetlo. Nadzorne kamere ih obično koriste za kreiranje slike u boji koja preciznije odražava ono što ljudsko oko vidi. To se postiže blokiranjem infracrvenog svjetla koje kamera može vidjeti, ali ljudsko oko ne. Polarizirani filteri se koriste u CCTV sistemima za smanjenje svjetlosti od refleksije. Posebno su korisni za smanjenje reflektiranog svjetla iz stajaće vode ili prozora. Njihov ukupni učinak je zatamnjenje scene. LED sistemi ne trebaju filtere za kreiranje ispravne talasne dužine svjetlosti i zato su učinkovitiji i isplativiji.

Kako najbolje postaviti rasvjetu za videonadzor?
Kada je u pitanju ugao rasvjete, osvjetljenje bi trebalo odgovarati uglu na kojem je kamera, odnosno objektiv postavljen kako bi se osigurale najbolje performanse. U protivnom će kod odabira preuskog ugla osvjetljenja kamera vidjeti samo svijetlu tačku u sredini slike. Istovremeno, kontrast između svijetlih i tamnih područja će biti prevelik za prikaz dovoljno kvalitetnih slika. S druge strane, preširoko postavljeno osvjetljenje troši energiju i smanjuje postignuti domet. Osvjetljenje bi trebalo odgovarati uglu kamere i objektiva kako bi se postigle optimalne performanse. Nakon odabira ugla potrebno je razmotriti i udaljenost pokrivenosti. Instalateri i projektanti trebaju biti svjesni da se s povećanjem ugla osvjetljenja pokrivenost, zapravo, smanjuje. Za kamere srednjih performansi smanjite udaljenost za najmanje 30%. Za kamere niskih performansi udaljenost se može smanjiti za najmanje 50%. Precizne performanse bilo kojeg osvjetljivača u CCTV sistemu ovise o kombinaciji kamere i objektiva. Za najbolje rezultate trebalo bi koristiti kameru visoke osjetljivosti s objektivom s dovoljno visokim parametrom prijenosa. Općenito, CCTV sistem je dobar onoliko koliko je dobra i njegova najslabija karika.

Infracrveno ili bijelo svjetlo?
Odabir uveliko ovisi o namjeni sistema. Infracrveno svjetlo omogućava kamerama da isporuče upotrebljive slike i tokom noći. 850 nm IC svjetlo omogućuje funkcije daljinskog nadzora i posjeduje diskretan, ali i vidljiv sjaj koji može skrenuti pažnju na kameru i odvratiti kriminalne aktivnosti. 940 nm IC svjetlo nema vidljivog sjaja, pa je savršeno za prikriveni nadzor. Ipak, za optimalan rad potrebna je kamera koja je veoma osjetljiva na IC svjetlo. Inače, infracrveno (IC) osvjetljenje je najčešći tip svjetla koje se koristi duž ograde unutar perimetra. IC ne kreira svjetlosno zagađenje i, što je najvažnije, omogućava kameri da tajno snima tokom noći. To se, istovremeno, radi bez upozoravanja potencijalnih uljeza ili osiguravanja izvora svjetla za njihove aktivnosti.

Zahvaljujući brzom pokretanju, bijelo LED svjetlo može se koristiti za osvjetljavanje područja koje je sigurno za pješake, osoblje i vozila. Ono se može koristiti i kao sredstvo vizuelnog odvraćanja kada PIR sistem otkrije uljeza. U nekim slučajevima, bijelo svjetlo se može odabrati kao opcija za osvjetljavanje cijelog perimetra. Bijelo svjetlo se automatski aktivira kao trepćuće sredstvo za odvraćanje uljeza i alat za preciznu identifikaciju napadača. Korištenje bijelog svjetla samo kada je to potrebno osigurava svođenje svjetlosnog zagađenja na minimum, a da se pritom dobija optimalni nivo sigurnosti. Ipak, zbog svjetlosnog zagađenja i činjenice da su kamere prijemčivije za IC, bijelo svjetlo se češće koristi kao sredstvo odvraćanja.

Hibridni model
Druga mogućnost koju bi projektanti mogli razmotriti je upotreba hibridnih osvjetljivača. Oni predstavljaju sveobuhvatno rješenje koje kombinira infracrveno i bijelo svijetlo u jednu jedinicu. To znači da se jedan osvjetljivač može koristiti za tajni nadzor, ali i kao sredstvo za odvraćanje uljeza u vidu bijele svjetlosti. Hibrid također omogućava korisniku da kontrolira talasnu dužinu i neprimjetno se prebacuje između infracrvenog i bijelog svjetla.

Kvalitet slike i udaljenost
Ograde duž perimetra često pokrivaju velika područja, pa je udaljenost i pokrivenost izvorima svjetlosti jedna od glavnih stavki koju projektanti trebaju uzeti u obzir. Jednako je važno razmotriti i kako će osvjetljivač pomoći kameri da kreira najkvalitetnije moguće slike. Osvjetljivači koji mogu ponuditi pokrivenost na većoj udaljenosti mogu omogućiti uštedu kroz smanjenje ukupnog broja uređaja poput kamera, stubova za osvjetljenje, kablova i druge dodatne opreme u sklopu instalacije. Proizvođači često objavljuju podatke o podržanim udaljenostima koje njihovi osvjetljivači mogu postići. Ipak, važno je shvatiti da se kod različitih proizvođača kvalitet slike na istoj navedenoj udaljenosti može značajno razlikovati. Etablirani proizvođači trebali bi biti u mogućnosti da pruže detaljne podatke o performansama svojih osvjetljivača, pa se zato izrada detaljnog projekta rasvjete uvijek preporučuje kao praksa kako bi se osiguralo postizanje optimalnih nivoa svjetlosti.

Smanjenje potencijalnog žarišta
Jedan od načina da se osigura kvalitetnija slika je odabir osvjetljivača koji koristi tehnologiju koja smanjuje disperziju i pojavu žarišta i nudi ravnomjerno osvjetljenje unutar cijele scene. To mogu biti uređaji koji nude raspršeni snop eliptičnog oblika koji usmjerava svjetlo tamo gdje je potrebno. Tako se podržavaju veće udaljenosti, smanjuje rasipanje svjetla i osigurava njegova ravnomjerna raspodjela unutar slike. Ujednačenost svjetla ključna je za minimiziranje rizika od pojave žarišnih tačaka.

Hardverska integracija
Za primjene u okviru kojih se koriste uređaji poput IP kamera ili PIR sistema, bitno je uključiti osvjetljivač s omogućenim IP-om koji može pružiti automatizirani odziv osvjetljenja. Naprimjer, ako PIR senzor detektira kretanje uljeza, može se aktivirati alarm za automatsko uključivanje bijelog svjetla (kako bi se uljez prepoznao) ili pokrenuti svjetlo u režimu rada za odvraćanje napadača.

Analitika na kameri
Mnogi savremeni sistemi koriste analitiku na kameri, ali su oni učinkoviti koliko i njihova sposobnost kreiranja dosljedne i jasne slike. Tu rasvjeta igra važnu ulogu. Analitika na kameri često zahtijeva povećani nivo osvjetljenja u odnosu na standardne aplikacije, a ponekad čak i s najboljim modelima bez rasvjete nećete moći koristiti analitiku na kameri.

Softverska integracija
Projektanti bi trebali razmotriti i vrstu platforme za upravljanje sigurnošću koju konkretna lokacija koristi za nadzor i kontrolu kamera, osvjetljivača i drugih uređaja. Što se tiče specifikacije osvjetljivača, važno je izabrati tehnologiju koja se može integrirati s platformom za upravljanje sigurnošću koja se koristi na konkretnoj lokaciji. To znači da se budućim sistemom može lako upravljati i da se odgovori u vidu aktiviranja osvjetljenja mogu pokrenuti i preko drugih uređaja za detekciju. Ostali faktori uključuju jednostavnost specifikacije i puštanja u rad radi potencijalne uštede vremena i novca tokom početnih faza. Na kraju, tu je 2D ili 3D dizajn osvjetljenja kako bi se osiguralo postizanje adekvatnih nivoa osvjetljenja na cijeloj lokaciji.

Postavite osvjetljivač na pravilan način
Postavljanje osvjetljivača na odgovarajuću visinu uveliko će smanjiti intenzitet svjetla usmjerenog u prednji plan i spriječiti da prednji dijelovi scene budu izloženi pretjeranoj ekspoziciji. Tehnologija 3D difuzora otklanja ovaj problem distribucijom svjetla u prednji plan i pozadinu scene, što omogućava ravnomjerno osvijetljene CCTV snimke. Kada montirate osvjetljivač s kućištem kamere, osvjetljivač treba postaviti ispod kamere. On treba biti udaljen najmanje 300 mm od kamere. Insekte i pauke privlači upravo toplina koju stvara osvjetljivač i oni mogu ometati analizu videosadržaja i softver za detekciju pokreta. Pauci se gnijezde u blizini izvora topline i mada to malo utječe na izlaz osvjetljenja, niko ne želi gledati pauke na objektivu. Ako je osvjetljivač postavljen iznad kućišta kamere, javit će se sjena koja može otežati nadzor na isti način kao i sunčeva svjetlost iza objekata.

Sinhronizirajte kameru i osvjetljivač pomoću IO portova
Postoje dva načina da ovo uradite, u odnosu na to gdje je fokus: na kameri ili osvjetljivaču. U slučaju kamere kao vodeće komponente odluka se temelji na kvalitetu videa. Prednost je u tome što vam to daje veću fleksibilnost, a nedostatak je činjenica da će se, kada se uključi osvjetljenje, kamera prebaciti na jednobojni prikaz i nivo šuma na slici će se znatno povećati. Iako kamere koriste sistem kašnjenja da izbjegnu ovu pojavu, s vremena na vrijeme osvjetljenje može nadjačati ovu zaštitnu mjeru. Kada je u pitanju osvjetljivač kao vodeća komponenta, prednost je u tome što kod njegovog aktiviranja kamera prelazi na jednobojni prikaz na osnovu apsolutnog nivoa svjetlosti. Pod pretpostavkom da je sve ispravno postavljeno, kamera će proizvesti slike s niskim šumom i neće doći do preranog prebacivanja. Ali, nedostatak je u tome što nivo svjetlosti na fotoćeliji ne mora nužno biti isti kao i na sceni.

Osvjetljenje pomaže kod jasnijeg prikaza
Megapikselne kamere imaju slične veličine senzora za snimanje fotona kao i kamere standardne definicije, ali ova površina je podijeljena na daleko manje segmente poznate kao pikseli. Podjela ukupnog osvjetljenja na više piksela znači da svaki piksel dobiva proporcionalno manje svjetla. Ovo stvara videosignal lošijeg kvaliteta, osim ako se ne poveća funkcija prijema svjetlosti ili broj fotona koji padaju na senzor. Zato se kompromis kod povećanja rezolucije obično sastoji u pripremi za pad performansi pri slabom osvjetljenju. Ali, više piksela znači više komponenti, posebno za CMOS senzore, koji donose dodatnu toplinu u aktivnu zonu senzora, što dovodi do povećanja šuma slike koja se javlja po danu i po noći. Kako bi se omogućilo snimanje visoke jasnoće pri slabom osvjetljenju, treba odabrati megapikselne kamere koje nude balans između najviše rezolucije i osjetljivosti.
Isto vrijedi i za korištenje 1/4″ senzora, poput onih koji se nalaze u PTZ kamerama. Broj piksela često ostaje isti kao kod 1/3″ i 1/2″ senzora, ali se ukupna aktivna površina smanjuje. Slično je kod kamera mobilnog telefona: ako pokušate koristiti kameru u mraku, slike će biti loše. Zato je neophodno osigurati dovoljnu i odgovarajuću vrstu osvjetljenja za sve ključne primjene nadzora.

Infracrveno svjetlo za ekonomičniju pohranu
S obzirom na to da je pohrana jedan od najvećih izvora troškova koji se javljaju kod upravljanja videonadzornim sistemom, infracrveno svjetlo kroz smanjenje šuma na slici može znatno smanjiti zahtjeve za mrežnim kapacitetima za pohranu.
Niži nivo osvjetljenja povećava brzinu prijenosa kodiranih tokova videopodataka i to rezultira većim potrebama za pohranom. Instaliranje infracrvenog osvjetljenja omogućava kamerama da isporučuju visokokvalitetne noćne slike sa gotovo nepostojećim šumom. Smanjeni šum omogućuje bolju kompresiju, smanjenu brzinu prijenosa podataka, bolju iskoristivost propusnosti, manje zahtjeve za pohranom i prateće uštede.

Koristite IC za manje svjetlosno zagađenje
Na taj način ćete ostaviti noćni ambijent nepromijenjenim za ljude i životinje. Također, koristite bijelo svjetlo ako vam je potrebno sredstvo odvraćanja ili sigurnosno osvjetljenje u kombinaciji sa zaštitom. Infracrveni i LED osvjetljivači nude daleko veću energijsku efikasnost od proizvoda zasnovanih na sijalicama i kao takvi mogu donijeti ogromne uštede u smislu tekućih troškova i emisija CO2.

Odabir ispravnog osvjetljivača je važan kako se ne bi uzalud rasipalo svjetlo u dijelovima scene koje kamera ne prati. To dovodi do povećanja operativnih troškova i nižih performansi, posebno ako je ugao osvjetljenja širi od vidnog polja kamere ili, još gore, ako je ugao manji od vidnog polja. Naravno, moguća je pojava izrazito svijetle tačke u sredini ekrana s pretjeranom ekspozicijom i crnim oreolom oko nje. Kada koristite infracrveno osvjetljenje, uvijek birajte objektiv korigiran za IC ili objektiv s pomakom bez fokusa. Kako je infracrveno osvjetljenje dalje od središnjeg dijela vidljivog spektra, većina standardnih objektiva nije dizajnirana da se nosi s ovako širim rasponom. Objektivi s IC korekcijom imaju premaz na optici kako bi se i boje i infracrvene talasne dužine pravilno fokusirale na senzor. Ovaj premaz djeluje i antireflektirajuće u bliskom infracrvenom području, što povećava propusnost infracrvenog svjetla kroz objektiv i na senzoru.