Šta kameri omogućava snimanje u niskim svjetlosnim uslovima?

Noćni nadzor je kritična komponenta sigurnosti. IP kamera koja pruža dobru sliku u niskim svjetlosnim uslovima stoga može igrati ključnu ulogu. U ovom članku pobliže ćemo razmotriti sigurnosne kamere koje mogu snimati pri slabom osvjetljenju i istražiti tehnologije koje im to omogućavaju

Piše: William Pao, asmag.com; E-mail: redakcija@asadria.com

 Tri su vrste kamera koje se koriste za snimanje pri slabom osvjetljenju: specijalizirana low light ili kamera za noćno snimanje s objektivom, senzorom i procesorom signala slike za snimanje pri slabom intenzitetu svjetlosti, zatim kamera s IR osvjetljivačem i termalna kamera.

IR kamere za noćno snimanje dolaze s osvjetljivačima koji mogu emitovati infracrveno svjetlo radi dobijanja detaljne slike pri slabom osvjetljenju. Prave kamere za dnevno/noćno snimanje imaju IR filter, koji može filtrirati infracrveno svjetlo tokom dana. Nadzorne kamere imaju pametnu IR tehnologiju koja u skladu s tim prilagođava jačinu emitovanog infracrvenog svjetla. Odgovarajuća procjena lokacije je neophodna kako bi se utvrdilo da li je maksimalna udaljenost iluminatora dovoljna da adekvatno osvijetli područje kako bi se dobile kvalitetne slike pri slabom osvjetljenju.

Termalne kamere se oslanjaju na zračenje koje emituje objekat umjesto na vidljivu svjetlost. Što je neki predmet topliji, to više zračenja emituje. Senzor u termalnoj sigurnosnoj kameri detektuje toplotne obrise i prikazuje ih kao različite objekte na termalnoj slici. To ih čini idealnim za nadzor komercijalnih i stambenih područja ili državnih instalacija s malo ili nimalo svjetla ili područja sa slabom vidljivošću uzrokovanoj maglom ili dimom. Nove tehnologije kao što su bispektralne kamere, AI i videoanalitika čine današnje termalne kamere još moćnijima, proširujući njihovu upotrebu.

Kako radi kamera za noćno snimanje?

Kamera za snimanje noću ima niz funkcionalnosti koje joj omogućavaju da hvata jasnije slike tokom noći i u drugim zahtjevnim svjetlosnim uslovima. Ovo je važno jer se mnoge kriminalne radnje dešavaju noću. Prema američkom Uredu za maloljetničko pravosuđe i prevenciju delinkvencije, najviše se nasilnih zločina koje počine odrasle osobe dogodi oko 21 sat. Najbolja sigurnosna kamera za snimanje noću može pri slabom osvjetljenju uhvatiti slike dovoljno kvalitetne da mogu poslužiti kao forenzički dokaz za organe za provedbu zakona, odnosno istražitelje zločina. Također treba napomenuti da su ove kamere, osim snimanja pri slabom osvjetljenju, korisne i kada nije praktično koristiti osvjetljenje, bilo zbog cijene ili potrebe za prikrivenim snimanjem.

 Funkcionalnosti i karakteristike sigurnosnih kamera čine ih pogodnim za niz primjena. “Tipično se primjenjuju na mjestima gdje nema dodatnog osvjetljenja ili gdje kamere s integrisanim ili eksternim IR-om nisu poželjne. Neki od takvih primjera mogu biti kritična infrastruktura, parkovi, prodavnice ili nadzor gradova”, kaže Aaron Saks, viši menadžer marketinga proizvoda u Hanwha Techwinu. “Prvi i najčešći slučaj upotrebe je nadzor područja koja su podložna promjeni intenziteta svjetla, kao što su vanjski prostori i perimetri. U tim slučajevima kretanje sunca određuje uslove osvjetljenja, tako da je sigurnosnom osoblju potrebna kamera koja može dobro raditi i danju i noću. Koriste se i u zatvorenim javnim prostorima, kao što su parkirališta, koja u istom frejmu mogu biti izuzetno i svijetla i tamna”, ističe Stefan Lundberg, viši stručni inžinjer u Axis Communicationsu, i dodaje: “Izazov je u tome što su kamere često konfigurisane za određeni raspon svjetlosti, ali kada su slike nedovoljno ili preeksponirane, često je nemoguće identificirati objekte i ljude. Tehnologija kao što je široki dinamički raspon (WDR) može riješiti problem primjenom više nivoa ekspozicije, poboljšanjem kontrasta i naprednim algoritmima koji smanjuju šum i povećavaju signal slike.”

Dahua je, naprimjer, nedavno predstavila IP kamere sa Smart Dual Illuminators tehnologijom, pri čemu IR osvjetljenje koriste kao zadano rješenje za osvjetljenje, diskretno nadzirući scenu. Kada se dogode unaprijed definisani događaji – obično otkrivanje osobe na licu mjesta – Dahuina kamera automatski prelazi s infracrvenog na bijelo svjetlo, pružajući slike u boji.

Kako sigurnosna kamera snima noću?

Kamera za noćno snimanje ima više načina rada. U režimu slabog osvjetljenja kompenzacija pozadinskog osvetljenja (BLC), P-iris kontrola, vrijednost ekspozicije (EV), kontrola automatskog pojačanja i funkcije digitalnog smanjenja šuma rade zajedno kako bi se postigle jasne slike u boji u uslovima slabog osvjetljenja. U dnevnom i noćnom režimu kamera prelazi u IR način rada kada osvijetljenost padne na određeni broj luksa (obično 5 do 10 luksa, oko zalaska sunca). U IR modu kamera snima crno-bijele slike. Treba napomenuti da se s vremena na vrijeme može pojaviti fenomen koji se zove infracrveno zasjenjenje, pri čemu objekat postaje previše svijetao da bi se mogao identificirati. Da bi to prevazišao, korisnik može podesiti EV, BLC i postavke za smanjenje prekomjerne ekspozicije.

U uslovima slabog osvjetljenja kameri se može pomoći eksternim ili ugrađenim osvjetljivačem, koje može emitovati IR (nevidljivo) ili bijelo (vidljivo) svjetlo. “U postavci kamere može se promijeniti nivo svjetline slike; međutim, previše će unijeti šuma, pa je važno pronaći ispravan balans da bi se dobila optimalna slika. IR iluminatori se mogu koristiti za dobijanje svjetlijih slika u potpuno mračnim okruženjima. Međutim, u ovom načinu rada slike moraju biti prihvatljive kao crno-bijele. Manja brzina zatvarača pomaže da se dodatno poveća osjetljivost. S druge strane, to utječe na brzinu izmjene kadrova i naknadno zamućenje slike objekata u pokretu. Čak i mala količina svjetlosti može drastično poboljšati kvalitet slike noću, pa razmislite o postavljanju dodatnog osvjetljenja osjetljivog na pokret u kritičnim područjima”, kaže Adam Lowenstein, direktor upravljanja proizvodima u i-PRO Americasu.

“Dodavanje bijelog svjetla kameri može poboljšati performanse ako objekti nisu previše udaljeni. Općenito su važne postavke ekspozicije. Međutim, uvijek treba uzeti u obzir kompromis između kvaliteta i zamućenja slike. Poboljšanja slike kao što su WDR, smanjenje šuma ili poboljšanje intenziteta boja su korisni, ali mogu utjecati na zamućenje pokreta”, napominje je Sören Litwitz, šef upravljanja proizvodima za IoT portfolio u MOBOTIX-u.

Low-light sigurnosne kamere i jačina rasvjete

Proizvođači kamera često koriste količinu osvijetljenosti u luksima da naznače minimalno osvjetljenje potrebno da kamera za noćno snimanje snima video/slike vidljivog kvaliteta. Dakle, luks (mjerna jedinica osvjetljenja) označava količinu svjetlosti na određenoj površini i daje korisnicima informaciju o osjetljivosti kamere na slabo svjetlo. Jarka sunčeva svjetlost, naprimjer, ima 107,639 luksa, dok, kada je riječ o slabom osvjetljenju, pun mjesec ima 0,108 luksa, četvrtina mjeseca 0,0108 luksa, svjetlost zvijezda 0,0011 luksa, a oblačna noć samo 0,0001 luksa.

Umjesno je ovdje spomenuti da postoje stručnjaci koji dovode u pitanje određivanje potrebne količine luksa jer mjerenja ili testiranje osvjetljenja nisu standardizirani među brendovima te kamere mogu drugačije sakupljati svjetlost, što otežava ili dovodi do (potencijalno) nepreciznog upoređivanja kamera za noćno snimanje različitih proizvođača. Stoga bi kupci trebali koristiti ovo kao smjernicu, ali ne i apsolutnu vrijednost jer i drugi važni faktori utječu na ukupne performanse pri slabom osvjetljenju.

Koji je intenzitet svjetlosti potreban za noćno snimanje?

IP kamera koja snima pri slabom osvjetljenju s IR funkcijom može snimiti crno-bijele slike pri samo 0,0001 luksa. Međutim, hvatanje boja u mraku postaje sve važnije jer boja pruža više forenzičkih informacija. Najbolja sigurnosna kamera za noćno snimanje, dakle, može snimiti dobre slike u boji čak i u uslovima ekstremno slabog osvjetljenja. “Standardne kamere pri slabom osvjetljenju su obično ispod 1 luksa. Specijalne kamere pri slabom osvjetljenju mogu ići i do 0,006 luksa ili čak 0,004 luksa, sve dok isporučuju slike u boji”, kaže Saks.

 Faktori koji određuju performanse kamere pri slabom osvjetljenju

Tri osnovna faktora određuju performanse kamere pri slabom osvjetljenju. To su: objektiv, senzor slike i procesor signala slike.

Objektiv

IP kamera sa dobrim mogućnostima snimanja pri slabom osvjetljenju mora početi od objektiva, koji određuje koliko svjetlosti može ući u nju. Uz to, važno je uzeti u obzir vrijednost f-koraka objektiva. “Kada gledate performanse u uslovima slabog osvjetljenja, važno je da budete sigurni da kamere imaju odgovarajući objektiv. Manja vrijednost f-koraka znači da objektiv ima širi maksimalni otvor blende i da će bolje raditi pri slabom svjetlu. Neke kamere imaju mogućnost automatskog podešavanja otvora blende (također poznatog kao iris) u zavisnosti od dostupnog svjetla, što ih čini pogodnim za različite vrste scenarija”, rekao je Lundberg.

Senzor slike

Kada svjetlost uđe kroz leću, ona prodire do senzora slike, koji dalje pretvara svjetlost u električne signale. Postoje dvije glavne vrste senzora slike: CCD i CMOS. CCD je skraćenica za charged-coupled device, odnosno elektronski uređaj na čijoj se površini nalaze milioni fotosenzitivnih dioda. Njegova prednost su dobre performanse u uslovima slabog osvjetljenja, dobar WDR i nizak nivo šuma. Nedostaci su velika potrošnja energije i, naravno, veći trošak. CMOS je skraćenica za complementary metal-oxide-semiconductor, odnosno komplementarni metal-oksidni poluprovodnik. Njegove prednosti su visoka rezolucija, odlična boja i ekonomičnost, a nedostaci visoka buka i umjerena osjetljivost. U pogledu CMOS-a važno je spomenuti Sonyjeve tehnologije STARVIS i STARVIS 2, koje su posebno razvijene za CMOS senzore slike. Pružaju visok kvalitet slike u vidljivoj svjetlosti, kao i u spektru blizu infracrvenog svjetla. STARVIS 2 dalje nudi visok dinamički raspon (AD 12 bit) od preko 8 dB u jednoj ekspoziciji, više od STARVIS piksela iste veličine. Kada su u pitanju senzori slike za najbolje sigurnosne kamere pri slabom osvjetljenju, veličina igra važnu ulogu. “Što je senzor veći, to više svjetlosti može prikupiti, što direktno doprinosi boljoj izvedbi pri slabom osvjetljenju. Potreban je i visokoosjetljiv senzor slike, ali on mora imati uravnotežene performanse i ne unositi previše šuma u signal”, napominje Lowenstein. “Kamere namijenjene za snimanje pri slabom osvjetljenju imat će posebno dizajnirane senzore koji su općenito veći, kao i veće piksele, kako bi uhvatili više svjetla. Često ovi senzori mjere od 1/2” do 1”. Osim toga, dizajn senzora je takav da se toplota odvodi od piksela kako bi se spriječilo da se toplota interpretira kao šum na slici. Ovi atributi poboljšavaju osjetljivost, kao i omjer signala i šuma”, kaže Saks.

 Procesor signala slike

Konačno, za dobru IP kameru koja radi pri slabom osvjetljenju važan je procesor signala slike. “Kvalitet slike često se oslanja – barem djelomično – na sofisticirane mogućnosti obrade slike, posebno na napredno filtriranje šuma. Većina scena će imati neke varijacije u osvjetljenju, a napredni algoritmi za obradu slike znače trenutno prilagođavanje promjenjivom intenzitetu svjetlosti. Kao, naprimjer, vozila i vozovi kada se kreću kroz krajolik – posebno kada ulaze i izlaze iz tunela”, rekao je Lundberg.

“Kvalitetni algoritmi za obradu slike su najvažniji za generisanje slika dobrog kvaliteta pri slabom svjetlu. Informacije o boji su vrlo važne u sigurnosti, tako da je važno da čak i u okruženjima sa slabom svjetlošću informacije o boji budu sačuvane. Dobra obrada signala bi trebala biti u stanju posvijetliti slike bez unošenja previše šuma”, rekao je Lowenstein.

 Tri ključna pitanja pri odabiru ispravne kamere

Prilikom odabira najbolje sigurnosne kamere za noćno snimanje, potrebno je odgovoriti na tri važna pitanja: da li korisnik želi snimati video pri slabom osvjetljenju u boji ili crno-bijelo; kako će biti postavljena kamera i koju vrstu scene će nadzirati; te da li korisnik ima posebne zahtjeve ili potrebe? Prvo je, dakle, želi li korisnik snimati video u boji ili crno-bijelo. “Ako korisniku ne smetaju crno-bijele slike noću, može odabrati kamere iz širokog spektra modela opremljenih IR-LED diodama. Ipak, ako su slike u boji potrebne 24 sata svaki dan u sedmici, preporučujemo model koji podržava niže minimalno osvjetljenje (niži broj luksa u specifikaciji)”, rekao je Lowenstein.

Drugi faktor je namjeravana pozicija kamere i nadzirane scene. “Ovo neće samo utjecati na odluku o najboljoj kameri za snimanje pri slabom osvjetljenju, već i o tome hoće li biti potrebno koristiti pomoćno osvjetljenje. Korisnik može zahtijevati detalje kako bi pomogao identifikaciji počinilaca ili jednostavno potvrdio prisustvo uljeza. Možda je alternativa, kao što su termalne kamere ili radar, prikladnija”, rekao je Lundberg.

Konačno, odabir najbolje sigurnosne kamere za noćno snimanje zahtijeva pažljivu procjenu scenarija i potreba korisnika. “Nema općenitog odgovora na ovo pitanje. Uvijek ovisi o pojedinačnoj sceni i namjeri korisnika. Upotreba i dostupnost bijelog svjetla ili IR osvjetljenja u samoj kameri može biti od pomoći – posebno ako objekti nisu previše udaljeni. Inače, to je pitanje razmatranja vrste potrebnih senzora i dostupnih specifikacija senzora, odnosno kamera za snimanje pri slabom osvjetljenju i odlučivanja kako se ona uklapa u željeni scenarij”, rekao je Litwitz. Kao i kod svih drugih videonadzornih kamera, argumenti kao što su cyber sigurnost, robusnost i izdržljivost su uvijek problem. Manje održavanja znači uštedu novca. Također, fleksibilnost i modularnost sistema igraju značajnu ulogu.