کاربرد HLC ،BLC و WDR در دوربین مداربسته
ویژگی های مختلفی در دوربین مدار بسته وجود دارد که مصرف کنندگان اغلب با عملکرد آن ها آشنایی ندارند. به همین جهت ممکن است در انتخاب محصول مورد نظر خود دچار اشتباه شوند. به همین جهت در این مقاله قصد داریم تا شما را با چند اصطلاح و ویژگی رایج در دوربین های مداربسته آشنا کنیم.
ویژگی هایی مانند Compensation Backlight Compensation (BLC)، Compensation Highlight (HLC)، Wide Range Dynamic Range (WDR) و ... برای کیفیت و وضوح تصاویر ویدئویی در دوربین مداربسته در شرایط مختلف نوردهی در طول روز بسیار مهم هستند. این ویژگی ها اغلب از قابلیت های رایج در سیستم های مداربسته محسوب می گردند. اما دارای تفاوت های عمده ای در عملکردشان هستند که آگاهی از این تفاوت ها شما را در انتخاب دوربین مورد نظر خود کمک می کند.
این اجزا هر کدام به صورت جداگانه بر روی سنسور دوربین مداربسته قرار دارند و دارای عملکرد مستقلی هستند و هنگامی که برای کاربرد های امنیتی مورد استفاده قرار می گیرند، اهمیت زیادی می یابند زیرا کاربر را قادر می سازند که در مکان مورد نظر تصاویر را تا حد امکان واضح و با کیفیت ببیند.
به کمک این مقاله می توانید دریابید که کدام قابلیت ها برای کاربری شما مناسب است، به یاد داشته باشید که خرید دوربین مداربسته با کیفیت مانع از به وجود آمدن مشکلات بعدی و منجر به صرفه جویی در هزینه ها و زمان شما می گردد.
(Compensation Highlight(HLC چیست؟
HLC قابلیتی است که در هنگام تابش نور شدید و مستقیم ناشی از پروژکتور ها و یا نور چراغ خودرو ها به لنز دوربین کاربرد دارد. این قابلیت این تابش ها را در تصاویر تشخیص داده و از شدت آنها می کاهد تا در نهایت تصاویری با کیفیت و یکدست ایجاد شود. HLC در جلوگیری از بین رفتن دید دوربین های امنیتی در هنگام شب ناشی از چراغ های خودرو ها بسیار موثر است. قابلیت خواندن پلاک خودروها یکی از ویژگی هایی است که در کاربری های خاص بالاخص پارکینگ ها و نقاط ورودی کاربرد و اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل بدون وجود HLC ارائه تصاویر با کیفیت در شب و با وجود روشن بودن چراغ اتومبیل ها غیر ممکن است.
با توجه به اینکه در حال حاضر قابلیت HLC در اکثر دوربین های مداربسته وجود دارد تا حد زیادی نوری که مستقیما به دوربین می تابد و تصاویر را تار می کند کاهش می یابد و امکان خواندن و تشخیص پلاک خودروها در حالت ثابت و یا حین حرکت آرام وجود دارد. اما چنانچه خواهان استفاده از قابلیت تشخیص پلاک برای وسایل نقلیه ای هستید که با سرعت بیشتری حرکت می کنند توصیه می شود تا از دوربین های مداربسته پلاک خوان که اساسا برای این منظور طراحی شده اند استفاده نمائید. زیرا آنها علاوه بر HLC دارای قابلیت های پیشرفته دیگری برای خواندن پلاک هستند.
(Compensation BACKLIGHT (BLC چیست؟
BLC نیز یکی دیگر از قابلیت های موجود در دوربین مداربسته جهت تنظیم و بهینه سازی روشنایی تصویر است. در مکان هایی نزدیک به درب ورودی یا پنجره ها اغلب نور آفتاب مستقیما به لنز دوربین تابیده و منجر به تیره شدن تصویر می گردد و چنانچه سوژه ای وارد گردد این نور مانع از تشخیص درست آن می شود.
BLC قابلیتی در دوربین های مداربسته است که نور پس زمینه و پیش زمینه تصویر دوربین را تنظیم می کند. این قابلیت ابتدا تصویر را به چند قسمت مختلف تقسیم نموده و روشنایی هر منطقه را به صورت جداگانه تنظیم می کند. این قابلیت نور را در نقاطی که دارای روشنایی بیش از حد نرمال هستند کاهش می دهد.
با این حال، باید توجه داشته باشید که BLC نیز دارای محدودیت هایی است به خصوص در هنگام اصلاح روشنایی در مکان هایی که دارای اختلاف شدید در سطوح نور هستند. برای حل این مشکل و گرفتن بهترین نتیجه، تکنولوژی WDR ابداع شد که در ادامه به شرح تفاوت های آن می پردازیم.
WDR نیز همانند BLC اما به طور کلی بسیار پیشرفته تر از آن، به بهبود تعادل روشنایی در تصاویری با بازه دینامیکی بسیار بالا کمک می کند. بازه دینامیکی یک اصطلاح عمومی برای بیان تفاوت های موجود در مقادیر قابل اندازه گیری یک کمیت است. در قابلیت WDR نیز این اصطلاح به نسبت میان روشن ترین و تاریک ترین عناصر موجود در یک تصویر اشاره دارد. WDR بیشتر برای مکان هایی با اختلاف شدید سطوح نوری مانند درب های ورودی و ... مناسب است و از تکنولوژی اسکن دوگانه Double Scan technology برای اصلاح تصاویر استفاده می کند.
حسگر تصویر دوربین های مجهز به قابلیت WDR دارای دو بخش است. یکی از بخش ها برای تصویربرداری با سرعت بالا و دیگری برای سرعت های پائین است. این دو بخش به صورت همزمان با یکدیگر کار کرده و با ایجاد چندین اسکن از یک صحنه، یک تصویر متعادل و واضح را ارئه می کنند. در واقع به جای گرفتن یک اسکن از یک فریم ویدئویی که در دوربین های معمولی انجام می شود دو اسکن گرفته می شود.
اسکن اول تصویر را در شرایط نور طبیعی می گیرد در حالی که دیگری تصویر را در سرعت بالا برای گرفتن تصویر با نور قوی در پس زمینه اسکن می کند. سپس دو تصویر گرفته شده با یکدیگر ادغام می شوند و تصویری واحد با وضوح و روشنایی متعادل به دست می آید.
قابلیت دیگری با نام DWDR وجود دارد که به عنوان یک راه حل ارزانتر ارائه شده است. در واقع قدرت قابلیت WDR را ندارد اما وجود آن از نبودنش مفیدتر است. در DWDR از تکنولوژی دستکاری پیکسل ها به صورت دیجیتالی به جای اسکن دوگانه استفاده می کند. به این ترتیب که هر پیکسل را در تصویر به طور جداگانه تنظیم و براساس آن روشنایی را اصلاح می کند.
این تکنیک دارای محدودیت هایی است. گفته شده است که DWDR نمی تواند برای پیکسل های بسیار روشن کاری انجام دهد و تنها پیکسل های تاریک را روشن تر می کند. واقعیت این است که دستکاری پیکسل ها با DWDR منجر به دانه دانه شدن تصویر و کاهش کیفیت آن می گردد. به طور کلی DWDR ویژگی است که برای جبران نبود WDR واقعی ارائه می شود که نیاز به سنسورهای تصویر گرانقیمت برای ساخت دوربین دارد.
بیشتر بخوانید: هایک ویژن hikvision
سه عامل بسیار مهم در کیفیت تصویر دوربین مدار بسته
دریچه دیافراگم
میزان نور عبوری از لنز با تنظیم قطر دریچه دیافراگم (lris) تغییر می کند. با افزایش قطر دریچه دیافراگم نور بیشتری از آن عبور می کند. به همین دلیل برای نور محیطی بسیار کم لنزهای مجهز به دریچه دیافراگم بزرگ بهترین گزینه هستند. برای داشتن بهترین کیفیت تصویر باید بهینه ترین میزان پرتوی نوری از لنز عبور کند، به عنوان مثال اگر میزان نور عبوری از لنز خیلی کم باشد، تصویر نهایی تاریک خواهد شد و اگر نور بسیار زیادی از آن عبور کند، تصویر نهایی بیش از حد درخشان می شود.
میزان نور دریافتی حسگر دوربین توسط دو عامل ?- میزان باز بودن دریچه دیافراگم و ?- زمان نوردهی (Expose Time) تعیین می شود. زمان نوردهی، مدت زمان در معرض نور قرار گرفتن حسگر می باشد.
حسگر دوربین با افزایش زمان نوردهی نور بیشتری دریافت می کند. به همین دلیل زمان نوردهی در محیط های پر نور باید کوتاهتر و در محیط های کم نور باید طولانی تر باشد.
سطح نوردهی در حالت دریچه دیافراگم باز و زمان نوردهی کوتاه با حالت دریچه دیافراگم تنگ و زمان نوردهی طولانی برابر است. البته باید به این نکته مهم توجه شود که با طولانی تر شدن زمان نوردهی، امکان مات شدگی اجسام متحرک بیشتر می شود و هر چقدر دریچه دیافراگم بازتر شود، عمق میدان دید کاهش می یابد. از طرف دیگر تقویت سیگنال (تنظیم حساسیت نوری یا تقویت حسگر دوربین) بر نور دهی تاثیر گذاشته و باعث افزایش سطح نویز در تصویر می شود.
زمان نوردهی در دوربین های معمولی توسط دریچه دیافراگم کنترل می شود اما در دوربین های دیجیتالی و شبکه از دریچه دیافراگم استفاده نمی شود و تنظیم زمان نور دهی توسط حسگر دوربین و به صورت الکترونیکی (Rolling Shutter) انجام می شود. لنزهای دارای دریچه دیافراگم دستی در محیط های داخل ساختمان با سطح روشنایی ثابت استفاده می شوند و دریچه دیافراگم آنها از طریق حلقه ی روی لنز تنظیم شده و یا روی یک سرعت اپتیکی خاص قرار داده می شود. لنزهای مجهز به دریچه دیافراگم خودکار در مکان هایی که سطح روشنایی آنها همواره متغیر است یا خارج ساختمانی استفاده می شوند. پردازنده ی دوربین با توجه به تغییرات روشنایی از طریق جریان DC استاندارد دریچه دیافراگم را کنترل (DC-iris) و باز و بسته می کند.
سرعت اپتیکی یا f-number
سرعت اپتیکی یا f/# ) f-number )قابلیت لنز در جمع آوری روشنایی ( میزان جمع آوری و ارسال پرتوهای نوری به حسگر دوربین ) است. سرعت اپتیکی لنز به وسیله شاخصه ی f/# ) f-number )تعریف می شود و به آن F-Ston نیز گفته می شود.
هم زمان با افزایش طول فاصله ی کانونی (FL) لنز برای ثابت نگه داشتن f-number باید قطر دریچه دیافراگم (d) نیز افزایش یابد. اندازه ی f-number متناسب با فاصله ی کانونی و قطر لنز ( قطر دریچه دیافراگم ) است و به وسیله ی رابطه ی زیر محاسبه می گردد:
f/# =(f L)/d
با کوچک تر شدن f-number توانایی لنز در جمع آوری نور بیشتر می شود و در نتیجه با افزایش نور، کیفیت و وضوح تصاویر افزایش می یابد. شاخصه f- number شباهت زیادی به فلوی آب عبوری از لوله دارد، یعنی اگر f- number نصف شود ( یعنی قطر لنز دو برابر شود ) میزان نور عبوری از لنز چهار برابر می شود، به عنوان مثال میزان نور عبوری از لنز ?.? /fچهار برابر لنز ?.? /f است.
مقدار واقعی f- number در عمل با وجود تلفات ناشی از ایده آل نبودن لنز و وجود خصوصیاتی نظیر بازتاب نور، جذب نور و دیگر نواقص ذاتی لنز از میزان محاسبه شده در رابطه (فرمول اول) کمتر می شود. میزان نور دریافتی حسگر (I) از طریق رابطه زیر بدست می آید ( ضریب ثابت K= ) :
I=k/(f/#)^2
استفاده از لنزهایی با f- number کمتر برای صحنه های تاریک توصیه می شود و برای داشتن #/fهای کوچکتر طبق رابطه (فرمول اول ) فاصله ی کانونی لنز باید بلند تر شود. این لنزها اگر چه سریع تر هستند و نور بیشتری را جمع آوری می کنند اما بلندتر و بسیار گران قیمت هستند. در جدول زیر مقایسه ای بین لنزی با ?.? /f و لنزهای دیگر صورت گرفته است. در این جدول قدرت جمع آوری نور توسط لنز ?.?/f، سی و دو ?? برابر لنز ?.?/f است و به عبارت دیگر حساسیت نوری این لنز ?? برابر لنز ?.?/f می باشد.
عمق میدان دید
عمق میدان دید یکی از مهمترین شاخصه های مقایسه ای سیستم های ویدئوی حفاظتی است. معیار DOF به میزان وضوح تصویر در پشت و جلوی محدوده ای اشاره می کند که دوربین روی آن محدوده متمرکز شده است. به عنوان مثال ممکن است از یک دوربین برای کنترل پارکینگی استفاده شده باشد و کاربر بخواهد شماره پلاک خودرویی را در فاصله ??، ?? و ?? متری از محل نصب دوربین بخواند. در این شرایط به هر میزان که DOF لنز بزرگ تر باشد، وضوح تصویر در فواصل دورتر بهتر می شود.
عمق میدان دید. صفی را تصور کنید که در آن چند نفر پشت سر هم ایستاده باشند. اگر دوربین روی وسط صف متمرکز شود و در این شرایط اگر در تصویر امکان شناسایی چهره اشخاصی در ?? متری (?? فوت) پشت و جلوی محل تمرکز وجود داشته باشد، در آن صورت عمق میدان دید دوربین خوب است.
عمق میدان دید تحت تاثیر سه عامل ?- فاصله ی کانونی، ?- قطر دریچه دیافراگم و ?- فاصله دوربین از صحنه قرار دارد. هر چقدر فاصله ی کانونی طولانی تر، فاصله دوربین از صحنه کمتر و قطر دریچه دیافراگم بزرگ تر باشد، عمق میدان دید کوتاه تر می شود.
در شکل زیر چند نمونه از عمق میدان دید برای انواع f- numberها با فاصله ی کانونی ? متری (? فوتی) نشان داده شده اند. با استفاده از f- numberهای بزرگ تر ( دریچه دیافراگم کوچک تر ) می توان روی اجسامی که در فواصل دورتر قرار دارند، متمرکز شد.
عمق میدان دید با توجه به میزان باز بودن دریچه دیافراگم تغییر می کند.
در محیط های کم نور باید بین داشتن عمق میدان دید مناسب و میزان مات شدگی اجسام متحرک تعادل برقرار شود. برای داشتن عمق میدان دید خوب در شرایط نورکم محیطی – و احتمالاً تصویری روشن – باید دریچه دیافراگم تنگ و مدت زمان نوردهی افزایش یابد. زمان نوردهی طولانی باعث مات شدگی اجسام می شود و از طرف دیگر با تنگ بودن دریچه دیافراگم خطاهای اپتیکی کاهش یافته و دقت فیلم برداری افزایش می یابد. ولی اگر دریچه دیافراگم بیش از اندازه تنگ شود به علت برخی از خواص اپتیکی تصویر مات می شود.
توجه به ویژگی ها و خصوصیات کاربری می تواند باعث بهبود نتایج فیلم بردای شود. در جدول زیر نمونه هایی از تنظیمات مناسب برای زمان نوردهی، دریچه دیافراگم، سطح حساسیت نوری یا بهره، اولویت فیلم برداری و نتیجه فیلم برداری گردآوری شده اند.
تنظیمات مختلف مجموعه لنز- دوربین برای شرایط نوری مختلف و نتایج حاصل از این تنظیمات
| شاخصه ها / شرایط نوری | نور خورشید | نور کم (تنظیمات ?) | نور کم (تنظیمات ?) |
|---|---|---|---|
| مدت زمان نوردهی | کوتاه | طولانی | کوتاه |
| میزان باز بودن دریچه دیافراگم | کم( f-number بزرگ ) | کم( f-number بزرگ ) | زیاد ( f-number کوچک ) |
| بهره یا حساسیت نوری | کم | کم | کامل |
| اولویت فیلم برداری | همه موارد | عمق میدان دید ( DOF ) | حرکت اجسام |
| نتیجه فیلم برداری | DOF عالی، تصویر شفاف و جزئیات زیاد | DOF عالی، تصویر شفاف، مات شدگی اجسام متحرک | DOF محدود، نویز، تصویر با جزئیات زیاد |
*جزئیات صحنه ممکن است در صورت تنگ شدن بیش از حد دریچه دیافراگم، کاهش یابد.
با استفاده از توصیه های مفید زیر می توان در شرایط روشنایی مختلف تصاویر قابل قبولی را فیلم برداری کرد: