Инфракрасная подсветка. Технология для систем видеонаблюдения.

ИК технология для систем видеонаблюдения.

Камеры чувствительны к темноте.

«Нет света - нет изображения», этот принцип применим для любых систем видеонаблюдения (аналоговых и IP). Хотя для IP-систем освещение приобретает большее значение, поскольку сильнее снижается производительность. В аналоговой системе освещение влияет только на качество изображения. В системе IP видеонаблюдения низкое освещение оказывает влияние не только на качество видео, но может стать катализатором системных проблем.

Шум видеосигнала увеличивает поток данных от видеокамеры.

Низкая производительность в ночное время ведет к увеличению шума в видеосигнале, который является врагом сжатия. Плохое сжатие соответственно влияет на увеличение битрейта. Например, при хорошем освещении скорость передачи сигнала с IP камеры будет всего 10 Кб/с. Когда наступают сумерки, скорость может возрасти уже до 100 Кб/с – 10-кратное увеличение - в результате чего снижается эффективность и потенциал системы падает.

Активная ИК-подсветка необходима в критически важных IP-приложениях с низкой освещенностью.

Не важно, какая это система, аналоговая или сетевая, фактически все камеры видеонаблюдения передают качественное изображение в условиях дневного освещения. Однако от современных систем безопасности требуется круглосуточная производительность в режиме 24/7, поэтому полноценная работа ночью влияет на общую эффективность системы.

Как только заходит солнце, требования к пропускной способности сети растут по экспоненте. Что же делать? Для IP-систем можно вывести 5 основных циклов работы: 1. Формирование видео; 2. Кодирование и сжатие видео; 3. Передача видео; 4. Хранение видео; 5. Анализ видео.

Этап формирования видеоизображения можно назвать «начальным краем» системы. Ведь, если видеосигнал пропадает, другие этапы по кодированию, передаче и хранению не получат данных для работы. В итоге, последний этап видео анализа в реальном времени, тоже не будет иметь полезных данных для анализа.

Чтобы понять зависимость темноты к пропускной способности, рассмотрим функцию автоматической регулировки усиления (АРУ) камеры, которая усиливает сигнал в условиях низкой освещенности. С усилением видеосигнала увеличивается и шум видеоизображения, появляется зернистость.

Днем алгоритмы компрессии хорошо справляются, и битрейт имеет допустимые значения. Как только наступают сумерки, функция АРУ начинает работать, создавая больше шума. В конечном счете, изображение ночью становится зернистым. В таком случает битрейт приобретает недопустимые значения и может быть в десять раз больше дневной скорости, даже для стационарных видеокамер.

C инфракрасной подсветкой равномерно освещено и соотношение «сигнал/шум» равно 15 дБ. Без ИК соотношение «сигнал/шум» всего лишь 5дБ и гораздо меньше информации, но размер файла больше, что приводит к экспоненциальному росту битрейта.

Чтобы понять этот рост скорости передачи данных, необходимо иметь базовое понимание алгоритмов сжатия. Основной принцип сжатия состоит в устранении бесполезной информации с целью уменьшения размера файла. Сжатие требует компромисса между качеством изображения и размером файла. Максимальный уровень сжатия создает файл меньшего размера, но более низкого качества изображения. Минимальный уровень сжатия создает более качественные снимки, но файла будет большего размера.

Наиболее популярные алгоритмы сжатия сейчас - это H.264, Wavelet, JPEG, MPEG или M-JPEG, которые известны низкими потерями информации. Они используют один из двух принципов преобразования данных:

  • Удаление лишней информации видеосигнала, не заметной человеческому глазу, как, например, близкие градации цвета.
  • Удаление избыточной информации, которая дублируется в одном кадре или между кадрами, такие, как крупные области, окрашенные в один цвет.

Шум, вызванный АРУ, мешает алгоритмам сжатия современных IP-камер. Алгоритмы сжатия неправильно интерпретируют шум и зернистость изображений, вызванные АРУ, как полезную информацию, которая не может быть сжата, как ненужная или избыточная. Таким образом, в ночное время изображения менее эффективно сжимаются, что приводит к большим размерам файлов, которые к тому же содержат меньше полезной.

Кажется, что проще всего решить эту проблему, отключив АРУ. Тем не менее, в результате этого мы бы получили в ночное время плохое или даже совсем бесполезное изображение. Очевидно, что ночью эффективность системы видеонаблюдения имеет большое значение для обеспечения надежной безопасности.

Лучшее решение для обеспечения эффективной работы IP-систем в темное время суток заключается в использовании оборудования для инфракрасного освещения сцены. Установка IP камеры со встроенной инфракрасной подсветкой или ИК-прожектора обеспечивает ночные кадры высокого качества с низким шумом. В этих условиях автоматическая регулировка усиления (АРУ) становится ненужной, и функция сжатия работает хорошо. Скорость передачи данных колеблется в допустимых значениях, обеспечивая стабильную работу сети.

Все вышесказанное приводит к основным и убедительным фактам: аналоговое или IP видеонаблюдение требует достаточного освещения. Надежное видеонаблюдение основано на четких изображениях, 24 / 7. Для получения четких видеоизображений круглосуточно 24 / 7 необходимо эффективное видеонаблюдение ночью. Эффективное видеонаблюдение ночью требует инфракрасной подсветки с высокой производительностью.

Технология Smart IR для камеры видеонаблюдения.

В вольном переводе Smart IR можно перевести как «умный ИК», в данном случае речь идет об ИК-подсветке камеры видеонаблюдения для ночной съемки. Smart IR – это технология, которая позволяет регулировать интенсивность инфракрасных светодиодов камеры для компенсации расстояния до объекта.>

Технология Smart IR была создана, чтобы решить проблему инфракрасных светодиодов при съемке на близких расстояниях. Например, если человек подойдет достаточно близко к камере, то ИК-подсветка просто засветит лицо, а значит нельзя будет провести опознание объекта и как следствие – полная бесполезность системы видеонаблюдения в ночное время.

Хотя чтобы такого не произошло надо учитывать диапазон инфракрасной подсветки, если диапазон в 20 метров, то нет смысла ставить такую камеру, где люди будут ходит на расстоянии 1-3 метров. Большинство производителей видеокамер с ИК-подсветкой уже переходят на эту технологию, но не лишним будет это перепроверить в технической документации.

На рисунке показано наглядное сравнение камеры с умным ИК и без. Камера с умным ИК имела инфракрасный диапазон до 30 метров, но, как вы видите, она способна регулировать интенсивность ИК-подсветки на объекте, который подошел к камере на 1 метр. Преимущества очевидны.

Энергоэффективная технология ИК-подсветки Optimized IR.

В области IP-видеонаблюдения, была разработана новая энергоэффективная технология инфракрасной (ИК) подсветки Optimized IR, обеспечивающую четкое, равномерно освещенное изображение объектов в полной темноте.

Как известно из практики видеонаблюдения в темное время суток, светодиодная ИК-подсветка, как правило, нормально функционирует в довольно ограниченных пределах (около 15 метров). Обусловлено это небольшой мощностью ИК светодиодов интегрированных в конструкцию камеру. Делается это как минимум по двум причинам: во-первых, для снижения общего энергопотребления камеры и, во-вторых, для снижения нагрева матрицы камеры от находящихся рядом мощных светодиодов.

Особенно вреден нагрев матрицы, приводящий к значительному увеличению шумов в изображении, проявляющихся в виде "снега" из хаотично расположенных цветных точек в кадре.

Для обычной ИК-подсветки характерно ослепление матрицы светом, отраженным от близко расположенных объектов. Проявляется это в виде белых пятен вместо лиц людей, находящихся недалеко от камеры с подсветкой.

Система ночной подсветки Optimized IR обеспечивает равномерное освещение объектов, находящихся на различном расстоянии от камеры видеонаблюдения без засвеченных областей.

На изображении показано, как автоматически меняется экспозиция камеры по технологии Optimized IR.

Принцип действия технологии Optimized IR.

Равномерное освещение объектов, находящихся на различном удалении от камеры достигается регулировкой двух параметров подсветки:

  1. Автоматической подстройкой угла подсветки в зависимости от угла обзора камеры. Угол подсветки изменяется в соответствии с текущим значением увеличения объектива (зума).
  2. Автоматической подстройкой экспозиции камеры в зависимости от удаления объекта от камеры. При приближении объекта экспозиция уменьшается, снижая тем самым эффект ослепления матрицы.

Таким образом, обеспечивается качественная ИК-подсветка на дистанции более 40 метров при питании камеры с интегрированными светодиодами средствами Power-over-Ethernet (IEEE 802.3af), не превышая стандартных параметров энергопотребления.