Нічний режим у відеокамерах спостереження

• Що таке нічний режим камери
• Як камера фіксує зображення в темряві
• Інфрачервоне підсвічування: чому і як світиться камера спостереження вночі
• Технології покращення нічного зображення
• Чи бачать камери спостереження в абсолютній темряві?
• Поширені проблеми нічного відео і їхні причини
• Що впливає на якість роботи камери вночі
• Поради для отримання кращого нічного зображення
• Часті питання

Ефективність охорони об’єкта вночі залежить не від кількості мегапікселів, а від технологій обробки зображення в сутінках. У цій статті ми розглянемо, як працює нічний режим у камері спостереження, чому виникають поширені дефекти відео та як за допомогою простих порад отримати максимальну деталізацію після заходу сонця.

Що таке нічний режим камери

Нічний режим – це стан роботи камери, при якому її апаратні та програмні налаштування адаптуються до умов низької освітленості. Коли кількість люксів (одиниця виміру світла) падає нижче певного порогу, спеціальний датчик подає сигнал процесору. Через це камера переходить на інший формат роботи вночі. Зазвичай картинка показується у чорно-білих кольорах, а на самому датчику з’являється інфрачервоне підсвічування. 

Як камера фіксує зображення в темряві

Більшість камер при переході в нічний режим перемикаються у чорно-білий формат (монохром). Це робиться тому, що такий спектр менш чутливий до цифрових шумів, а матриця може зчитувати яскравість кожного пікселя та не розділяти їх на колірні компоненти. Головну роль тут відіграє ICR-фільтр (механічний ІЧ-фільтр). Вдень він закриває матрицю від інфрачервоних променів, щоб кольори були природними. Вночі цей фільтр зсувається, дозволяючи сенсору поглинати весь доступний спектр випромінювання.

Інфрачервоне підсвічування: чому і як світиться камера спостереження вночі

Інфрачервоне підсвічування – це ніби ліхтарик, але його промені майже невидимі для людського ока. Проте ІЧ чудово сприймається сенсором камери.

Принцип роботи тут простий. Навколо об’єктива камери розташовані світлодіоди. Вони випромінюють світло у діапазоні від 850 до 940 нанометрів. Коли камера переходить на нічний режим роботи, то ці діоди підсвічуються червоним. Людське око не помічає самих променів, але саме це легеньке світіння всередині камери може відрізнити. 

Технології покращення нічного зображення

Щоб була здатність розрізнити обличчя людини або інші деталі на зображенні, сучасні камери оснащуються різними технологіями. Розглянемо найпопулярніші з них.

Технологія LightHunter

LightHunter – це технологія, яка допомагає камері «бачити» у кольорі при повній темряві. Мінімальний рівень освітлення при цьому може бути від 0.002 Люкс, що порівнюється з рівнем світла зірок. Це особливо ефективно, коли потрібна надійна охорона дачі, де часто не буває належного освітлення, або підприємства, де потрібна надійність протягом доби. 

 Ключові технічні особливості цієї технології:

• Матриці зі зворотною засвіткою (BSI). Тут провідники розташовані під світлочутливим шаром. Це дозволяє пікселям вловлювати майже 100% світла без затінення металевими елементами.
• Збільшений фізичний розмір пікселя. Виробники використовують великі матриці (1/1.8″ або 1/2.7″). Чим більша площа пікселя, тим більше фотонів він накопичує, що критично важливо для кольорової зйомки в сутінках.
• Надшвидка оптика. Світлочутливі сенсори завжди працюють у парі з об’єктивами, що мають велику апертуру (F1.0 або F1.2). Через це вони пропускають у 2-4 рази більше світла, ніж стандартна лінза.

Завдяки такій технології можна легко зрозуміти, який колір автомобіля, одягу, волосся та інших речей. Це можливо навіть у повній темряві. 

Цифрове підсилення та алгоритми шумозаглушення

При дефіциті світла електричний сигнал від матриці стає дуже слабким. Щоб отримати видиму картинку, процесор повинен його підсилити, що неминуче призводить до появи цифрового шуму. Інакше такий ефект ще називають зернистістю.

Основні методи боротьби з шумом:

• 2D DNR (двовимірне шумозаглушення). Технологія аналізує кожен окремий кадр і прибирає пікселі, які вибиваються. Це дозволяє нівелювати шум у статиці, але якщо об’єкт рухомий, то на його місці створюється розмиття (шлейф). 
• 3D DNR (тривимірне шумозаглушення). Більше просунута технологія, яка порівнює послідовність кадрів у часі. Це допомагає відрізнити випадковий шум від реального руху та очистити картинку, не втрачаючи чіткості. 

Якщо купити камеру з якісним шумозаглушенням, то це допоможе економити близько 50 % місця на жорсткому диску. Все завдяки тому, що кодеки стиснення не витрачають ресурс на запис хаотичних шумів.

Покращення деталізації в умовах слабкого світла

Для того, щоб нічне відео було інформативним, камера має правильно обробляти контрастні сцени, де темні зони межують із яскравими ліхтарями.

Для цього існує декілька технологій: 

• WDR (Wide Dynamic Range). Завдяки цій технології камера може робити два або більше знімків з різною витримкою одночасно. Потім вони об’єднуються в один кадр, де однаково добре видно обличчя в тіні та деталі на фоні яскравих вітрин.
• HLC (Highlight Compensation). Це технологія компенсації засвіток. Вона здатно автоматично розпізнавати яскраві джерела світла та робити їх менш засвіченими. Завдяки цьому можна зчитати, наприклад, номерний знак на машині. 
• Smart IR. Це інтелектуальне регулювання інфрачервоного підсвічування. Якщо людина підходить близько до об’єктива, камера зменшує потужність ІЧ-діодів. Це запобігає пересвічуванню обличчя та дає змогу його роздивитися на камері. 
• Експозиція та витримка (Shutter Speed). Це програмне керування часом експонування кадру. Вночі витримка може автоматично подовжуватися для збору світла, але інтелектуальні алгоритми обмежують цей процес, щоб рухомі об’єкти залишалися чіткими, а не розмитими.

Комплексне використання цих інструментів дозволяє нівелювати фізичні недоліки нічної зйомки, перетворюючи засвічені або занадто темні кадри на доказову базу. Саме баланс між підсиленням світла та збереженням чіткості контурів визначає загальну ефективність системи безпеки в темний час доби.

Чи бачать камери спостереження в абсолютній темряві?

Безпека дому напряму залежить від можливості відстежити, що коїться у повній темряві. На те, чи бачать камери спостереження вночі, впливає виключно технологія роботи. Тут є декілька варіантів:

• Камери з ІЧ-підсвічуванням. Бачать у повній темряві за рахунок власного “ліхтарика”, невидимого для людського ока, але обмежені дальністю дії променів.
• Тепловізори. Ідеально працюють без жодного джерела світла. Такі камери здійснюють контроль температури та фіксують теплове випромінювання об’єктів, а не відбиті фотони. 
• Камери з технологією Lighthunter. Вони знімають чітке кольорове відео в умовах майже повної темряви (до 0.002 Lux). Вона мінімізує цифрові шуми та розмиття рухомих об’єктів. Це дає можливість точно ідентифікувати колір автомобіля або одягу порушника навіть уночі, що критично важливо для систем безпеки.

Таким чином, для більшості побутових завдань достатньо ІЧ-підсвітки. А якщо вам потрібна професійна охорона периметра в умовах нульової видимості, то краще купити тепловізійну камеру.

Поширені проблеми нічного відео і їхні причини

Камери спостереження мають декілька проблем:

• “Сніг” або зернистість. Результат занадто агресивного цифрового підсилення при майже повній відсутності світла.
• Пересвіти. Трапляється, коли ІЧ-промені відбиваються від близького об’єкта і засліплюють камеру.
• Ефект “привида”. Рухомі об’єкти виглядають розмитими. Це стається через довгу витримку (shutter speed). Тоді камера намагається “накопичити” світло, а за швидким рухом об’єкта не встигає.
• Павутиння та комахи. ІЧ-світло приваблює комах. Павук, що плете павутину перед об’єктивом, у нічному режимі виглядає як величезне біле чудовисько, що закриває огляд.

Але рішення тут доволі просте. Щоб позбутися всіх ефектів, окрім павутиння чи комах, можна просто купити більше дорожчу камеру з регулюванням якості нічного зображення. 

Що впливає на якість роботи камери вночі

Робота камер спостереження вночі напряму залежить від декількох факторів:

• Апертура (F-число). Чим менше це значення, тим більше світла потрапляє на матрицю. Наприклад, об’єктив F1.0 бачить у сутінках значно краще за F2.0.
• Розмір матриці. Великі фізичні сенсори мають більші пікселі, які здатні вловити навіть одиничні фотони світла.
• Алгоритми шумозаглушення. Ефективність систем 3D DNR визначає, чи буде картинка чистою, чи потоне у цифровому «снігу».

Саме гармонійне поєднання широкої діафрагми та просунутого процесора обробки сигналів забезпечує високу якість відео в складних умовах.

Поради для отримання кращого нічного зображення

Для досягнення максимальної деталізації вночі недостатньо просто встановити камеру. Необхідно врахувати особливості розповсюдження інфрачервоного світла.

• Звільнення зони огляду. Слідкуйте, щоб у кадрі поблизу об’єктива не було стін або гілок, які спричиняють відбиття ІЧ-променів.
• Допоміжне освітлення. Встановлення звичайного LED-ліхтаря з датчиком руху допоможе камері зафіксувати колір та деталі обличчя.
• Виносне підсвічування. Використання окремих ІЧ-прожекторів подалі від камери позбавить вас від проблеми павутиння та комах перед лінзою.

Правильний підхід до розміщення пристрою та чистота його захисного скла є запорукою того, що система безпеки не підведе у вирішальний момент.

Часті питання: