عوامل تعیین کننده کیفیت تصویر در دوربین های مداربسته

 

 

در بسیاری از موارد دوربین های امنیتی مورد استفاده ،جهت پی گیری

قضایی جرایم از کارایی لازم برخوردار نمی باشد که علت اصلی آن کیفیت نامناسب

تصاویر ویدیویی و یا به عبارتی کیفیت پایین فیلمبرداری دوربین های مورد استفاده

در صحنه می باشد لذا در اینجا پارامتر ها و عوامل تاثیر گذار در کیفیت تصاویر ویدیویی دوربین مدار بسته می پردازیم.

 

لنز دوربین

لنز دوربین مداربسته

لنز دوربین مداربسته

لنز تجمع کننده نور بر روی سنسور دوربین می باشد لذا هر چیزی که بیننده می بیند

و یا آنچه که در دستگاه های ذخیره ساز دوربین ذخیره می گردد

همچنین قابلیت تشخیص چهره و یا توان خواندن پلاک خودرو همگی بستگی به

کیفیت لنز بکار گرفته شده در دوربین دارد و در خیلی از موارد لنز از رزولوشن تصویر دوربین

مهمتر می باشد چرا که کیفیت خروجی تصویر محدود به اطلاعات ورودی می باشد

و لنز تعیین کننده اطلاعات ورودی می باشد.

هر لنزی یک رزولوشن اپتیکال دارد که به این معناست که دقت لنز در رساندن شعاع های نور

و قرار دادن صحیح آن ها روی سنسور تصویر چقدر است. به تصاویر زیر نگاه کنید.

فرض کنیم یه درخت در مقابل دوربین قرار دارد. ببینیم چگونه یک نقطه از تصویر درخت به سنسور تصویر می رسد.

همه شعاع های نور که از یک نقطه شیء منتشر می شوند

باید به روی یک نقطه بر روی سنسور تصویر قرار بگیرند.

با وجود یک لنز با کیفیت بالا تمامی شعاع های نور که از یک نقطه شیء منتشر می شوند

بر روی یک پیکسل در سنسور تصویر قرار می گیرند و تصویر نهایی بدون مات شدن و یا اعوجاح خواهد بود.

اگر از لنز با کیفیت پایین تر استفاده کنیم چه اتفاقی می افتد؟

با اینکه شعاع های نور روی یک نقطه قرار نمی گیرند

اما به دلیل اینکه اندازه پیکسل ها بزرگ است باز هم همه شعاع های نور روی یک پیکسل قرار می گیرند.

زمانی که از سنسور تصویر با مگاپیکسل پایین استفاده می کنید

رزولوشن لنز چندان اهمیتی ندارد چرا که اندازه پیکسل ها بزرگ است.

اما زمانی که از یک سنسور تصویر با رزولوشن بالا استفاده می کنید

و لنز توانایی قرار دادن شعاع های نور روی یک نقطه کوچک را نداشته باشد،

شعاع های نور روی پیکسل های مختلفی از سنسور تصویر قرار می گیرند،

از آنجایی که در این مورد پیکسل ها تعداد زیادی دارند و در کنار هم قرار گرفته اند

شعاع های نور یک پیکسل وارد پیکسل کناری می شود،

بنابراین هر پیکسل علاوه بر شعاع نور مربوط به خود، شعاع های نوری را دریافت می کند

که متعلق به پیکسل های کناری است. چنین حالتی موجب ایجاد نویز در تصویر می شود.

بهترین روش برای استفاده از سنسورهای با رزولوشن بالا، استفاده از لنز مناسب آن هاست

که رزولوشن خوبی داشته باشند. تولیدکنندگان لنز دوربین های مدار بسته،

محصولات خود را با اعلام این که بیشترین رزولوشنی که می توانند پشتیبانی کنند

چیست ارائه می دهند. لنز ها دارای اندازه ها ی مختلفی هستند

لنز 3.6 میلیمتر بیشترین کاربرد را در دوربین های مداربسته دارد که زاویه میدان دید حدود 80 درجه را پوشش می دهد.

بسیاری از تولیدکنندگان دوربین مداربسته در حال حاضر بر روی دوربین های چند مگاپیکسلی خود لنزهای با رزولوشن پایین قرار می دهند که برای آن ها طراحی نشده است تا قیمت تمام شده دوربین حداقل شود.

سنسور دوربین

سنسور دوربین مداربسته

سنسور دوربین مداربسته

 بسیاری از تولیدکنندگان دوربین مداربسته امروزه برای ارتقای محصولات خود تنها از سنسورهای تصویر با رزولوشن بالا استفاده می کنند.

رزولوشن استاندارد دوربین های  تحت شبکه در این سال ها افزایش یافته

و در حال حاضر دوربین های پایین تر از 2 مگاپیکسل معمول نیستند.

بسیار مهم است که بدانیم هر چه رزولوشن سنسور تصویر افزایش می یابد

اندازه فیزیکی پیکسل های روی سنسور کاهش پیدا می کند.

بنابراین اندازه فیزیکی سنسور تصویر آنچنان تغییری نمی کند.

در چنین حالتی فوتون یا شعاع های نور کمتری وارد هر پیکسل می شوند.

بنابراین هر پیکسل آسیب پذیر می شود و ممکن است اطلاعات تصویر از دست برود.

برای غلبه بر این مشکل، بعضی از تولیدکنندگان به ویژه کمپانی سونی

که تولیدکننده سنسور تصویر است، از تکنولوژی Backside Illumination استفاده می کنند

که باعث می شود از تمامی سطح یک پیکسل به طور کامل استفاده مفید شود.

این امر باعث می شود که هر پیکسل توانایی دریافت اطلاعات بیشتری را داشته باشد.

در خصوص ابعاد سنسور،هر چه اندازه آن بزرگتر باشد

نور بیشتری دریافت و پردازش می گردد لذا علاوه بر بهبود کیفیت تصویر ، ابعاد تصویر و یا میدان دید دوربین بزرگتر می گردد.

ابعاد سنسور های ثابت و رایج دوربین عموما بشرح ذیل می باشند.

4/1اینچ      معادل     2.4 * 3.2 میلیمتر

3/1اینچ      معادل     3.6 * 4.8 میلیمتر

همانطور که مشاهده می شود سطح سنسور 3/1 حدود 2 برابر سنسور 4/1 می باشد

لذا کیفیت تصویر در آن بهتر است متاسفانه ساخت سنسورهای  بزرگتر

بدلایل ارسال اطلاعات بیشتر به DSP باعث مشکل در پردازش تصویر می گردد.

پردازنده سیگنال تصویر

فرض کنیم که یک دوربین  از لنز مناسب و سنسور تصویر با رزولوشن بالا استفاده می کند،

مرحله حساس بعد در تولید تصویر با کیفیت نهایی پردازنده تصویر خواهد بود.

پردازنده به عنوان مغز دوربین مداربسته عمل می کند که

وظیفه آن تولید بهترین تصویر ممکن بدون در نظر گرفتن شرایط نور ورودی است.

این مغز می تواند ابزارهای متعددی را که روی کیفیت تصویر تاثیر دارند کنترل کند.

مواردی مانند اندازه شاتر، سرعت شاتر، کنترل گین،   فوکوس، دید در شب،

شفافیت تصویر، WDR، DNR و بسیاری دیگر. گرچه برخی ازین موارد می توانند

به صورت جداگانه روی دوربین مداربسته نصب شوند

اما یک پردازنده قوی می تواند تمامی آن ها را به صورت یکجا کنترل کرده و

حتی بر اساس صحنه مقابل لنز آن ها را به صورت اتوماتیک تنظیم کند.

همانطور که پردازش تصاویر با رزولوشن پایین کار بسیار ساده ای است،

تصاویر رزولوشن بالا توان زیادی را از دستگاه می گیرد و

نیاز به فرمول ها و محاسبات پیچیده ای دارد تا تصویر نهایی برای استفاده مناسب باشد،

مخصوصا زمانی که شرایط نور محیط در حال تغییر باشد.

بیشتر پردازنده هایی که برای دوربین های مداربسته 1 مگاپیکسل طراحی شده اند،

برای رزولوشن های بالاتر مناسب نیستند. استفاده از سنسورهای 3 مگاپیکسل

و بالاتر نیاز به استفاده از نوع دیگری از تکنولوژی در طراحی پردازنده های تصویر دارد.

تولیدکنندگانی که همچنان از پردازنده های قبلی برای دوربین های تحت شبکه خود استفاده می کنند

به ناچار دوربین های مداربسته ای را به بازار عرضه می کنند که آن چنان ارتقایی در کیفیت تصویر ندارند.

مثال ساده زیر می تواند ضعف پردازنده های قدیمی را به خوبی نشان دهد:

هرچه رزولوشن تصویر بیشتر باشد، فوکوس کردن لنز سخت تر خواهد بود.

حتی اگر از لنز مناسب با رزولوشن بالا استفاده شود،

پیکسل های روی برد سنسور تصویر انقدر کوچک هستند که

با کوچکترین چرخشی در حلقه فوکوس دوربین، تغییر زیادی در تصویر نهایی ایجاد خواهد شد.

تنظیم فوکوس در یک دوربین 1 مگاپیکسل حدود 5 تا 10 ثانیه زمان می برد،

اما برای دوربین های رزولوشن بالاتر ممکن است حتی 5 دقیقه زمان نیاز برای این کار نیاز باشد.

راه حل این موضوع استفاده از لنزهای فوکوس اتوماتیک به همراه پردازنده تصویر مناسب است

که توانایی محاسبه و انجام دقیق فوکوس را داشته باشد.

بسیاری از پردازنده های تصویر موجود در بازار چنین دقت بالایی ندارند و باید دوباره از نو طراحی شوند.

استفاده از ابزارهای مختلف برای ارتقای کیفیت تصویر در شرایط نور مختلف  است.

بر اساس اینکه چه زمانی از شبانه روز باشد، ممکن است

نیاز به استفاده از DNR یا همان حذف نویز باشد پیش از اینکه از فیلترهای دیگر استفاده شود،

و یا اینکه مراحل همین فرآیند از آخر به اول انجام شود.

در مورد پردازنده های تصویر قدیمی، جابجا کردن این مراحل امکان پذیر نیست

و همین موضوع باعث می شود که در شرایط نوری مختلف دوربین یک فرآیند خاص

و از پیش تعیین شده را انجام دهد و نتواند بهترین حالت ممکن را با جابجا کردن مراحل ایجاد کند.

فشرده سازی

آخرین اما نه کم اهمیت ترین فاکتور در تعیین کیفیت تصویر فشرده سازی است.

دوربین های چند مگاپیکسل مقدار زیادی دیتا تولید می کنند.

وظیفه سنگین کاهش حجم دیتا تا اندازه ممکن بدون از دست دادن

کیفیت تصویر به عهده چیپ فشرده سازی داخل دوربین مداربسته است.

در حالی که دوربین های  2 تا 6 مگاپیکسل به شکل مطلوبی قابلیت فشرده شدن را دارند،

قبول اینکه دوربین های 10 مگاپیکسل و یا بیشتر را بتوان طوری فشرده کرد

که هم روی پهنای باند های موجود و هم هارد دیسک های فعلی با هزینه مناسبی انتقال یابند، کار ساده ای نیست.

پیشرفت پرشتاب تکنولوژی سنسورهای تصویر و تولید سنسورهای با رزولوشن بالاتر

برای دوربین های مداربسته نیاز به چیپ های فشرده ساز قوی تر و مجهز تر را بیشتر کرده است.

تلاش شرکت های تولیدکننده دوربین مداربسته برای دستیابی

به تکنولوژی های جدید در فشرده سازی کاملا گویای این حقیقت است.

عوامل تعیین کننده کیفیت تصویر در دوربین های مداربسته
  • دارای لنزهای با رزولوشن بالا
  • کیفیت بالا پردازنده تصویر
  • قابلیت فشرده سازی
4.7