كاربرد HLC ،BLC و WDR در دوربين مداربسته

كاربرد HLC ،BLC و WDR در دوربين مداربسته

ويژگي هاي مختلفي در دوربين مدار بسته   وجود دارد كه مصرف كنندگان اغلب با عملكرد آن ها آشنايي ندارند. به همين جهت ممكن است در انتخاب محصول مورد نظر خود دچار اشتباه شوند. به همين جهت در اين مقاله قصد داريم تا شما را با چند اصطلاح و ويژگي رايج در دوربين هاي مداربسته آشنا كنيم.
ويژگي هايي مانند Compensation Backlight Compensation (BLC)، Compensation Highlight (HLC)، Wide Range Dynamic Range (WDR) و ... براي كيفيت و وضوح تصاوير ويدئويي در دوربين مداربسته در شرايط مختلف نوردهي در طول روز بسيار مهم هستند. اين ويژگي ها اغلب از قابليت هاي رايج در سيستم هاي مداربسته محسوب مي گردند. اما داراي تفاوت هاي عمده اي در عملكردشان هستند كه آگاهي از اين تفاوت ها شما را در انتخاب دوربين مورد نظر خود كمك مي كند.

اين اجزا هر كدام به صورت جداگانه بر روي سنسور دوربين مداربسته قرار دارند و داراي عملكرد مستقلي هستند و هنگامي كه براي كاربرد هاي امنيتي مورد استفاده قرار مي گيرند، اهميت زيادي مي يابند زيرا كاربر را قادر مي سازند كه در مكان مورد نظر تصاوير را تا حد امكان واضح و با كيفيت ببيند.
به كمك اين مقاله مي توانيد دريابيد كه كدام قابليت ها براي كاربري شما مناسب است، به ياد داشته باشيد كه خريد دوربين مداربسته با كيفيت مانع از به وجود آمدن مشكلات بعدي و منجر به صرفه جويي در هزينه ها و زمان شما مي گردد.

(Compensation Highlight(HLC چيست؟

HLC قابليتي است كه در هنگام تابش نور شديد و مستقيم ناشي از پروژكتور ها و يا نور چراغ خودرو ها به لنز دوربين كاربرد دارد. اين قابليت اين تابش ها را در تصاوير تشخيص داده و از شدت آنها مي كاهد تا در نهايت تصاويري با كيفيت و يكدست ايجاد شود. HLC در جلوگيري از بين رفتن ديد دوربين هاي امنيتي در هنگام شب ناشي از چراغ هاي خودرو ها بسيار موثر است. قابليت خواندن پلاك خودروها يكي از ويژگي هايي است كه در كاربري هاي خاص بالاخص پاركينگ ها و نقاط ورودي كاربرد و اهميت زيادي دارد. به همين دليل بدون وجود HLC ارائه تصاوير با كيفيت در شب و با وجود روشن بودن چراغ اتومبيل ها غير ممكن است.
با توجه به اينكه در حال حاضر قابليت HLC در اكثر دوربين هاي مداربسته وجود دارد تا حد زيادي نوري كه مستقيما به دوربين مي تابد و تصاوير را تار مي كند كاهش مي يابد و امكان خواندن و تشخيص پلاك خودروها در حالت ثابت و يا حين حركت آرام وجود دارد. اما چنانچه خواهان استفاده از قابليت تشخيص پلاك براي وسايل نقليه اي هستيد كه با سرعت بيشتري حركت مي كنند توصيه مي شود تا از دوربين هاي مداربسته پلاك خوان كه اساسا براي اين منظور طراحي شده اند استفاده نمائيد. زيرا آنها علاوه بر HLC داراي قابليت هاي پيشرفته ديگري براي خواندن پلاك هستند.

(Compensation BACKLIGHT (BLC چيست؟

BLC نيز يكي ديگر از قابليت هاي موجود در  دوربين مداربسته    جهت تنظيم و بهينه سازي روشنايي تصوير است. در مكان هايي نزديك به درب ورودي يا پنجره ها اغلب نور آفتاب مستقيما به لنز دوربين تابيده و منجر به تيره شدن تصوير مي گردد و چنانچه سوژه اي وارد گردد اين نور مانع از تشخيص درست آن مي شود.
BLC قابليتي در دوربين هاي مداربسته است كه نور پس زمينه و پيش زمينه تصوير دوربين را تنظيم مي كند. اين قابليت ابتدا تصوير را به چند قسمت مختلف تقسيم نموده و روشنايي هر منطقه را به صورت جداگانه تنظيم مي كند. اين قابليت نور را در نقاطي كه داراي روشنايي بيش از حد نرمال هستند كاهش مي دهد.
با اين حال، بايد توجه داشته باشيد كه BLC نيز داراي محدوديت هايي است به خصوص در هنگام اصلاح روشنايي در مكان هايي كه داراي اختلاف شديد در سطوح نور هستند. براي حل اين مشكل و گرفتن بهترين نتيجه، تكنولوژي WDR ابداع شد كه در ادامه به شرح تفاوت هاي آن مي پردازيم.
WDR نيز همانند BLC اما به طور كلي بسيار پيشرفته تر از آن، به بهبود تعادل روشنايي در تصاويري با بازه ديناميكي بسيار بالا كمك مي كند. بازه ديناميكي يك اصطلاح عمومي براي بيان تفاوت هاي موجود در مقادير قابل اندازه گيري يك كميت است. در قابليت WDR نيز اين اصطلاح به نسبت ميان روشن ترين و تاريك ترين عناصر موجود در يك تصوير اشاره دارد. WDR بيشتر براي مكان هايي با اختلاف شديد سطوح نوري مانند درب هاي ورودي و ... مناسب است و از تكنولوژي اسكن دوگانه Double Scan technology براي اصلاح تصاوير استفاده مي كند.
حسگر تصوير دوربين هاي مجهز به قابليت WDR داراي دو بخش است. يكي از بخش ها براي تصويربرداري با سرعت بالا و ديگري براي سرعت هاي پائين است. اين دو بخش به صورت همزمان با يكديگر كار كرده و با ايجاد چندين اسكن از يك صحنه، يك تصوير متعادل و واضح را ارئه مي كنند. در واقع به جاي گرفتن يك اسكن از يك فريم ويدئويي كه در دوربين هاي معمولي انجام مي شود دو اسكن گرفته مي شود.
اسكن اول تصوير را در شرايط نور طبيعي مي گيرد در حالي كه ديگري تصوير را در سرعت بالا براي گرفتن تصوير با نور قوي در پس زمينه اسكن مي كند. سپس دو تصوير گرفته شده با يكديگر ادغام مي شوند و تصويري واحد با وضوح و روشنايي متعادل به دست مي آيد.
قابليت ديگري با نام DWDR وجود دارد كه به عنوان يك راه حل ارزانتر ارائه شده است. در واقع قدرت قابليت WDR را ندارد اما وجود آن از نبودنش مفيدتر است. در DWDR از تكنولوژي دستكاري پيكسل ها به صورت ديجيتالي به جاي اسكن دوگانه استفاده مي كند. به اين ترتيب كه هر پيكسل را در تصوير به طور جداگانه تنظيم و براساس آن روشنايي را اصلاح مي كند.     
اين تكنيك داراي محدوديت هايي است. گفته شده است كه DWDR نمي تواند براي پيكسل هاي بسيار روشن كاري انجام دهد و تنها پيكسل هاي تاريك را روشن تر مي كند. واقعيت اين است كه دستكاري پيكسل ها با DWDR منجر به دانه دانه شدن تصوير و كاهش كيفيت آن مي گردد. به طور كلي DWDR ويژگي است كه براي جبران نبود WDR واقعي ارائه مي شود كه نياز به سنسورهاي تصوير گرانقيمت براي ساخت دوربين دارد.

بيشتر بخوانيد: هايك ويژن   hikvision

سه عامل بسيار مهم در كيفيت تصوير دوربين مدار بسته

دريچه ديافراگم

ميزان نور عبوري از لنز با تنظيم قطر دريچه ديافراگم (lris) تغيير مي كند. با افزايش قطر دريچه ديافراگم نور بيشتري از آن عبور مي كند. به همين دليل براي نور محيطي بسيار كم لنزهاي مجهز به دريچه ديافراگم بزرگ بهترين گزينه هستند. براي داشتن بهترين كيفيت تصوير بايد بهينه ترين ميزان پرتوي نوري از لنز عبور كند، به عنوان مثال اگر ميزان نور عبوري از لنز خيلي كم باشد، تصوير نهايي تاريك خواهد شد و اگر نور بسيار زيادي از آن عبور كند، تصوير نهايي بيش از حد درخشان مي شود.

ميزان نور دريافتي حسگر دوربين توسط دو عامل ?- ميزان باز بودن دريچه ديافراگم و ?- زمان نوردهي (Expose Time) تعيين مي شود. زمان نوردهي، مدت زمان در معرض نور قرار گرفتن حسگر مي باشد.

حسگر دوربين با افزايش زمان نوردهي نور بيشتري دريافت مي كند. به همين دليل زمان نوردهي در محيط هاي پر نور بايد كوتاهتر و در محيط هاي كم نور بايد طولاني تر باشد.

سطح نوردهي در حالت دريچه ديافراگم باز و زمان نوردهي كوتاه با حالت دريچه ديافراگم تنگ و زمان نوردهي طولاني برابر است. البته بايد به اين نكته مهم توجه شود كه با طولاني تر شدن زمان نوردهي، امكان مات شدگي اجسام متحرك بيشتر مي شود و هر چقدر دريچه ديافراگم بازتر شود، عمق ميدان ديد كاهش مي يابد. از طرف ديگر تقويت سيگنال (تنظيم حساسيت نوري يا تقويت حسگر دوربين) بر نور دهي تاثير گذاشته و باعث افزايش سطح نويز در تصوير مي شود.

زمان نوردهي در دوربين هاي معمولي توسط دريچه ديافراگم كنترل مي شود اما در دوربين هاي ديجيتالي و شبكه از دريچه ديافراگم استفاده نمي شود و تنظيم زمان نور دهي توسط حسگر دوربين و به صورت الكترونيكي (Rolling Shutter) انجام مي شود. لنزهاي داراي دريچه ديافراگم دستي در محيط هاي داخل ساختمان با سطح روشنايي ثابت استفاده مي شوند و دريچه ديافراگم آنها از طريق حلقه ي روي لنز تنظيم شده و يا روي يك سرعت اپتيكي خاص قرار داده مي شود. لنزهاي مجهز به دريچه ديافراگم خودكار در مكان هايي كه سطح روشنايي آنها همواره متغير است يا خارج ساختماني استفاده مي شوند. پردازنده ي دوربين با توجه به تغييرات روشنايي از طريق جريان DC استاندارد دريچه ديافراگم را كنترل (DC-iris) و باز و بسته مي كند.

سرعت اپتيكي يا f-number

سرعت اپتيكي يا f/# ) f-number )قابليت لنز در جمع آوري روشنايي ( ميزان جمع آوري و ارسال پرتوهاي نوري به حسگر دوربين ) است. سرعت اپتيكي لنز به وسيله شاخصه ي f/# ) f-number )تعريف مي شود و به آن F-Ston نيز گفته مي شود.

هم زمان با افزايش طول فاصله ي كانوني (FL) لنز براي ثابت نگه داشتن f-number بايد قطر دريچه ديافراگم (d) نيز افزايش يابد. اندازه ي f-number متناسب با فاصله ي كانوني و قطر لنز ( قطر دريچه ديافراگم ) است و به وسيله ي رابطه ي زير محاسبه مي گردد:

f/# =(f L)/d

با كوچك تر شدن f-number توانايي لنز در جمع آوري نور بيشتر مي شود و در نتيجه با افزايش نور، كيفيت و وضوح تصاوير افزايش مي يابد. شاخصه f- number شباهت زيادي به فلوي آب عبوري از لوله دارد، يعني اگر f- number نصف شود ( يعني قطر لنز دو برابر  شود ) ميزان نور عبوري از لنز چهار برابر مي شود، به عنوان مثال ميزان نور عبوري از لنز ?.? /fچهار برابر لنز ?.? /f است.

مقدار واقعي f- number در عمل با وجود تلفات ناشي از ايده آل نبودن لنز و وجود خصوصياتي نظير بازتاب نور، جذب نور و ديگر نواقص ذاتي لنز از ميزان محاسبه شده در رابطه (فرمول اول) كمتر مي شود. ميزان نور دريافتي حسگر (I) از طريق رابطه زير بدست مي آيد ( ضريب ثابت K= ) :

I=k/(f/#)^2

 استفاده از لنزهايي با f- number كمتر براي صحنه هاي تاريك توصيه مي شود و براي داشتن #/fهاي كوچكتر طبق رابطه (فرمول اول )    فاصله ي كانوني لنز بايد بلند تر شود. اين لنزها اگر چه سريع تر هستند و نور بيشتري را جمع آوري مي كنند اما بلندتر و بسيار گران قيمت هستند. در جدول زير مقايسه اي بين لنزي با ?.? /f و لنزهاي ديگر صورت گرفته است. در اين جدول قدرت جمع آوري نور توسط لنز ?.?/f، سي و دو ?? برابر لنز ?.?/f است و به عبارت ديگر حساسيت نوري اين لنز ?? برابر لنز ?.?/f مي باشد.

عمق ميدان ديد

عمق ميدان ديد يكي از مهمترين شاخصه هاي مقايسه اي سيستم هاي ويدئوي حفاظتي است. معيار DOF به ميزان وضوح تصوير در پشت و جلوي محدوده اي اشاره مي كند كه دوربين روي آن محدوده متمركز شده است. به عنوان مثال ممكن است از يك دوربين براي كنترل پاركينگي استفاده شده باشد و كاربر بخواهد شماره پلاك خودرويي را در فاصله ??، ?? و ?? متري از محل نصب دوربين بخواند. در اين شرايط به هر ميزان كه DOF لنز بزرگ تر باشد، وضوح تصوير در فواصل دورتر بهتر مي شود.

عمق ميدان ديد. صفي را تصور كنيد كه در آن چند نفر پشت سر هم ايستاده باشند. اگر دوربين روي وسط صف متمركز شود و در اين شرايط اگر در تصوير امكان شناسايي چهره اشخاصي در ?? متري (?? فوت) پشت و جلوي محل تمركز وجود داشته باشد، در آن صورت عمق ميدان ديد دوربين خوب است.

عمق ميدان ديد تحت تاثير سه عامل ?- فاصله ي كانوني، ?- قطر دريچه ديافراگم و ?- فاصله دوربين از صحنه قرار دارد. هر چقدر فاصله ي كانوني طولاني تر، فاصله دوربين از صحنه كمتر و قطر دريچه ديافراگم بزرگ تر باشد، عمق ميدان ديد كوتاه تر مي شود.

در شكل زير چند نمونه از عمق ميدان ديد براي انواع f- numberها با فاصله ي كانوني ? متري (? فوتي) نشان داده شده اند. با استفاده از f- numberهاي بزرگ تر ( دريچه ديافراگم كوچك تر ) مي توان روي اجسامي كه در فواصل دورتر قرار دارند، متمركز شد.

عمق ميدان ديد با توجه به ميزان باز بودن دريچه ديافراگم تغيير مي كند.

در محيط هاي كم نور بايد بين داشتن عمق ميدان ديد مناسب و ميزان مات شدگي اجسام متحرك تعادل برقرار شود. براي داشتن عمق ميدان ديد خوب در شرايط نوركم محيطي – و احتمالاً تصويري روشن – بايد دريچه ديافراگم تنگ و مدت زمان نوردهي افزايش يابد. زمان نوردهي طولاني باعث مات شدگي اجسام مي شود و از طرف ديگر با تنگ بودن دريچه ديافراگم خطاهاي اپتيكي كاهش يافته و دقت فيلم برداري افزايش مي يابد. ولي اگر دريچه ديافراگم بيش از اندازه تنگ شود به علت برخي از خواص اپتيكي تصوير مات مي شود.

توجه به ويژگي ها و خصوصيات كاربري مي تواند باعث بهبود نتايج فيلم برداي شود. در جدول زير نمونه هايي از تنظيمات مناسب براي زمان نوردهي، دريچه ديافراگم، سطح حساسيت نوري يا بهره، اولويت فيلم برداري و نتيجه فيلم برداري گردآوري شده اند.

تنظيمات مختلف مجموعه لنز- دوربين براي شرايط نوري مختلف و نتايج حاصل از اين تنظيمات

*جزئيات صحنه ممكن است در صورت تنگ شدن بيش از حد دريچه ديافراگم، كاهش يابد.

با استفاده از توصيه هاي مفيد زير مي توان در شرايط روشنايي مختلف تصاوير قابل قبولي را فيلم برداري كرد:

• وري آنور خورشيد: با توجه به شدت روشنايي بالاي صحنه مي توان با انتخاب دريچه ديافراگم تنگ و زمان نوردهي كوتاه تصاويري با كيفيت، روشن، عمق ميدان ديد عالي و بدون مات شدگي از اجسام متحرك تهيه كرد.
• هواب هواي ابري:  اگر عمق ميدان ديد اولويت اول فيلم برداري باشد، بايد هم زمان با افزايش زمان نوردهي، دريچه ديافراگم را تنگ كرد ولي اين تنظيمات باعث افزايش مات شدگي اجسام متحرك مي شود. براي داشتن تصويري شفاف بايد زمان نوردهي كم شود ولي هم زماني اين كار و بازتر شدن دريچه ديافراگم باعث كاهش عمق ميدان ديد مي شود.
• بعد بعد ازظهر و شب: حساسيت نوري حسگر دوربين در زمان كاهش شديد روشنايي و براي داشتن تصاوير خوب در شب بايد افزايش داده شود، ولي با انجام اين كار سطح نويز تصوير افزايش مي يابد. اين نويزها ممكن است به شكل دانه هاي سفيد در تصوير ظاهر شوند.