Определившись с корпусом видеокамеры, будущий пользователь сталкивается с рядом вопросов, касающихся съемки и качества изображения.
Один из них - Универсального ответа на этот вопрос не существует. Недобросовестный продавец может посоветовать выбрать решение «на глаз», например, видеокамеру с наибольшим разрешением. насколько хорошо будут видны объекты, и на каком удалении я смогу различить лицо или номер автомобиля?
В действительности на детализацию влияют 4 фактора:
1. Разрешение матрицы.
Это способность отрисовывать изображение массивом пикселей, чем значение выше - тем чётче картинка. Наиболее популярный в охранном видеонаблюдении диапазон значений – от 1 до 12 мегапикселей. Чем больше разрешение – тем больше требуется освещения.
Объясняется такая зависимость простой арифметикой – поток света (фотоны) преобразуются в сигналы (электроны) в единицу времени на каждом пикселе, причём один видимый требует 4 физических RGGB - (красный, зелёный, зелёный, синий). Например, для сенсора 2 мегапикселя IMX290 размер эффективного пикселя 2.9 μm (H × V) а для 12 мега пиксельного - OV12895 1.55 µm (H × V) то есть в два раза меньше.
2.Светочувствительность сенсора
Показатель указывается в лк – люксах (от лат. lux — свет) чем меньше – тем лучше. Зависит от структуры слоёв и его физического размера. Существует зависимость - чем больше физический размер матрицы, тем больше света улавливает каждый пиксель. Производитель указывает размер в дюймах, например, наиболее оптимальное значение матрицы – ½.8” т.к. под данный размер выпускается гораздо больше объективов и зависимых элементов, а потому их стоимость, а следовательно – стоимость самой камеры, более доступны.
Наличие уникальных технологий увеличивает значение светочувствительности в сотни раз. Рассмотрим стандартную структуру для понимания, как достигаются такие значения:
На крайней левой картинке приведена стандартная структура стандартной CMOS-матрицы, микролинзы фокусируют свет над светофильтрами, который преодолевает следующий слой проводников электронов. На пути неизбежно встречаются препятствия в виде структурных элементов, отражаясь от которых, утрачивается до 30% светового потока. Дальнейший путь – захват фотодиодным слоем на кремниевой подложке – тут потери могут составлять до 50% от долетевших фотонов. Как вы понимаете, такая технология крайне неэффективна, поэтому долгое время бытовало убеждение, что старые добрые CCD-матрицы имеют преимущество в ночной съёмке.
Однако, на третьей иллюстрации, мы видим, что благодаря применению технологии Aptina/ON Semiconductor, А-pix® которая включает в себя глубокий фотодиод-туннель, фиксируются значительно больше света, которые попадают на этот пиксель.
Наиболее 
совершенным является разработка компании SONY - запатентованная технология STARVIS. Особенностью является перевёрнутая структура – фотодиодный чувствительный слой находится максимально близко к светофильтрам, располагаясь над металлическими проводниками.
Такая матрица полностью исключает потери фотонов, открывая совершенно новые возможности в фиксации событий при экстремально низком уровне освещения. Например, модель видеокамеры АйТек ПРО IPr-OPV 2Mp Starvis способна различать динамическую сцену 30 кадров /секунду при значении 0,01 лк (цветной режим) / 0,00008 лк (ч/б режим) в диапазоне 3200 K, 706 cd/m2.
Разумеется, стоимость такого сенсора может в разы превышать стоимость аналога, изготовленного по обычной технологии. Однако выбирать матрицу необходимо исходя из конкретных потребностей и угроз. Так, для контроля кассовой зоны нет необходимости в сверхчувствительной матрице, для таких задач выбирают более скоростные камеры с частотой обновления изображения 30 кадров в секунду или более. А для контроля частного дома, где освещение может отсутствовать, и вероятность нарушений велика в ночное время, – переплата оправдана.
3. Углы обзора объектива и качество полировки линзы.
Зависит от фокусного расстояния объектива и размера матрицы. Чем шире угол обзора – тем менее детально будут отображаться объекты, потому для определения лиц и автомобильного номера используются телеобъективы с узкими углами обзора, например, f=5-50 мм. Противоположность – максимально широкоугольные объективы f=2 мм, угол обзора 360°. Fish-eye способны охватывать полусферу, используются как обзорные. Наиболее эффективные объективы с минимальным искажением (дисторсией) М12 f=3.6 мм.
Многие заказчики просят одной видеокамерой захватить «всю комнату», выбирая фокусное расстояние f=2,8 мм и соглашаясь на незначительное закругление изображения на краях, при этом не учитывают потерю детализации на изображении до 22% по центру. Важнейшее значение имеют линзы и дополнительные светофильтры, формирующие чёткое изображение без искажений и аберраций. В угоду снижения цены на видеокамеру, многие производители устанавливают пластиковые линзы, откровенно обманывая пользователя. Главная опасность – замутнение при нагреве и пылевой абразив при эксплуатации. Чтобы избежать рисков, можно воспользоваться на удобной сводной таблицей основных типов светочувствительных матриц и зависимости детализации от улов обзора, с помощью которой можно быстро вычислить нужное разрешение и фокусное расстояние.
4. Метод обработки цифрового сигнала т.е. кодирования перед отправкой на устройство записи.
Крайне важным фактором является степень сжатия видеокодеком потока. Чтобы понять суть проблемы, нужно немного теории. Отснятое на фотоаппарат изображение называется кадром, для видеокамеры требуется минимум 25 таких изображений в секунду. Передача всех кадров без сжатия займёт колоссальный объём памяти, например, при съемке с разрешением 2 Мр и 30 кадрами в секунду потребуется скорость записи (битрейт), порядка 30 Mb в секунду. Качество самого изображения будет безупречным, но затраты на передачу по интернету заставят задуматься об альтернативе. Наука уже нашла решение этой проблемы. Любой кадр содержит статические участки и движущиеся объекты, а потому незачем перезаписывать неизменные части кадра каждую секунду. Формат сжатия H.264 позволяет снизить нагрузку до 4 Mb в секунду при сохранении детализации.
Современные видеокамеры поддерживают сжатие и более совершенным кодеком HVEC - H.265, в два раза более эффективным. При выборе камеры с разрешением от 3 Мр стоит отдать предпочтение именно ему. Еще один важный момент – «шум» матрицы, проявляющийся в виде мерцающих пикселей на картинке. Возникает такая проблема из-за существующей технологии усиления (AGC или АРУ в российском лексиконе), предполагающей усиление полезного сигнала и сопутствующего ему фона одновременно. В этот момент процессор думает, что весь кадр движется и пытается оптимизировать видеоряд полностью. Как результат - неэффективное расходование ресурса и значительное снижение детализации. В качестве решения проблемы производители предлагают аппаратную обработку 3DNR - алгоритм подавления оптических шумов движущихся объектов при недостаточной освещённости. Тесты выявили и ещё важную зависимость – более светочувствительные матрицы способны формировать изображение за меньшее время (короткая экспозиция), и при цифровой обработке получается изображение без «смазывания» движущихся объектов.
Далее возникает вопрос о дополнительной способности видеокамеры различать объекты ночью. В охранном наблюдении эту возможность добавляет Инфракрасная подсветка. Если дневное изображение формируется в видимом спектре, то монохромное более эффективно при ИК-диапазоне в районе длин волн 850 nm. Соответственно, насколько мощные диоды, настолько велика дальность их свечения и дистанция, на которой объекты будут хорошо различимы. Современные технологии SMD LED-диодов значительно увеличили эффективность подсветки, используя алюминиевую подложку, отводящую тепло и рассеивающие линзы способны освещать сцену более равномерно.
Альтернативой мощной светодиодной подсветке можно считать светочувствительные матрицы последнего поколения, выполненные по технологии STARVIS, запатентованной производителем SONY (Япония). Основное преимущество сенсоров – повышенная эффективность пикселя - ячейки, которая улавливает фотоны и преобразует их в электрический сигнал, понимаемый мультимедийным процессором. Видеокамеры на матрицах STARVIS не нуждаются в сверхмощных диодах и способны формировать качественное изображение при свете ночного звёздного неба. Такие видеокамеры энергоэффективнее, потребляют меньше тока и не демаскируют себя красным свечением.
Подводя общую черту, отметим, что подбор оборудования для системы видеонаблюдения – это всегда новая задача, решение которой зависит от множества обстоятельств. Чтобы результат был успешным, необходимо учесть все описанные выше факторы. Если вопросы все же остались – обратитесь к специалистам АйТек ПРО, и они помогут найти оптимальное решение.
