Цветные видеоизображения при низком уровне освещенности

Технологии получения качественного изображения в темноте

Немного об оборудовании для ночного видеонаблюдения

Результат технического прогресса

Современные видеокамеры способны получать качественные цветные изображения при очень низком уровне освещенности, хотя еще совсем недавно это считалось невозможным. Что изменилось?

  • Во-первых, сенсоры. КМОП-сенсоры большого размера позволяют получать большее количество света на каждый пиксель сенсора, это в свою очередь повышает светочувствительность камеры, даже если речь идет об устройствах с высоким разрешением.
  • Во-вторых, значительную роль в повышении качества анализа изображений при слабой освещенности играет производительность микропроцессоров, в которых применяются все более сложные алгоритмы обработки видео.
  • В-третьих, объектив с большой диафрагмой пропускает большее количество света, а это обеспечивает получение более яркого изображения.

Таким образом, оптимальная эффективность видеонаблюдения в условиях низкой освещенности достигается благодаря сочетанию высокопроизводительных матриц увеличенного размера, объективов с большой апертурой, использованию передовых технологий обработки видеосигнала, правильному выбору освещения. 

Функционал камер для ночного видеонаблюдения

Video-Surveillance-1.jpg

Кроме того, для повышения эффективности съемки видеокамеры должны обладать некоторыми встроенными функциями. Например, применение в камерах функции компенсации задней засветки повышает различимость основной сцены, функция расширенного динамического диапазона (WDR) важна для сочетания наблюдения в освещенных и затемненных зонах, а современные технологии шумоподавления улучшают отношение сигнал-шум.

Также нельзя не сказать о всё более возрастающей роли искусственного интеллекта (ИИ). Уже сегодня ИИ является эффективным инструментом оптимизации видеоаналитики, а в недалеком будущем можно ожидать, что использование встроенных или внешних инструментов ИИ позволит значительно усовершенствовать процесс съемки при слабом освещении и повысить качество

Выбор оборудования для видеонаблюдения в темноте

Перед тем, как сделать выбор оборудования того или иного производителя, важно провести испытания камер на месте установки или в ситуациях с аналогичными уровнями и характеристиками освещенности, чтобы определить реальную эффективность применяемой техники. Испытания камер необходимо проводить как в дневное, так и в ночное время.

Помимо тестирования возможностей камеры при слабой освещенности инсталляторы систем безопасности должны обратить внимание на различные технологии и системы, с которыми предполагается интегрировать камеру. Во многих высококлассных видеокамерах установлены продвинутые оптические системы и современные сенсоры, способные обеспечить высочайший уровень светочувствительности. Но главное отличие между оборудованием различных производителей заключается в возможностях последующей модификации и тонкой настройки. Инсталляторы должны уделять особое внимание индивидуальной настройке оборудования, а также его соответствию условиям эксплуатации
Сравнение камер различных производителей в реальных условиях позволяет не только обеспечить высокое качество работы в условиях низкой освещенности, но и упростить интеграцию с ПО для управления видеоданными, а также облегчить процесс установки и эксплуатации. Например, камера должна соответствовать требованиям протокола ONVIF и хорошо работать с выбранным ПО для обработки видеоданных. В перспективе полезно также обеспечить совместимость с резервным пакетом ПО. Если камера эффективно работает только с одним пакетом программного обеспечения, это ограничивает возможности выбора и, в конечном счете, тормозит развитие любого проекта. Важно понимать, что настройки камеры, ПО и алгоритмов не являются статичными. При необходимости у пользователя должна быть возможность скорректировать эти настройки в соответствии с ситуацией. Это особенно важно при оценке качества работы видеокамер, поскольку разные производители предлагают разные уровни индивидуальной настройки.


Кроме железа. Почему так важен технологический прогресс?


Савельев Максим
Максим Савельев, технический эксперт Hikvision Russia, менеджер по продуктам бренда HiWatch

Использование технологий для видеосъемки в условиях низкой освещенности или полного отсутствия источников света делает возможным не только получение информативного изображения, но также работу функций видеоаналитики. Теперь даже в темноте камера может не просто зафиксировать движение объектов, но и обеспечить точное распознавание лиц, номера автомобиля, фиксирование цветных деталей изображения, которые могут быть важными для дальнейшего разбора ситуации. 


Технологии видеонаблюдения ведущих вендоров

Технология Full-color (Dahua)

Преимущества технологии Full-color

DahuaObzorN_02.gif

Видеокамеры с технологией Dahua Full-color обеспечивают четкое цветное изображение даже при слабом освещении. Они всегда показывают изображение в цвете и никогда не переходят в черно-белый режим.

Применение этой технологии дает возможность передавать четкие детали изображения в цвете, что позволяет в дальнейшем точно идентифицировать людей и нужные объекты в условиях низкой освещенности.

Кроме того, в видеокамерах Full-color также реализованы функции искусственного интеллекта, что еще больше расширяет возможности точного распознавания объектов и определения деталей.

Объектив с большой диафрагмой F1.0 пропускает в 2,5 раза больше света по сравнению с F1.6, что позволяет получать более яркие изображения. Применение современной матрицы большого размера повышает светочувствительность камеры на 30%.В последней версии процессора Dahua ISP 4.0 существенно улучшены параметры соотношения сигнал/шум и цветопередачи. 

DahuaObzorN_03.gif

Функциональные особенности камер Dahua с технологией Full-color

В семейство камер Dahua Full-color входят устройства двух типов: с собственной подсветкой и без подсветки. Видеокамеры первого типа способны эффективно работать даже в полной темноте за счет собственного источника освещения, что позволяет подсвечивать наблюдаемую сцену. Камеры второго типа не имеют вообще никакой подсветки. В серии Dahua Full-color присутствуют как IP-видеокамеры, так и аналоговые видеокамеры, работающие по технологии HDCVI. Цветное изображение, полученное от камер Dahua Full-color, гарантирует информативность даже в темное время суток. Кроме этого, функции ИИ для распознавания ключевых объектов – (людей и транспортных средств), а также их атрибутов (метаданных) – одинаково эффективно работают в камерах Full-color независимо от времени суток (точность достигает 98%). 
DahuaObzorN_01.gif

Полная интеграция видеокамер с видеорегистратором Dahua дает возможность осуществлять поиск с функциями ИИ и повышать точность извлечения данных. Возможность фильтрации ложных тревог и классификации объектов (люди и автомобили) позволяет осуществлять поиск по определенным параметрам. Это означает, что даже в условиях плохой освещенности, например, - на парковке в ночное время или на темных аллеях парка, наличие цветного изображения позволит сохранить важную информацию о людях или автомобилях, необходимую для поиска нарушителя, включая возраст, цвет одежды или машины, номерной знак и т.д.

Применение технологии Full-color

Полученные метаданные значительно повышают эффективность поиска объектов при низкой освещенности. Сценарии применения технологии Full-color могут быть различными. 

  • Например, на городской улице в ночное время изображения людей и транспортных средств, получаемые с обычных камер видеонаблюдения становятся нечеткими, увеличивается количество ложных тревог. Видеокамеры же, предназначенные для круглосуточного цветного видеонаблюдения, дают возможность работать с более яркими изображениями и даже могут использоваться в качестве фонаря, благодаря встроенной в камеру подсветке, обеспечивая дополнительное освещение улицы.
  • Другой возможный сценарий – наблюдение за загородным домом. Круглосуточное цветное наблюдение с применением видеокамер Full-color обеспечивает высокую детализацию изображения, что поможет в случае проникновения злоумышленников раскрыть преступление.
  • Еще одна возможная область применения – кинотеатр. Темнота во время демонстрации фильма – большая проблема обеспечения безопасности мест массового скопления людей. Видеокамеры Full-color позволяют получить все необходимые данные при чрезвычайных ситуациях и в дальнейшем использовать их при расследовании уголовных дел.
  • Видеокамеры Full-color найдут применение и на парковках. В ночное время здесь бывает сложно получить цветное изображение происшествия в тот момент, когда это необходимо. Непросто даже разглядеть автомобильные номера. Технология Full-color позволяет в этих условиях получить четкое изображение людей и транспортных средств и уделить особое внимание цветным деталям.

Ключевые характеристики

темная_дорога.jpg
  • Круглосуточное видеонаблюдение в цвете
    Цветное изображение людей и транспорта с высокой детализацией при низком уровне освещенности. Значительно увеличивается вероятность получения доказательного изображения людей, транспорта и событий при наличии дополнительной цветовой информации. 
  • До 98% точность работы ИИ ночью
    Взаимодействие с видеорегистраторами для поддержки интеллектуального поиска и более эффективной работы с видеоархивом. Фильтр ложных тревог благодаря распознаванию таких классов объектов, как люди, транспорт, чтобы сконцентрировать внимание на действительно важном. 
  • Превосходное качество изображения в темноте
    Обеспечивает дополнительное освещение теплых тонов, гарантируя высокую четкость изображения даже в полной темноте. Не отражается от капель дождя и не привлекает насекомых в отличие от ИК-подсветки.

Основные сценарии применения

Сценарий: Темная дорога ночью
Преимущества:
  • Круглосуточное видеонаблюдение в цвете, яркое изображение 
  • Служит дополнительным уличным освещением и экономит расходы на него
  • Подсветка дает чувство безопасности и становится сдерживающим фактором для злоумышленников
парковка.png

Сценарий: Проникновение воров в дом в отсутствие хозяев
Преимущества:
  • Круглосуточное видеонаблюдение в цвете для охраны двора 
  • Сохранение цветовой информации о преступниках в помощь полиции при расследовании
Сценарий: Слабоосвещенная автомобильная парковка
Преимущества:
  • Информация о цвете автомобилей и одежды людей
  • Реалистичное и детальное изображение

Технологии Hikvision для видеонаблюдения в сложных условиях

Цветное видеонаблюдение в условиях плохой видимости

HikVisionObzorN_02.gif
Современные видеокамеры способны передавать качественное цветное изображение в условиях даже очень плохой видимости. Для реализации этой возможности устройства оснащаются объективами со сверхбольшой диафрагмой, матрицами высокой светочувствительности, ИК или LED-подсветками. В камерах Hikvision нового поколения эти возможности реализованы с помощью технологий ColorVu и DarkFighter, которые обеспечивают четкую картинку и точную цветопередачу, даже если уровень освещенности падает до минимума. Для улучшения детализации изображения и повышения дальности работы предусмотрена мощная EXIR подсветка. Для более точного реагирования на тревоги можно выбрать камеры с поддержкой алгоритмов глубокого обучения (технология AcuSense), которые отфильтровывают ложные срабатывания с помощью классификации целей (ТС/человек), что делает эти устройства оптимальным и эффективным решением для задачи по безопасности.

Технология ColorVu для получения цветного изображения

Технология Hikvision ColorVu применяется для получения с видеокамеры детального цветного изображения в условиях очень низкой видимости. Сбалансированная яркость и точная передача картинки достигается объединением в одном устройстве улучшенного объектива с увеличенной диафрагмой, усовершенствованной матрицы с высоким разрешением и высоким уровнем светочувствительности 0.0005 лк. Объектив со светосилой F1.0 собирает в 4 раза больше света, чем обычная камера, поэтому даже в сумерках система транслирует практически такое же изображение, как если бы оно было снято днем. Если уровень освещенности падает до нуля, включается «мягкая» (неослепляющая) LED-подсветка с возможностью автоматической подстройки под уровень освещенности, которая гарантирует, что камера будет по-прежнему транслировать качественное изображение без засветки и эффектов размытия на расстоянии до 40 метров.

Технология ColorVu AcuSence для снижения ложных срабатываний тревоги

Камеры Hikvision ColorVu AcuSense – это новое поколение обычных камер ColorVu. Благодаря поддержке алгоритмов глубокого обучения система видеомониторинга может распознавать ложные и реальные источники тревоги на основе результатов классификации целей (человек/ТС) в сложных условиях освещения и даже полного отсутствия источников света. При обнаружении движения система определяет наличие в зоне обзора людей или транспортных средств, то есть релевантных объектов, которые могут представлять интерес для оператора системы безопасности. Движение небольших животных в кадре или природные явления (например, движение веток деревьев из-за ветра, дождь и другие осадки, паутина и т.д.) не вызовут ложного срабатывания системы и, как результат, - не отвлекут оператора, не создадут дополнительной нагрузки на сеть передачи данных и не займут места в архиве.
HikVisionObzorN_01.gif

Технология DarkFighter для работы в полной темноте

Технология DarkFighter позволяет формировать исключительно четкое и цветное изображение даже при нулевом освещении. В камерах используются две светочувствительные матрицы, одна из которых снимает в видимом диапазоне, а другая – в ИК, что и обеспечивает лучшую видимость объектов в сложных условиях освещения до 0,0005 лк. Сенсоры DarkFighter имеют особенную конструкцию, в которой изменен порядок светочувствительного и металлического слоев – светочувствительный перемещен наверх, чтобы уменьшить отражение света и увеличить эффективность его использования. Такая конструкция позволяет повысить яркость передаваемого изображения на 30%.
В специальном объективе Darkeye используются асферические линзы, которые уменьшают искажения изображения, характерные для стандартных объективов, состоящих из нескольких сферических линз. Дополнительная технология многослойного антибликового покрытия также работает на увеличение светопропускания линзы и снижает коэффициент отражения света. Еще одна особенность камер DarkFighter – постоянно большая апертура даже при изменении фокусного расстояния, что сохраняет яркость изображения. В отличие от обычных вариофокальных объективов, в которых диафрагма при увеличении фокусного расстояния уменьшается, а вместе с ней снижается яркость изображения.

EXIR-подсветка для более детализированного изображения

EXIR-подсветка – это усовершенствованная технология ИК-подсветки, фирменная разработка компании Hikvision. С ее помощью камера может транслировать четкое изображение по всему кадру без затемнений и эффектов «шума» в условиях низкой освещенности. Технология построена на тонкопленочных светоизлучающих элементах и полусферической линзы прямоугольной формы. Кроме того, в EXIR снижено энергопотребление и увеличен срок службы светодиодов. Технология улучшает работу камеры в темноте, повышает информативность изображения и увеличивает дальность съемки – отдельные модели в продуктовых линейках Hikvision и HiWatch с помощью EXIR-подсветки могут покрывать расстояние более чем на 100 метров.



Технология Axis Lightfinder

AxisObzorN_01.gif
  • Технология Axis Lightfinder позволяет получать полноцветное видео высокого разрешения с минимальным размытием движущихся объектов, даже если съемка ведется практически в полной темноте. 
  • Axis Lightfinder отфильтровывает шумы, благодаря чему темные участки сцены также становятся видимыми и передаются во всех деталях при очень слабом освещении. в результате высокое качество изображения достигается без использования внешних источников света. 
  • Камеры с поддержкой технологии Axis Lightfinder способны создавать полноцветное изображение при очень низкой освещенности за счет применения матриц с исключительно высокой светочувствительностью в комбинации с тщательно выверенными алгоритмами обработки изображений. в видеонаблюдении цвет может быть критическим фактором, который поможет идентифицировать человека, предмет или автомобиль, например, при расследовании преступлений.

Lightfinder 2.0 – усовершенствованная технология для съемки при слабом освещении. Она обеспечивает еще большую светочувствительность, улучшает точность цветопередачи и баланса белого и расширяет возможности различения деталей в тенях и на темных объектах. Lightfinder 2.0 поддерживает тонкую настройку, что важно для опытных пользователей при необходимости оптимизировать изображение для конкретных аналитических приложений.
AxisObzorN_02.gif.


Технология IDIS LightMaster

IDIS_ObzorN_01.gif
IDIS_ObzorN_02.gif
IDIS LightMaster – технология, позволяющая получать с IP-видео-камер цветное, насыщенное и высококонтрастное изображение даже в условиях недостаточного освещения, в которых камеры без этой технологии переключаются в черно-белый режим съемки с инфракрасной подсветкой.

Такие результаты достигаются с помощью использования матриц увеличенного размера. В камерах серии LightMaster используются матрицы размером 1/1.9 и 1/2. То есть каждый пиксель матрицы имеет большую, чем обычно, площадь. Соответственно появляется возможность получить большее количество света на каждый пиксель матрицы.

В камерах LightMaster существенно улучшена характеристика подавления помех, что в комплексе со сверхвысокой светочувствительностью матрицы дает картинку отличного качества.  В отличие от камер, которые в темноте транслируют черно/белое изображение, камеры LightMaster могут передавать цветное изображение. Отдельно стоить отметить фильтр Defog, который применяется в условиях тумана, смога и осадков и позволяет скомпенсировать негативное воздействие этих факторов на качество изображения.

Камеры IDIS, оснащённые технологией LightMaster, представлены в цилиндрическом, купольном и PTZ исполнении.



И другие технологии для цветного видеонаблюдения в темноте

Мини PTZ-камера IPC672LR-AX4DUPKC с технологией LightHunter и функциями предупреждения (UNIVIEW)

UniView_ObzorN_01.gif
Применяемая в камере технология LightHunter обеспечивает максимальную передачу света, высокую яркость и предельно чёткое цветное изображение в условиях недостаточной освещенности (до 0.0005 лк), моторизованный объектив с 4-кратным оптическим зумом позволяет получать детализированную картинку. LightHunter значительно улучшает яркость изображения, благодаря объективу с большой диафрагмой F1.2 Large Iris и датчику BSI (с обратной засветкой), который обеспечивает более высокую чувствительность и отношение сигнал/шум.

Интеллектуальный алгоритм U-ISP® автоматически регулирует качество изображения, используя новое поколение технологии шумоподавления для улучшения отношения сигнал-шум и уменьшения размытия изображения при движении в кадре в условиях низкой освещённости.


Резюме

Технологии съемки в условиях низкой освещенности прошли большой путь развития всего за несколько лет. Сейчас камеры используют усовершенствованные технологии съемки при слабой освещенности, а возможность цветной съемки в ночное время значительно увеличивает объем полезной информации. В будущем можно ожидать появления еще более совершенных систем, разработка которых станет результатом непрерывной модернизации сенсоров и алгоритмов обработки, а в скором времени – и технологий искусственного интеллекта.

Материалы по теме

Новости

Статьи

Обзоры