Η τεχνολογία DarkFighter της Hikvision

Με την ευαισθητοποίηση της ασφάλειας σε ολόκληρο τον πλανήτη και ιδιαίτερα στις μεγάλες πόλεις του κόσμου, η επίβλεψη βίντεο υψηλής ποιότητας, 24/7, έχει γίνει βασική απαίτηση. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος των εγκλημάτων και των σοβαρών ποινικών παραβάσεων συμβαίνει τη νύχτα, η βελτίωση της ποιότητας βίντεο κατά τις νυχτερινές ώρες αποτελεί…

Με την ευαισθητοποίηση της ασφάλειας σε ολόκληρο τον πλανήτη και ιδιαίτερα στις μεγάλες πόλεις του κόσμου, η επίβλεψη βίντεο υψηλής ποιότητας, 24/7, έχει γίνει βασική απαίτηση. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος των εγκλημάτων και των σοβαρών ποινικών παραβάσεων συμβαίνει τη νύχτα, η βελτίωση της ποιότητας βίντεο κατά τις νυχτερινές ώρες αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα της βιομηχανίας παρακολούθησης βίντεο.

Το Lux αναφέρεται στη μονάδα φωτισμού και ο φωτισμός τη νύχτα είναι συνήθως μικρότερος από πέντε lux. Γενικά, λιγότερο φως σημαίνει φτωχή ποιότητα εικόνας. Οι κατασκευαστές χρησιμοποίησαν διάφορες μεθόδους – αυξημένο κέρδος, χαμηλή ταχύτητα κλείστρου, μεγαλύτερους αισθητήρες ή καλύτερους φακούς – για τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας σε σκηνές χαμηλού φωτισμού. Η Hikvision, από την άλλη πλευρά, πιστεύει στη βελτίωση της ποιότητας των εξαρτημάτων στις κάμερές της, αντί να χρησιμοποιεί άλλες τεχνικές αντιστάθμισης. Για το λόγο αυτό, οι κάμερες DarkFighter Series της εταιρείας συνδυάζουν έναν μεγαλύτερο αισθητήρα, μία βελτιστοποιημένη σχεδίαση φακού, μαζί με πολλές προηγμένες τεχνολογίες για την παροχή εξαιρετικών εικόνων σε όλη τη διάρκεια της ημέρας, καθώς και υψηλής ποιότητας έγχρωμες εικόνες σε σκοτεινά περιβάλλοντα. Το άρθρο αυτό είναι μια εισαγωγή στην τεχνολογία DarkFighter της Hikvision.

Αισθητήρας DarkFighter νυχτερινής όρασης

Ο αισθητήρας της εικόνας είναι το βασικό συστατικό μίας κάμερας. Η ποιότητα του αισθητήρα καθορίζει την ποιότητα της εικόνας, ειδικά σε περιβάλλον χαμηλού φωτισμού. Οι κάμερες της σειράς DarkFighter της Hikvision χρησιμοποιούν ειδικά σχεδιασμένους αισθητήρες σχεδόν μισής ίντσας, αποδίδοντας καλύτερη φωτοευαισθησία, υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο (S/N) και αυξημένο ευρύ δυναμικό εύρος. Η περιοχή των εικονοστοιχείων τους είναι σχεδόν διπλάσια από αυτή ενός κανονικού αισθητήρα και βελτιώνει σημαντικά την ποσότητα διέλευσης φωτός, η οποία αποτελεί βασικό συστατικό για καλύτερη απόδοση χαμηλού φωτισμού.

Ταυτόχρονα, ο σχεδιασμός DarkFighter τροποποιεί τη σειρά του φωτοευαίσθητου στρώματος και του μεταλλικού στρώματος στον αισθητήρα. Οι αισθητήρες DarkFighter μετακινούν το φωτοευαίσθητο στρώμα στην κορυφή για να μειώσουν την αντανάκλαση του φωτός και να αυξήσουν τη χρήση φωτός. Με αυτόν τον τρόπο, η φωτεινότητα βελτιώνεται κατά 30% (εικόνα 1).

Φακοί DarkEye

Ασφαιρικοί φακοί: Ένας τυπικός φακός της κάμερας αποτελείται από πολλούς σφαιρικούς φακούς και οι σφαιρικοί φακοί μπορεί να προκαλέσουν εκτροπή εικόνας λόγω του σχήματος τους. Στις κάμερες DarkFighter και στους φακούς DarkEye, η Hikvision υιοθετεί τον ασφαιρικό φακό για να μειώσει την εκτροπή της εικόνας. Σε αντίθεση με έναν σφαιρικό φακό ή έναν επίπεδο φακό, ένας ασφαιρικός φακός έχει επιφάνεια ελεύθερης μορφής. Αυτό επιτρέπει στο φακό να επεξεργάζεται το φως από διαφορετικά σημεία στην επιφάνεια και να εστιάζει καλύτερα αυτό το φως για να βελτιώσει την ευκρίνεια της εικόνας. Με μόνο έναν ασφαιρικό φακό αντί για αρκετούς σφαιρικούς φακούς, η κάμερα DarkFighter λύνει το πρόβλημα της εκτροπής της εικόνας και βελτιώνει τη μετάδοση φωτός, πράγμα το οποίο βελτιώνει με τη σειρά του τη φωτεινότητα της εικόνας τη νύχτα (εικόνα 2).

Επικάλυψη πολλαπλών αντιανακλαστικών επιστρώσεων: Το φως μπορεί να χάσει την ένταση του όταν εισέρχεται σε διαφορετικό μέσο. Η επίστρωση της επιφάνειας του φακού μειώνει τον ρυθμό ανάκλασης του ορατού φωτός σε λιγότερο από 3%. Αυτό επίσης βελτιώνει την αντιανακλαστική επίδραση στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα (> 700 nm). Η τεχνολογία επικάλυψης πολλαπλών στρώσεων AR (αντιανακλαστική) μπορεί να μεγιστοποιήσει τη διαπερατότητα του φωτός του φακού και να περιορίσει τον ρυθμό ανάκλασης του φωτός (συμπεριλαμβανομένου του ορατού φωτός καθώς και του φωτός στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα) σε λιγότερο από 0,5 τοις εκατό. Με αυτήν την τεχνολογία, η απόδοση της εικόνας υπό χαμηλό φωτισμό βελτιώνεται και μπορεί επίσης να αποτρέψει την επίδραση του παράσιτου φωτός και του φαινομένου του φωτοστέφανου από το φως των οχημάτων ή από τα φανάρια του δρόμου. Ταυτόχρονα, καθώς ενισχύεται η μετάδοση φωτός του εγγύς υπέρυθρου φωτός, μπορούμε να επιτύχουμε αυξημένη απόδοση IR χωρίς να αυξάνουμε την απόδοση των λαμπτήρων IR (εικόνα 3).

Υπερ-υψηλό διάφραγμα: Το διάφραγμα (ƒ/stop) είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει τη φωτεινότητα της εικόνας. Όσο μεγαλύτερο είναι το διάφραγμα, τόσο περισσότερο φως φτάνει στον αισθητήρα στο ίδιο χρονικό διάστημα. Οι φακοί σταθερού διαφράγματος της Hikvision χρησιμοποιούν μεγαλύτερα διαφράγματα (σε ορισμένες περιπτώσεις τόσο μεγάλα όσο το ƒ/0,95) και είναι σε θέση να παρέχουν φωτεινότερες εικόνες με λιγότερο θόρυβο και περισσότερες λεπτομέρειες. Η διαφορά στο f/stop είναι πολύ σημαντική. Για παράδειγμα, ένας φακός f/1.5  χρειάζεται διπλάσια ποσότητα φωτός από έναν f/0.95, προκειμένου να επιτευχθεί η ίδια φωτεινότητα σε μια εικόνα (εικόνα 4).

Σταθερά υψηλό διάφραγμα: Η ονομαστική τιμή διαφράγματος ενός συνηθισμένου φακού μεταβλητής εστίασης (varifocal) συνήθως αναφέρεται στην τιμή διαφράγματος όταν ο φακός εστιάζεται στο ευρυγώνιο άκρο. Καθώς η εστίαση του φακού πλησιάζει στο άκρο του τηλεφακού, το εστιακό μήκος αυξάνεται και το διάφραγμα μειώνεται. Ο φακός σταθερού διαφράγματος της Hikvision διατηρεί την ίδια τιμή διαφράγματος ακόμα και όταν έχει ρυθμιστεί το εστιακό μήκος. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει λόγος επιβράδυνσης της ταχύτητας κλείστρου, ώστε να επιτρέψει την είσοδο περισσότερου φωτός στον αισθητήρα. Η επιβράδυνση του κλείστρου προκαλεί θόλωση, με αποτέλεσμα μια εικόνα που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Ωστόσο, η βραδύτερη ταχύτητα κλείστρου δεν είναι απαραίτητη λόγω της υψηλής ποιότητας των εξαρτημάτων, που επιτρέπουν την είσοδο περισσότερου φωτός στον αισθητήρα. Επομένως, η εικόνα παραμένει φωτεινή όταν η εστιακή απόσταση ποικίλει.

Αυτο-προσαρμοζόμενες τεχνολογίες επεξεργασίας σήματος εικόνας (ISP)

Αυτόματη μη-γραμμική ενίσχυση εικόνας: Ένας αισθητήρας κάμερας μεταδίδει γραμμικά ένα οπτοηλεκτρονικό σήμα, ενώ το ανθρώπινο μάτι προσλαμβάνει μη-γραμμικά το φως. Οι κάμερες DarkFighter της Hikvision είναι σε θέση να ενισχύσουν το σήμα εικόνας με παρόμοιο τρόπο όπως το ανθρώπινο μάτι, ρυθμίζοντας την καμπύλη μη-γραμμικά την καμπύλη gamma (εικόνα 5). Η τεχνολογία αυτο-προσαρμοζόμενης μη-γραμμικής ενίσχυσης της εικόνας της Hikvision βασίζεται στον φωτισμό. Η τεχνολογία υιοθετεί μια αυτο-προσαρμοζόμενη καμπύλη gamma για να ενισχύσει την εικόνα, ώστε να πάρει περισσότερες λεπτομέρειες σε ένα περιβάλλον χαμηλού φωτισμού. Η παράμετρος του φωτισμού καθορίζει και την καμπύλη gamma. Διαφορετικοί φωτισμοί αντιστοιχούν στις διαφορετικές τιμές, δημιουργώντας έτσι την καλύτερη καμπύλη gamma. Όταν η κάμερα βρίσκεται σε σκοτεινό περιβάλλον, η καμπύλη gamma αυξάνεται αυτόματα για να αυξηθεί η φωτεινότητα της σκοτεινής περιοχής (εικόνα 6).

Πολλαπλή έκθεση: Όταν μια κάμερα βρίσκεται σε σκοτεινό περιβάλλον, ο χαμηλός φωτισμός συχνά οδηγεί σε ανεπαρκές φορτίο στον αισθητήρα και σε μειωμένο λόγο σήματος προς θόρυβο (S/N). Για να αυξηθεί η φωτεινότητα της εικόνας και η ένταση του σήματος, οι κάμερες DarkFighter χρησιμοποιούν τεχνολογία πολλαπλών απεικονίσεων, η οποία αυξάνει τη διάρκεια της συσσώρευσης του φορτίου (εικόνα 7). Η Hikvision συνδυάζει τον έξυπνο έλεγχο κέρδους με την τεχνολογία πολλαπλής έκθεσης και αναπτύσσει έναν αλγόριθμο αυτόματης ρύθμισης που είναι παρόμοιος με την ανθρώπινη όραση.

Έξυπνος έλεγχος κέρδους (smart gain control): Η τιμή κέρδους αναφέρεται στην ενίσχυση του σήματος της εικόνας. Όταν η κάμερα βρίσκεται σε περιβάλλον χαμηλού φωτισμού, το κέρδος μπορεί να αυξηθεί για να ενισχύσει την ένταση του σήματος και να βελτιώσει τη φωτεινότητα της εικόνας. Ωστόσο, αν το κέρδος αυξηθεί πάρα πολύ, ο θόρυβος της εικόνας θα αυξηθεί επίσης. Η στρατηγική της Hikvision για τη βέλτιστη ποιότητα της εικόνας τη νύχτα είναι να ελέγχει δυναμικά τις  τιμές του πολλαπλού κέρδους σύμφωνα με την πραγματική εικόνα, λαμβάνοντας υπόψη τη σταθερότητα του αισθητήρα, τον θόρυβο της εικόνας και το χρώμα. Ο έλεγχος του κέρδους είναι καθοριστικός για τη διατήρηση σε χαμηλά επίπεδα του εύρους ζώνης και του απαιτούμενου χώρου αποθήκευσης (εικόνα 8).

Αυτο-προσαρμοζόμενες τεχνολογίες ενίσχυσης λεπτομέρειας και μείωσης θορύβου

Περιορισμένος από τον λόγο S/N, ο θόρυβος στην εικόνα εξόδου του αισθητήρα δεν μπορεί να αφαιρεθεί. Σε ένα σκοτεινό περιβάλλον, η κάμερα θα ενισχύσει το σήμα για να βελτιώσει τη φωτεινότητα και την ευκρίνεια της εικόνας, αλλά ενισχύεται επίσης και το παραπροϊόν του θορύβου. Η μονάδα 3D DNR στον ISP μπορεί να μειώσει τον θόρυβο τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Για την καταγραφή μιας εικόνας με υψηλή ευκρίνεια και χαμηλό θόρυβο, η βελτίωση της εικόνας και τα επίπεδα μείωσης θορύβου πρέπει να είναι ισορροπημένα.

Αλλά το βασικό στοιχείο της τεχνολογίας DarkFighter είναι ένας αυτο-προσαρμοζόμενος αλγόριθμος βελτίωσης της λεπτομέρειας και μείωσης του θορύβου, ο οποίος μπορεί να προσαρμόσει αυτόματα την εικόνα, με παρόμοιο τρόπο όπως και το ανθρώπινο μάτι. Αυτός ο αλγόριθμος βασίζεται στο περιεχόμενο εικόνας και το κέρδος και είναι σε θέση να προσαρμόσει την εικόνα σε χαμηλό φωτισμό για το καλύτερο αποτέλεσμα (εικόνα 9).

Μείωση θορύβου μέσω hardware

Πέρα από τη μείωση του θορύβου με τη βοήθεια του λογισμικού, η Hikvision εφαρμόζει μία τεχνολογία καταστολής πλήρους συχνότητας, μια μέθοδο μείωσης του θορύβου μέσω hardware, για την περαιτέρω μείωση του θορύβου. Κατά πρώτον, η τεχνολογία καταστολής πλήρους συχνότητας εμποδίζει τον “θόρυβο της τροφοδοσίας” να επηρεάζει τον αισθητήρα, εξασφαλίζοντας έτσι ένα πιο αθόρυβο σήμα εικόνας σε περιβάλλον χαμηλού φωτισμού. Δεύτερον, το chip τροφοδοσίας εκπέμπει στατικό θόρυβο σε διαφορετικές θερμοκρασίες για να μειώσει την επίδραση του τυχαίου θορύβου με τη χρήση ενός γραμμικού τροφοδοτικού με παχύτερη επίστρωση χαλκού που περιορίζει την ένταση του στατικού θορύβου εντός εύρους 20μV. Τέλος, για να αποφευχθούν οι παρεμβολές που προκαλούνται από την αλληλο-παρεμβολή μεταξύ του θορύβου του αναλογικού και ψηφιακού σήματος, η μικτή καλωδίωση και η ψηφιακή-αναλογική απομόνωση της Hikvision μειώνουν περαιτέρω την παρεμβολή θορύβου και βελτιώνουν την ποιότητα του βίντεο (εικόνα 10).

Αντιθαμβωτικό γυαλί

Για να διασφαλιστεί η ευκρίνεια της εικόνας τη νύχτα, εφαρμόζονται μέτρα κατά του θορύβου μέσα στο γυαλί της κάμερας. Οι κάμερες DarkFighter χρησιμοποιούν μια αντιθαμβωτική μέθοδο που χρησιμοποιεί πολλαπλές επικαλύψεις. Οι επικαλύψεις είναι υδρόφιλες και μπορούν να μειώσουν την επιφανειακή τάση του νερού. Το αντιθαμβωτικό φαινόμενο διατηρείται ακόμα και σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας (εικόνα 11).

Απαγωγή και διασπορά θερμότητας

Η θερμοκρασία του αισθητήρα επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα της εικόνας. Όταν η θερμοκρασία του αισθητήρα αυξηθεί υπερβολικά, αυξάνεται και ο θόρυβος της εικόνας, επηρεάζοντας τη νυχτερινή όραση της κάμερας. Για να διασφαλιστεί η καλή ποιότητα εικόνας, η Hikvision χρησιμοποιεί ένα υλικό υψηλής θερμική αγωγιμότητας, με εξαιρετικά χαμηλή θερμική αντίσταση, χωρίς έλαιο σιλικόνης. Μπορεί να απορροφήσει γρήγορα τη θερμότητα, να καθαρίσει τυχόν hot spots του αισθητήρα και να μεταδώσει τη θερμότητα σε ένα μεταλλικό φύλλο, το οποίο επεκτείνει την επιφάνεια διασποράς της θερμότητας. Το υλικό θερμικής διεπαφής (TIM) έχει χαμηλή σκληρότητα και ιδιότητες υψηλού λόγου συμπίεσης και κατά συνέπεια ελαχιστοποιεί τις αλλαγές σχήματος της πλακέτας PCB και όλες τα σχετιζόμενα προβλήματα αποεστίασης (εικόνα 12).

Εφαρμογές

Η τεχνολογία DarkFighter χρησιμοποιείται σε διάφορες κάμερες. Η τεχνολογία υπερέχει σε οποιοδήποτε περιβάλλον χαμηλού φωτισμού που απαιτεί οπτική παρακολούθηση υψηλής ποιότητας. Επομένως, οι κάμερες της σειράς DarkFighter είναι συνήθως εγκατεστημένες σε χώρους στάθμευσης, σχολεία, αεροδρόμια, εργοστάσια, ξενοδοχεία, μουσεία ή οποιαδήποτε περιοχή όπου ο φωτισμός αποτελεί πρόκληση (εικόνα 13).

Επίλογος

Οι κάμερες DarkFighter χρησιμοποιούν μεγαλύτερο αισθητήρα, μεγαλύτερο διάφραγμα φακού και έξυπνη τεχνολογία ελέγχου κέρδους για να βελτιώσουν δραματικά την απόδοση της νυχτερινής εικόνας. Οι βελτιώσεις μείωσης θορύβου στο υλικό και το λογισμικό μειώνουν αποτελεσματικά το θόρυβο της εικόνας σε σκηνές χαμηλού φωτισμού. Αυτή η μείωση θορύβου θα διατηρήσει στο ελάχιστο τα μεγέθη των αρχείων και τις απαιτήσεις αποθήκευσης, γεγονός που συνδέεται επίσης με σημαντική εξοικονόμηση κόστους. Τέλος, η αντιθαμβωτική τεχνολογία, η αγωγιμότητα και η απορρόφηση θερμότητας χωρίς έλαιο σιλικόνης, ενισχύουν την ευκρίνεια της εικόνας και διασφαλίζουν ότι οι κάμερες DarkFighter παρέχουν φωτεινές, διαυγείς, και υψηλής ποιότητας έγχρωμες εικόνες τη νύχτα, προσφέροντας επομένως εξαιρετικά αποτελεσματική εποπτεία μέσω βίντεο όλο το εικοσιτετράωρο.

Βιβλιογραφία: WHITE PAPER – Hikvision DarkFighter Technology

{gallery}6711{/gallery}