Телекамеры с режимом "день/ночь" - на страже безопасности круглые сутки
Телекамеры, использующие режим "день/ночь", стремительно набирают популярность. Сегодня они имеют уже так много реализаций, что у пользователей возникают трудности с выбором определенной модели. В этой статье мы рассмотрим 3 наиболее распространенных варианта таких камер, имеющих единую матрицу для работы в условиях нормальной и малой освещенности
Нет сомнений, что при прочих равных условиях цветное изображение всегда предпочтительней черно-белого, так как оно более информативно и точнее отражает действительность. Это справедливо даже для не очень точной цветопередачи.
Цветные телекамеры имеют принципиально меньшую чувствительность в сравнении с черно-белыми. Это обусловлено неизбежными потерями световой энергии при разделении на составляющие спектра. Основной целью разработки технологий "день/ночь" явилось расширение возможностей применения цветных телекамер в условиях малой освещенности. Особенно это важно для систем безопасности - видеонаблюдение должно обеспечиваться в любое время суток, при любых географических и климатических условиях.
Телекамеры "день/ночь" с электронным переключением в черно-белый режим
Этот вариант телекамер "день/ночь" является наиболее простым и распространенным. Он основан на использовании CCD- или CMOS-матриц цветного изображения, в которых спектральная полоса пропускания срезающего инфракрасного (ИК) фильтра расширена в ближнюю инфракрасную область (на рисунке она обозначена сиреневой линией).
К сожалению, значения ширины реальной спектральной полосы пропускания и уровня чувствительности в ИК-области остаются тайной для потребителя. Но в любом случае они являются результатом компромисса с качеством цветопередачи и чувствительностью. Подобную технологию иногда называют Easy Day/Night.
В режиме "ночь" цветность (цветовая поднесущая) у телекамеры отключается, и она переходит в черно-белый режим. Момент переключения определяется по уровню видеосигнала, сигнала АРУ или сигнала дополнительного фотодатчика. В некоторых моделях предусматривается одновременное увеличение глубины АРУ, что обеспечивает повышение уровня сигнала при малых освещенностях. Это позволяет производителям заявлять достаточно высокую чувствительность, не характерную для типовых телекамер цветного изображения. За счет ИК-области чувствительности реальная чувствительность таких телекамер более высокая в сравнении с типовыми камерами цветного изображения, но при переключении режимов практически не изменяется. За это приходится расплачиваться искажениями цветопередачи при освещении, содержащем ИК-излучение. Особенно сильные искажения характерны для изображения ворсистых синтетических тканей. Многие цвета, в том числе черный, приобретают голубые оттенки или становятся ярко-голубыми (см. фото 1). Изображение слева получено при освещении люминесцентными лампами дневного света, а правое - лампами накаливания. Практически все бюджетные герметичные телекамеры цветного изображения со встроенной ИК-подсветкой (IR LED) производятся по такой технологии. В настоящий момент это наиболее популярный и распространенный вариант камер для наружной установки (IP66 -IP67).
Наиболее серьезным недостатком подобного технического решения можно считать значительные искажения цветопередачи при наличии в освещении ИК-излучения. Некоторые производители заявляют увеличение разрешения в ночном режиме. Это заявление является совершенно не обоснованным, поскольку матрица и способ формирования одного пикселя изображения, определяющие разрешение, остаются неизменными.
Телекамеры "день/ночь" с электронным переключением и неизменной характеристикой спектральной чувствительности
Этот вариант практически аналогичен предыдущему, но не имеет чувствительности в ИК-области. Естественно, подобные камеры не снабжаются ИК-подсветкой. Фактически это телекамеры цветного изображения с возможностью отключения цвета, а в ряде случаев - и с функцией усиления видеосигнала (увеличения глубины АРУ). Эта технология не дает никаких преимуществ по чувствительности в сравнении с цветной камерой, за исключением некоторого снижения маскирующего фактора цветового шума на изображениях, полученных при малой освещенности, но применять подобные камеры для наблюдения при малой освещенности практически не имеет смысла, поэтому производство таких устройств, особенно в упрощенных вариантах, без дополнительных систем накопления (DSS) и цифровой фильтрации (DNR) вызывает недоумение.
Телекамеры "день/ночь" с электромеханическим фильтром
Такие камеры, несмотря на их конструктивную сложность и относительно высокую цену, находят в настоящее время все более широкое применение. Это обусловлено довольно высокими достижимыми характеристиками. У различных производителей эта технология получила разные, но близкие по смыслу наименования MFDN (Mechanical Filter Day&Night); IR Cut Filter; Mechanical IR Moving Filter; MFP Technology (Mechanical Filter with Photocell) и т.д. Ночной режим в подобных телекамерах обеспечивается механическим выведением установленного перед матрицей срезающего ИК-фильтра с одновременным отключением цветности. При этом осуществляется адекватная цветопередача в дневном режиме и реальное увеличение чувствительности - в ночном: за счет дополнительной энергии излучения в ИК-ди-апазоне, получаемой благодаря расширению спектральной характеристики чувствительности матрицы (см. рисунок).
Чаще всего вместо достаточно толстого ИК-фильтра конструкцией предусматривается ввод аналогичной компенсационной пластины для сохранения настроек объектива (оптической длины тракта).
Такая конструкция получила название IR-Cut and IR-Pass Filters. Рамка со светофильтрами перемещается червячным механизмом по горизонтали (например, Vision HiTech, SunKwang/Huviron, см. фото 2) или рычажным механизмом по вертикали (например Lilin, см. фото 3).
Интересное техническое решение применяется в камерах компании CNB Technology. Вместо стеклянных пластин в механизме, похожем на фотографический затвор, в качестве фильтра используется тонкий фильтр в виде сегмента (менее 1 мм толщиной), который приводится в движение электромагнитом (фото 4). Для минимизации влияния вводимого элемента на оптическую длину тракта используется неподвижная плоскопараллельная пластина. В результате эквивалентное изменение толщины оптических элементов при переключении очень незначительно. Единственным проблемным моментом в данной реализации является сложность обеспечения плоскостности поверхностей при малой толщине фильтра. Остается надеяться, что производителям известно успешное решение данной проблемы.
Переключение режима осуществляется как по сигналу фотодатчика, так и по уровню видеосигнала или сигнала АРУ, а также по их совпадению.
Внимание! При эксплуатации телекамер, лишенных отдельного фотодатчика, надо иметь в виду, что из-за высокой освещенности или яркости объекта в ИК-диапазоне камера может попеременно переключаться то в цветной, то в черно-белый режим. В этом случае наблюдение будет невозможно.
Телекамеры с механически выводимым ИК-фильтром в ночном режиме даже без дополнительных систем обработки видеосигнала обладают чувствительностью, близкой к типовой чувствительности моделей черно-белых камер. В силу адекватной цветопередачи в дневном режиме эти устройства более предпочтительны для применения по сравнению с первым вариантом. Вместе с тем существенных преимуществ по чувствительности эти камеры не имеют. Увеличение разрешения в ночном режиме, обещаемое некоторыми производителями, также является необоснованным, поскольку и в данном случае матрица и способ формирования одного пикселя изображения, определяющие разрешение, остаются неизменными.
Журнал "Системы безопасности" #1, 2009
