8 800 2000 835
ПН-ПТ с 10:00 до 17:00
info@kitcam.ru

Видеонаблюдение как определить класс камеры светосильные камеры наблюдения классификация

Автор: Видеокомплект Дата: 27.04.2021 Просмотров: 1823 Комментарии: 1

Видеонаблюдение: как определить класс камеры — классификация светосильных камер

Светочувствительная камера CAICO TECH DSV-40A CMOS IMX307

Настоящая революция в мире цифровой визуализации изображения!

Камеры видеонаблюдения созданы для обеспечения безопасности, защиты людей и их имущества. Однако они малоэффективны, если не способны видеть в сложных условиях освещения.

Основным критерием оценки камеры видеонаблюдения является ее светочувствительность, которая служит главным параметром определения класса устройства.

Способность работать при минимальном количестве фотонов света, попадающих на сенсор изображения, является важнейшим показателем уровня камеры, ее возможностей и принадлежности к определенному классу.

Чем выше светочувствительность, тем выше класс камеры. Такие модели способны видеть дальше и передавать более четкое изображение даже в сложных и крайне сложных условиях освещенности как в видимом диапазоне, так и в ближнем инфракрасном спектре (650–950 нм).

Светочувствительность камер видеонаблюдения — какие существуют методики определения светочувствительности и что скрывается за понятием «светочувствительная камера»

Измерение ISO применяется в видеотехнике, в том числе в системах безопасности и камерах видеонаблюдения. Существует множество способов описания чувствительности систем визуализации к свету.

Традиционно чувствительность цифрового сенсора определяется с точки зрения его квантовой эффективности — количества электронов, генерируемых для каждого падающего фотона.

Также чувствительность сенсоров может измеряться по уровню выходного сигнала в вольтах, генерируемых в процессе экспозиции, выражаемой в энергетических единицах (Дж/см²).

В некоторых случаях экспозиция определяется в фотометрических единицах — люкс × секунда (лк·с), что позволяет оценивать работу сенсоров в условиях различной освещенности.

Традиционно чувствительность фотопленки определялась в терминах скорости или значения ISO.

Показатель ISO представляет собой индекс экспозиции, при котором достигаются заданные параметры качества изображения. Именно поэтому термин ISO до сих пор широко используется как в фотографии, так и в современных цифровых системах видеонаблюдения.

Индекс экспозиции определяется по специальной формуле и позволяет сравнивать различные сенсоры изображения по их способности эффективно работать в условиях недостаточного освещения.

Чем выше чувствительность сенсора и его квантовая эффективность, тем больше деталей способна передать камера при минимальном количестве доступного света.

Индекс экспозиции ISO и формула определения чувствительности

Традиционно индекс экспозиции используется для оценки чувствительности сенсоров изображения и позволяет определить, при каком уровне освещения достигаются заданные параметры качества изображения.

E =

10 H

(eq. 1), где H — экспозиция, выраженная в люксах × с.

Поскольку часто бывает полезно сравнивать цифровые системы обработки изображений с традиционными фотосистемами на основе галогенида серебра, были разработаны стандарты, позволяющие измерять значение ISO для цифровых систем обработки изображений.

Использование определённого значения ISO в качестве индекса экспозиции для электронной фотокамеры должно приводить к той же экспозиции в фокальной плоскости, которая была бы получена при использовании аналогичного индекса экспозиции на плёночной камере.

Данная формула применяется для оценки чувствительности систем визуализации и является одним из базовых инструментов сравнения различных сенсоров изображения, используемых в современных камерах видеонаблюдения.

Существует два основных типа ISO: ISO на основе насыщения и ISO на основе шума.

ISO на основе насыщения также называют «базовым ISO». Тип ISO, представляющий интерес, зависит от конкретного приложения.

В приложениях, где условия освещения контролируются, например в студийной фотографии, настройки индекса экспозиции выбираются таким образом, чтобы обеспечить наилучшее качество изображения. При этом наиболее яркие участки кадра находятся чуть ниже уровня насыщения сенсора. Такая ситуация соответствует ISO на основе насыщения.

Когда предполагаются менее благоприятные условия освещения, более полезным становится ISO на основе шума. В этом случае для расчёта ISO используется отношение сигнал/шум (SNR), позволяющее получить изображение приемлемого качества для конкретного приложения.

Данный тип ISO соответствует максимальной настройке индекса экспозиции (EI), необходимой для достижения заданного соотношения сигнал/шум.

В фотографии принято считать, что:

SNR = 40 — «отличное изображение»;
SNR = 10 — «приемлемое изображение».

Соответственно, для каждого из этих значений рассчитывается собственный показатель шумового ISO.

ISO полупроводниковых датчиков изображения

ISO полупроводниковых датчиков изображения определяется путём прямого измерения с последующим применением соответствующей формулы расчёта.

Для определения светочувствительности сенсора используется показатель ISO, позволяющий оценить способность датчика формировать качественное изображение при различных уровнях освещённости.

Ниже приведена формула, используемая для расчёта значения ISO:

	ESO =	15.4 × f#²
	ESO =	L × t

(eq. 2)

Где:

ISO — базовое значение ISO, также называемое ISO, основанным на насыщении;
f# — эффективное f-число объектива камеры, используемого при измерении;
L — яркость отражателя с коэффициентом отражения 18% в сцене (кд/м²);
t — продолжительность экспозиции в секундах.

Выбор отражателя с коэффициентом отражения 18% является в определённой степени условным, однако в большинстве лабораторий используется именно стандартная 18%-ная серая карта, что делает её удобным эталоном для измерений.

Постоянная величина, используемая в формуле, определяется рядом допущений, характерных для типовой системы визуализации:

светопропускание объектива — 90%;
коэффициент виньетирования — 0,98;
точка формирования изображения расположена под углом 10° относительно оптической оси.

Совокупность этих параметров используется при расчёте фактической экспозиции на плоскости изображения и позволяет получить более точную оценку светочувствительности системы видеонаблюдения.

Методика измерения яркости сцены

Для измерения яркости сцены уровень освещения изменяется до тех пор, пока камера не выдаст среднее значение, равное 18/106 от полной шкалы при наблюдении поверхности с коэффициентом отражения 18%.

Во время проведения измерений время экспозиции остаётся постоянным. Под полной шкалой понимается значение, при котором происходит либо насыщение сенсора изображения, либо достижение аналого-цифровым преобразователем (АЦП) максимального значения — в зависимости от того, какое событие наступит раньше.

Использование значения 106 не является случайным. Оно применяется для того, чтобы обеспечить запас по отражательной способности и корректно учитывать появление ярких участков изображения (бликов) без преждевременного насыщения системы визуализации.

Такой подход позволяет более точно оценить реальные возможности камеры при работе в условиях сложного и переменного освещения, а также объективно сравнивать светочувствительность различных сенсоров изображения.

Дополнительные параметры расчёта базового ISO

В особо требовательных приложениях может потребоваться больший запас для передачи ярких участков изображения. В таких случаях при расчёте базового значения ISO допускается использование более высокого коэффициента.

Яркость сцены измеряется с помощью светометра в единицах кд/м² и подставляется в расчётное уравнение совместно со значением f-числа объектива и временем интегрирования (экспозиции).

Для цветных систем визуализации измерение ISO выполняется по наиболее чувствительному цветовому каналу. Для RGB-сенсоров таким каналом, как правило, является зелёный канал, обеспечивающий максимальную точность оценки светочувствительности.

Применение данной методики позволяет стандартизировать измерения и объективно сравнивать характеристики камер наблюдения, предназначенных для работы как в обычных, так и в сложных условиях освещения.

Факторы, влияющие на измерение ISO

Следует учитывать, что измерение ISO зависит практически от всех элементов системы визуализации:

характеристик объектива;
используемых ИК-фильтров;
настроек усиления и смещения камеры;
способа преобразования выходного сигнала в аналого-цифровом преобразователе (АЦП);
параметров обработки изображения.

Поэтому при проведении измерений важно настраивать систему камер именно в той конфигурации, в которой она будет использоваться в конечном приложении. Только в этом случае результаты будут отражать реальные эксплуатационные характеристики оборудования.

В качестве примера можно привести датчик изображения KAF-16801 — 16-мегапиксельный полнокадровый ПЗС-сенсор с размером пикселя 9 мкм, массивом цветовых фильтров RGB и без использования микролинз.

Данный сенсор демонстрирует базовое значение ISO немногим более 100 при допущении запаса отражения для бликов на уровне 170%. При использовании стандартного значения отражения 106% базовый ISO составляет около 62.

Подобных значений более чем достаточно для условий студийного освещения, в которых данный датчик изображения традиционно применяется.

Международный стандарт ISO 12232

Методики определения светочувствительности цифровых камер регламентируются международным стандартом ISO 12232:

ISO 12232 — «Фотография. Электронные фотоаппараты. Определение значения ISO (скорости ISO)».

Данный стандарт описывает методы измерения и расчёта светочувствительности электронных систем формирования изображения, позволяя объективно сравнивать характеристики различных камер и сенсоров изображения.

Именно на основе требований ISO 12232 производители камер наблюдения, цифровых фотоаппаратов и промышленных систем визуализации выполняют оценку показателей чувствительности своих устройств.

Дополнительную информацию о стандартах Международной организации по стандартизации можно найти на официальном сайте: www.iso.org.

Методика определения светочувствительности сенсоров изображения CMOS Sony

Sony разработала собственную методику оценки светочувствительности CMOS-сенсоров изображения, выпускаемых специально для систем безопасности и видеонаблюдения.

Для этих целей был создан специализированный индекс SNR1s. Данный показатель является запатентованной системой оценки Sony, поддерживается и рекомендуется производителем исключительно для собственных CMOS-сенсоров класса CCTV.

Индекс SNR1s не распространяется на CCD-сенсоры, а также на CMOS-сенсоры, предназначенные для фото- и видеотехники общего назначения, выпускаемой компанией Sony.

Индекс Sony SNR1s служит внутренним инструментом оценки качества светочувствительности и позволяет производителю стандартизировать показатели чувствительности для каждого типа сенсора изображения.

Благодаря использованию данного индекса можно быстро определить, какой тип сенсора обладает лучшими характеристиками при работе в условиях недостаточной освещённости и обеспечивает наиболее высокое качество изображения в приложениях видеонаблюдения.

Индекс SNR1s является открытым показателем и не содержит какой-либо закрытой информации. Он публикуется компанией Sony в составе технической документации на CMOS-сенсоры изображения, предназначенные для систем безопасности и видеонаблюдения.

Данный индекс представляет собой удобный инструмент для быстрой классификации сенсоров изображения Sony CCTV и позволяет сравнивать их характеристики светочувствительности между собой.

Методика расчёта индекса светочувствительности представлена ниже. При этом следует учитывать, что меньшее значение SNR1s (в люксах) соответствует более высокой светочувствительности сенсора изображения.

Иными словами, чем ниже значение SNR1s, тем лучше сенсор способен работать в условиях недостаточной освещённости, обеспечивая более качественное и детализированное изображение.

CAICO TECH DSV-327B

Методика расчёта Sony SNR1s

Методика расчёта

Как рассчитывается индекс Sony SNR1s

Схема метода расчёта качества изображения при низкой освещённости CMOS-сенсоров SONY для продуктов систем безопасности.

Что такое Sony SNR1s?

Sony SNR1s — индекс, используемый для количественной оценки качества изображения при низкой освещённости.

SNR1s [lx] — запатентованный индекс Sony, применяемый исключительно для CMOS-сенсоров изображения, предназначенных для камер видеонаблюдения.

Чем меньше значение SNR1s, тем выше качество изображения при слабом освещении.

SNR1s [lx] является сокращением:

SNR — отношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio).
1 — уровень сигнала при значении шума, равном 1.
s — Security (системы безопасности).

Индекс SNR1s является открытым и не содержит секретной информации. Он представляет собой общедоступный показатель характеристик CMOS-сенсоров Sony для систем видеонаблюдения и позволяет быстро выполнять классификацию сенсоров Sony CCTV.

Методика расчёта индекса светочувствительности представлена выше. При этом меньшее значение SNR1s (в люксах) указывает на лучшие показатели светочувствительности сенсора изображения.

Sony разработала собственную методику оценки светочувствительности CMOS-сенсоров, предназначенных для систем видеонаблюдения. Индекс SNR1s используется в технических справочниках производителя и позволяет сравнивать качество работы сенсоров в условиях недостаточной освещённости.

Параметр	Значение
Заявка	Камера безопасности
Источник света	3200 K
Целевой объект	18% серый
Номер F	1.4
Время экспозиции	1/60 с
Линейная матрица	Без
Сигнал	G [e-] (выходной сигнал датчика)
Шум	√(Shot Noise² + Dark Noise²)
Отношение сигнал/шум	1 : 1

* Примечание. Индекс SNR1s был разработан компанией Sony специально для количественной оценки качества изображения при низкой освещенности. Данный показатель используется исключительно для CMOS-сенсоров Sony, предназначенных для систем безопасности и видеонаблюдения.

◆ Схема метода измерения Sony SNR1s

На рисунке 1 представлена схема измерения индекса SNR1s.

Для проведения испытаний используются два источника света с цветовой температурой 3200 K, освещающие 18%-ную серую карту. Освещенность сцены регулируется до значения 100 лк. Камера устанавливается таким образом, чтобы расстояние от серой карты до плоскости сенсора составляло 1 метр.

В процессе измерений определяются чувствительность сенсора [e-] и уровень темнового шума [e-]. После этого значение индекса SNR1s [lx] вычисляется по формуле (1). Освещенность, при которой значение уравнения становится равным единице, соответствует значению индекса SNR1s.

Более подробную техническую информацию можно получить в официальных материалах и справочниках компании Sony.

Индекс Sony SNR1s [lx]\: схема измерения и формула расчета.

Рисунок 1. Схема измерения Sony SNR1s

Формула расчета Sony SNR1s

Важно. Компания Sony является одним из немногих производителей сенсоров изображения, публикующих точные характеристики светочувствительности своей продукции. Используя официальные справочники Sony и индекс SNR1s, можно быстро определить, какой сенсор обеспечивает лучшие показатели работы в условиях низкой освещенности.

Важная информация! С 2020 года Sony начала переход на новое поколение светочувствительных CMOS-сенсоров с архитектурой пикселя с задней подсветкой STARVIS [BI]. Эта технология обеспечивает существенно более высокую эффективность работы при слабом освещении по сравнению с предыдущими поколениями сенсоров.

В результате большинство моделей семейства CMOS EXMOR, ранее массово применявшихся в системах видеонаблюдения, были сняты с производства. Единственным исключением остается сенсор CMOS EXMOR IMX385, использующий классическую архитектуру пикселя с фронтальной подсветкой [FI].

Перейти к демонстрационному просмотру камер видеонаблюдения CAICO в режиме реального времени (24/7, режим «День/Ночь»).

Теги: Помощь пользователю системой наблюдения, новые технологии справочник по видео наблюдению 2021 года,