Данная статья создана для того, чтобы разобраться с основной терминологией в системах видеонаблюдения. В описаниях товаров камер видеонаблюдения, регистраторов Вы часто видите непонятные для вас названия и цифробуквенные обозначения. В данной статье приводится описание этих обозначений и терминов, чтобы разобраться что к чему и как это работает.

Стандарты видеонаблюдения:

1. Аналоговое видеонаблюдение - видеосигнал передается в аналоговом виде.
2. Цифровое IP видеонаблюдение - видеосигнал передается в цифровом виде.
3. AHD видеонаблюдение - аналоговое видеонаблюдение HD качества. Преимуществом данного стандарта является возможность передачи сигнала на расстояние до 500 м без усиления по обычному коаксиальному кабелю. По этому же кабелю могут передавляться сигналы управления PTZ камер, а также звук. Стандарты AHD:
   • AHD-L - разрешение 960H - возможность AHD камер работать подключатся к обычному аналоговому видеорегистратору;
   • AHD-M - разрешение 720p - 960p (1 - 1,3 Мп соответственно);
   • AHD-H - разрешение 1080p (full HD - 2 Мп).
4. HD-TVI
5. HD-CVI

Функции и технологии камер видеонаблюдения:

AGC (Automatic Gain Control) – автоматическая регулировка усиления. При включенном режиме AGC, камера автоматически усиливает видеосигнал при уменьшении освещенности. Технология позволяет получить качественную картинку на мониторе при малой освещенности объекта. Как правило, диапазон регулировки усиления ограничивается диапазоном 12-20 дБ (т.е. 4-10 раз), так как большее увеличение усиления видеосигнала приводит к высокому зашумлению и ухудшению изображения.

ALC (Automatic Light Control) – это технология автоматической регулировки освещенности. Применяется для оптимальной работы автодиафрагмы на сценах с повышенной контрастностью. Управляемый процессор ALC принудительно раскрывает отверстия диафрагмы с целью выделения темного объекта даже при очень высокой общей освещенности. Данный метод возникает за счет "затемнения в белом" наиболее освещенных участков. Настройка происходит при максимально контрастной сцене.

ATW (Auto Tracking White) - автоматическая подстройка баланса белого с адаптацией под изменяющиеся условия освещённости. Если цветовая температура в диапазоне от 1,800°K до 10,500°K (например: флюоресцентная лампа или открытый воздух), то используется этот режим при настройке видеокамеры.

AWB (Automatic White Balance) - автоматический баланс белого. Эта функция позволяет компенсировать искажения цветов, вызванные разными источниками освещения (солнечный свет, лампа накаливания или флуоресцентный свет).

ATR (Адаптивное Воспроизведение Тона) - функция, обеспечивающая выборочную компенсацию для улучшения контраста объектов, а также воспроизведения цветов в случае, когда в изображении есть области как с наличием очень ярких, так и сильно затемненных областей. Функция ATR улучшает качество картинки камеры видеонаблюдения, выполняя оптимизацию цветной составляющий изображения с учетом ярко-стной составляющей сигнала в этой области.

AE (Automatic Exposition) - электронный затвор, позволяющий поддерживать постоянную яркость изображения независимо от освещенности наблюдаемой сцены. Управление затвором объектива с большим количеством значений возможно в ручном и автоматическом режимах (SHUTTER в меню).

BLC (Back Light Compensation) – компенсация заднего света или компенсация встречной засветки - это функция видеокамеры, которая позволяет управлять автоматической регулировкой усиления и электронным затвором не по всей площади экрана, а по его центральной части, что позволяет компенсировать излишек освещения, мешающий восприятию. Функция позволяет избежать переключения из режима «ночь» в режим «день» при кратковременной засветке фотодатчика в результате резкого перепада освещенности и получить качественное изображение даже при условии, что в камеру направлен яркий источник света или объект находится на фоне ярко освещенного участка. Если свет за объектом яркий и направлен прямо в объектив, то диафрагма сужается, и объект переднего плана выглядит темным и размытым на изображении. Благодаря функции BLC отверстие диафрагмы все равно открывается широко, так что объекты на переднем плане получаются светлыми и четкими даже на фоне яркого света. В большинстве случаев BLC обеспечивает нормальную освещенность центральной части кадра, но на некоторых моделях камер видеонаблюдения BLC может подбирать значение диафрагмы по нескольким зонам кадра, обеспечивая тем самым наилучшее качество изображения.

WDR (Wide Dynamic Range) - широкий динамический диапазон - соотношение максимального значения яркости изображения и ее минимального значения. Функция позволяет организовать качественный просмотр как светлых, так и темных участков кадра. Двойное сканирование кадра с помощью быстрых современных процессоров делит кадр на две части, состоящие из темных и светлых участков кадра. Каждая составляющая обрабатывается отдельно (темная часть становится ярче, светлая остается прежней или немного уменьшается по яркости), потом эти две части совмещаются в кадр. Получается картинка из одинаково качественно обработанных темных и светлых участков. Кроме яркости автоматически подстраивается и контраст изображения.

D-WDR (Digital Wide Dynamic Range) - расширенный динамический диапазон с цифровой обработкой сигнала позволет получить качественное изображение одновременно ярких и темных участков кадра. Количество градаций серого (полутонов), которые может передать видеокамера составляет лишь часть полного спектра от чисто белого до чисто черного цвета. И если в кадре одновременно присутствуют и яркие и темные участки (например яркое небо в солнечный день и объект в тени), то видеокамера вынуждена рассчитывать экспозицию, пытаясь охватить максимум градаций яркости. В результате яркие объекты оказываютя темнее (ближе к серому) и темные – светлее (тоже ближе к серому). Таким образом, теряется контрастность изображения. Технология расширения динамического диапазона как раз и позволяет передать все градации серого во всех участках кадра с максимальной достоверностью, сохранив контрастность, но при этом происходит потеря детализации. А вот для сохранения детализации (четкости) и применяется цифровая обработка этот процесс и представляет технологию D-WDR.

DIS (Digital Image Stabilization) - система цифровой стабилизации изображения. Функция позволяет компенсировать мелкие дрожания камеры.

DNR (Digital Noise Reduction) - система шумоподавления в цветном изображении при низкой освещенности. Названий этой функции много, зависит от производителя чипа или камеры: Наиболее распространенные: 3D-DNR (3 Demension Signal Noise Reduction), SSNR (Samsung Signal Noise Reduction), 2DNR. Следует отметить, что 2DNR и 3DNR отличаются способом обработки сигнала и соответственно качеством получаемого результата. При выключенном режиме DNR изображение "покрыто" разноцветными шумами, что резко увеличивает объем записи.

2DNR - технология подавления шума, алгоритм 2DNR предполагает обработку отдельных кадров видеоизображения, анализируя и исправляя пиксели, которые с большой вероятностью представляют собой шум. 2DNR демонстрирует хороший результат применительно к движущимся объектам, этот алгоритм используется в частях кадра, где присутствует движение. В режиме 2D-NR изображение сглаживается, что делает его более читабельным и значительно сокращает объем записываемых регистратором данных. Степень сглаживания регулируется видеопроцессором.

3DNR - технология подавления шума, 3DNR анализирует различия между кадрами, чтобы скорректировать пиксели и улучшить качество. Как правило, 3DNR лучше подавляет шум, чем 2DNR, но при этом движущиеся объекты могут выглядеть размытыми. Технология 3DNR используется в статических областях области обзора.

3DNR+2DNR – одновременное использование двух функций (камеры позволяют задавать необходимую степень обработки отдельно для каждой функции) позволяет сделать изображение более качественным и существенно снизить уровень шумов.

HLI (High Light Inverter) - функция затемнения переосвещенных пикселей позволяет нивелировать влияние засветки от направленного источника света на все изображение, свет будет локализован в участках, в которых находится его источник. Благодаря этой функции камера видеонаблюдения способна эффективно работать при встречной засветке, например, от света автомобильных фар.

IR-cut (Infraredcut) – инфракрасный фильтр. Не дает возможности лишнему инфракрасному изображению, которое не видит человеческий глаз попадать на матрицу, что позволяет получить четкое неискаженное изображение, избежать засветок, вызываемых инфракрасным излучением. В условиях плохой освещенности ИК фильтр отключается, чувствительность камеры увеличивается, матрица регистрирует весть излучаемый спектр. Для того чтобы человеческий глаз видел изображение неискаженным, при отключенном IR-фильтре применяется черно-белое изображение.

ICR, "День-ночь" (Infrared Cut filter mechanically Removable) - механически сдвигаемый ИК-фильтр, расположенный перед матрицей видеокамеры. Часто его называют функцией "день-ночь". В ночное время инфракрасное излучение используется видеокамерой для достижения детального изображения в темноте или в условиях низкой освещенности. В дневное время, ИК-фильтр с помощью механического привода сдвигается, закрывая светочувствительную матрицу видеокамеры, чтобы избежать нежелательных побочных эффектов, вызванных инфракрасным излучением.

MD (Motion detect) - детекция движения, настраиваемая по чувствительности и местоположению в кадре. Все изображение разделятся, например, на 720 зон (48х15) и каждая из зон может быть настроена на детектирование движения с заданием общего уровня чувствительности. В случае обнаружения движения процессор выделяет сработавшую зону кратковременной окантовкой и незначительным повышение яркости, что в дополнение к детектору регистратора может повысить вероятность записи произошедшего события.

OSD (On-Screen Display) - OSD-меню или дисплей на экране. При необходимости может отображаться поверх основного изображения. Данное меню применяется для дополнительных настроек камер видеонаблюдения, вызвать такое меню возможно при наличии на кабеле камеры специального джойстика управления.

PM (Privacy mask) - функция маскирования приватных зон позволяет пользователю скрывать части изображения, которые не должны отображаться в кадре. Можно настроить несколько приватных зон.

Sens-UP (или DSS - Digital Slow Shutter) - функция обработки видеосигнала, позволяющая пользователю выбрать скорость срабатывания электронного затвора видеокамеры. При этом, увеливается время накопления заряда на матрице (время экспозиции), что приводит к повышению чувствительности видеокамеры в условиях недостаточного освещения. Отрицательной стороной технологии является увеличение степени размытия картинки пропорционально увеличению времени экспозиции.

Smart-IR - управление яркостью свечения ИК диодов. Неправильный подбор ИК подсветки значительно ухудшает качество изображения в ночном наблюдении. При этом одна часть сцены залита белым светом, а вторая остается темной с неразличимыми деталями. Причиной этого может быть неправильная конструкция ИК прожектора или избыточная мощность ИК светодиодов. Для устранения последнего недостатка процессор кроме режим D-DWR обеспечивает динамическое управление мощностью ИК прожектора на основе анализа уровня освещенности. При этом мощность подсветки увеличивается по мере снижения яркости изображения, т.е. компенсирует недостаток света, а не включается или выключается по сигналу датчика, как в обычных камерах. Таким образом, рассматриваемая функция позволяет не засвечивать области изображения при приближении объекта наблюдения к камере. Например, при приближении человека, Smart-IR снизит интенсивность подсветки, и его лицо не превратится в светлое пятно.

ИК-подсветка - используются при построении систем видеонаблюдения, работающих в условиях низкой освещенности, а также при отсутствии какого-либо света. Принцип действия основан на излучении данного типа света в ИК-диапазоне (720-940нм), невидимого для человеческого глаза, но воспринимаемого ПЗС-матрицей видеокамеры (только в черно-белом режиме). ИК-подсветка представляет собой совокупность ик-диодов или коллиматоров, размещенных возле объектива камеры и излучающих свет ик-диапазона в область обзора камеры, также могут применяться отдельные ИК-прожекторы. Характеризуется дальностью подсветки от 5 и до 100 и более метров.

Компенсация встречной засветки (Backlight compensation, BLC) - функция видео- и фотоустройств, позволяющая исключить ситуацию, когда изображение объекта, находящийся на фоне яркого источника света, получается затемненным. Если говорить о функции BLC по порядку, то прежде нужно коснуться причин того, почему объект, находящийся на ярком фоне, может получиться затемненным на изображении. Дело в том, что когда объектив камеры бывает направлен на яркий источник освещения, то в части пикселей светочувствительной матрицы наступает насыщение и те пиксели, на которые должно проецироваться изображение объекта, не успевают накопить заряд. Отсюда эффект затемнения, с которым многие, наверняка, сталкивались.

Компенсация встречной засветки предназначена как раз для решения такой проблемы. Теперь разберемся с тем, как работает BLC. Для этого специальным образом настраиваются автоматическая регулировка усиления, электронный затвор и автодиафрагма.

• Автоматическая регулировка усиления (АРУ) - если изъяснятся простым языком, это процесс при котором то, что мы имеем на выходе (уровень освещения на картинке) отличается от того, что было на входе (уровень освещения в действительности). То есть, когда внешний уровень освещения слишком яркий и он может «перегрузить» матрицу видеокамеры или фотоаппарата, АРУ позволяет некоторым образом ограничить уровень нагрузки на матрицу.
• Электронный затвор - это устройство, которое регулирует время, в течение которого световой поток проецируется на фотоматрицу. Грубо говоря, чем дольше затвор открыт, тем больше света попадет на матрицу. Таким образом, мы можем предотвратить засвечивание изображения, используя автоматическую настройку затвора так, что камера «сама» отводит столько времени, сколько нужно, чтобы не было избытка освещения.
• Автодиафрагма - устройство в объективе камеры, которое позволяет изменять размеры отверстия, через которое свет проникает на матрицу. Что-то подобное есть и в природе: когда мы смотрим на яркий свет, наши зрачки сужаются. То же самое делает автодиафрагма, когда мы используем функцию BLC.

Итак, для компенсации встречной засветки цифровая фото (видео-) камера настраивает все три вышеприведенных параметра так, что информация об уровне освещенности проецируется на матрицу лишь частично. То есть функция BLC делает так, что уровень яркости остается примерно одинаковым на всем получившемся изображении. Конечно, самый простой способ для этого - отрегулировать уровень «входящего» освещения. Благо, цифровая техника продвинулась в этом плане очень далеко - электронные затворы цифровых камер позволяют даже установить различное время экспозиции для разных участков снимаемого изображения.

Для повышения качества видеофиксации и увеличения информативности видеозаписи, в видеонаблюдении применяются специальные технологии динамического улучшения изображения. Различными производители видеокамер используют в видеокамерах различные алгоритмы повышения качества видеосигнала, которые базируются на общих принципах обработки.

Для повышения качества изображения используются:

1. Цифровое шумоподавление (фильтрация шума)
2. Автоматическая компенсация засветки
3. Расширение динамического диапазона
4. Автофокусировка (автоматическая фокусировка объектива)
5. Автоматический баланс белого
6. Переключение режима день/ночь (автоматическое или ручное)

Цифровое шумоподавление (DNR, Digital Noise Reduction)

Визуально шум проявляется в виде «снега» на изображении с камеры.

Высокое соотношение сигнал/шум камеры наблюдения, а, следовательно, и качественное видеонаблюдение, достигаются, в том числе, цифровой фильтрацией шумов .

Существуют способы подавления цифрового шума на уровне сенсора и трактов цифровой камеры, а также шумоподавление может производиться при дальнейшей цифровой обработке видеосигнала программным обеспечением видеонаблюдения.

Подавление цифрового стохастического шума при постобработке проводится усреднением яркости пикселя по некоторой группе пикселей, которые алгоритм считает "похожими". При этом незначительно уменьшается детальность изображения. Алгоритмы отложенного шумоподавления наиболее эффективны для фильтрации мелкозернистого и среднезернистого шума.

Чем больше значение отношения сигнал/шум для видеосигнала, тем меньше помех и искажений имеет изображение на экране монитора. Значения отношения от 45 до 60 дБ соответствуют приемлемому качеству видеосигнала, значение менее 40 дБ означает высокий уровень шумов в видеосигнале и, как следствие, низкое качество видеоизображения.

Автоматическая компенсация засветки (BLC, Back Light Сompensation)

Компенсация засветки – это функция, позволяющая избежать чрезмерного затемнения объектов при встречном освещении, то есть в момент, когда объект наблюдения находится между видеокамерой и источником света.

Принцип компенсации засветки основан на сочетании автоматической регулировки усиления , регулировки диафрагмы и электронного затвора .

Автоматическая регулировка усиления (АРУ)

Автоматическая регулировка усиления - это, фактически, регулировка чувствительности матрицы видеокамеры. В случае, если уровень освещенности превышает определенный порог, АРУ позволяет ограничить нагрузку на матрицу, изменив коэффициент усиления.

Электронный затвор

Электронный затвор регулирует время проецирования кадра на матрицу видеокамеры, а точнее - время накопления электрического заряда. Чем дольше открыт затвор (чем длиннее экспозиция), тем больше света попадает на матрицу, тем больше ее засветка. При избыточном освещении экспозиция автоматически сокращается. Электронный затвор некоторых современных видеокамер обеспечивает скорость фиксации кадра до 1/100000 секунды.

Автодиафрагма

Диафрагма – это устройство в объективе видеокамеры, которое отвечает за размеры отверстия, через которое свет проникает на матрицу. Она выполняет те же функции, что и зрачок человеческого глаза, который при избыточном свете сужается, ограничивая доступ света к сетчатке. Диафрагма видеокамеры при засветке тоже сужается, тем самым снижая световую нагрузку на матрицу видеокамеры.

Для компенсации встречной засветки в цифровой видеокамере автоматически настраиваются три описанных выше параметра так, что уровень яркости остается примерно одинаковым на всей площади изображения, что позволяет избежать затемнения объектов в контражуре.

Расширение динамического диапазона (WDR, Wide Dynamic Range)

WDR (Wide Dynamic Range) - функция расширения динамического диапазона видеокамеры, которая обеспечивает балансировку цветности и яркости, с сохранением общей контрастности изображения при видеонаблюдении. Технология WDR позволяет одновременно сохранять качество видеозаписи на сильно засвеченных участках, на участках с низким уровнем освещенности и при интенсивно изменяющемся, в том числе цветном, освещении.

Эффект достигается за счет двойного открытия затвора для формирования каждого кадра видеозаписи. Первое открытие затвора происходит с высокой скоростью, второе – с меньшей. При цифровой пост-обработке полученных кадров процессором видеокамеры, изображение, полученное средствами их объединения, не содержит засвеченных и затемненных участков.

По сравнению с технологией компенсации засветки (BLC ), расширение динамического диапазона (WDR ) является более современной и более совершенной технологией улучшения изображения. В некоторых видеокамерах эти технологии могут использоваться в сочетании для достижения максимального результата.

Автоматический баланс белого (AWB , Auto White Balance )

Баланс белого (AWB ) для систем видеонаблюдения – это функция, устанавливающая в автоматическом режиме так называемую «температуру изображения» и устраняющая искажение цветовой передачи.

Функция автоматического баланса белого наиболее актуальная при видеонаблюдении в помещениях , где в течение дня меняются источники света: дневной свет, поступающий через оконные и дверные проемы в вечернее время сменяют лампы накаливания и флуоресцентные лампы.

При настройке функции баланса белого (AWB ), устанавливается контрольная цветовая температура, и в процессе работы видеокамера подстраивается таким образом, чтобы минимизировать отклонение цветовой температуры изображения от заданной, отсекая участки светового спектра.

Применение функции баланса белого (AWB ) позволяет значительно улучшить цветопередачу при видеонаблюдении в помещениях с искусственным освещением и декоративной подсветкой.

Устанавливая видеонаблюдение на объекте, мастер обязательно учитывает, насколько освещенным является участок, на который будет направлена камера. Если объектив «смотрит» в сторону, откуда большую часть дня льется свет, будет происходить засветка ряда объектов. То есть, оператор не сможет рассмотреть подробности всего происходящего на охраняемой территории. Это одна из причин, по которым столь большая роль уделяется планированию точек монтажа устройств слежения.

С засветкой сталкиваются также владельцы обычных камер и телефонов. Функция BLC - это опция, позволяющая компенсировать засветку . С ее помощью все объекты в кадре выглядят одинаково освещенными, хотя по факту это не всегда соответствует действительности.

Почему происходит засветка

Видеокамеру часто сравнивают с органами зрения человека - она также имеет свою четкость, светочувствительность, воспринимает определенное количество кадров в секунду. Когда мы смотрим на предмет, находящийся между нами и ярким источником освещения, не всегда выходит рассмотреть его подробности.

Причина засветки кроется в том, что отдельные пиксели, из которых состоит матрица, способны воспринять определенный максимум света. Если его больше, на изображении, выведенном на экран, появится просто светлое пятно. Однако и до того, как максимум достигнут, происходит своеобразное насыщение. К примеру, солнце за спиной у человека «нагружает» матрицу настолько, что ее мощности становится недостаточно для четкого восприятия других элементов.

Пиксели не успевают накопить достаточный заряд, поэтому в лучшем случае фото объекта получается менее освещенным, чем на самом деле. Это создает определенные проблемы и в охранном видеонаблюдении:

Не всегда получается распознать номер автомобиля, если у последнего включены фары;

Яркий свет мешает рассмотреть лицо человека, проникшего на территорию;

Сложно рассмотреть мелкие детали (надписи на коробках с товаром).

Появление технологии BLC позволило частично избавиться от этих проблем. Ее возможно встретить и в видеокамерах для пользовательской съемки, и даже в мобильных телефонах.

Компенсация засветки BLC

Если простыми словами объяснить что это (BLC), удалось, расскажем о том, как эта компенсация работает на практике. Всего есть 3 варианта:

Использование диафрагмы, которая бы в случае увеличения потока света сверх некого предела, сужалась. Подобное и происходит в мире живых существ - при недостаточном освещении диафрагма максимально раскрывается, а при чрезмерном - сужается до предела;

Автоматическая регулировка усиления - предварительная обработка изображения, основанная на настройках максимального уровня освещения. Если они превышены на отдельном участке, оно искусственно занижается. На выходе (экране телевизора, мониторе) оператор увидит уже обработанные данные;

• Применение затвора, который бы периодически закрывался, отсекая источник света от чувствительной матрицы. Если он был открыт непродолжительное время, то вероятность засвечивания снижается.

Обычно применяется комбинированный вариант, в котором сочетаются все перечисленные способы. Что значит BLC для видеонаблюдения? Это возможность вести его в условиях неблагоприятной освещенности, вызванных природными и другими факторами. В той или иной степени функция используется в большинстве современных камер.