PTZ-видеокамеры с ИК-подсветкой – ночной тест

Чтобы быть действительно эффективной, система видеонаблюдения должна поддерживать высокие характеристики мониторинга круглосуточно и не сильно зависеть от внешних факторов, а камерам видеонаблюдения зачастую приходится много времени работать в темное время суток.

В последние несколько лет КМОП-матрицы стали гораздо более чувствительными. Однако не во всех условиях освещения их возможностей хватает для формирования качественного изображения. Даже уличного освещения далеко не всегда хватает для получения информативного изображения в ночное время. Тем более, что уличные фонари дают неравномерное освещение сцены и создают световое загрязнение. Поэтому особо актуальным становится вопрос дополнительной подсветки, и ИК-подсветка будет особенно полезной если в сцене присутствуют источники яркого видимого света. Есть еще один способ получать изображение даже в полной темноте – использовать в составе системы видеонаблюдения тепловизоры, но эти устройства стоят очень дорого и дают изображение с небольшим разрешением.

При подсветке с помощью источников видимого света современные IP-камеры могут формировать цветное изображение даже при довольно низкой освещенности, порядка 1 лк, без режима накопления. Впрочем, различные источники видимого света могут сильно искажать цветопередачу, и преимущества работы с цветным изображением снижаются. При работе с ИК-подсветкой как правило камера использует черно-белый режим, но по ряду других параметров изображение получается более высокого качества, чем цветное.

Так как ИК-подсветка невидима человеческому глазу (несильное красное свечение ИК-диодов на паразитных максимумах не в счет), а также имеет более низкое энергопотребление и очень большой ресурс работы, то в системах видеонаблюдения гораздо чаще именно ей, а не источникам видимого света отдается предпочтение.

Сравнительно новое веяние в оборудовании систем видеонаблюдения – скоростные поворотные камеры с ИК-подсветкой – активно завоевывает рынок безопасности. Чаще всего в корпусе PTZ-камеры разнесены оптический модуль и модули ИК-подсветки. Гораздо реже попадаются устройства, у которых модули ИК-подсветки располагаются рядом с камерой, но это скорее исключение, чем правило. Причем подсветка у таких PTZ-камер может регулироваться в соответствии с фокусным расстоянием их моторизованных объективов. А изменение угла излучения встроенной подсветки в них реализуется двумя способами: набором светодиодов с разной мощностью и различными углами излучения или же с помощью варифокальной оптической конструкции перед светодиодом.

При выборе оборудования и оценке его потребительских свойств для данного типа устройств добавился еще один важный параметр – дальность подсветки. Для разных моделей производителями приводятся разные значения – от 50, 80 и даже до 300 м. Что же обозначает заявленная дальность?

Как и для ряда других параметров систем видеонаблюдения, для дальности подсветки не существует единого метода измерения. Что характерно, даже представители производителей систем видеонаблюдения не могут дать четкого описания данного параметра. Чаще всего можно услышать ответ – "на каком расстоянии видно подсветку". Нам известны методы измерения дальности подсветки на нескольких ведущих заводах – производителях камер с ИК-подсветкой: выезд в темную ночь на открытое пространство (например, в парк) и тест на дальность: видно либо не видно человека на том или ином расстоянии. Тут сложно говорить о сколько-нибудь объективном измерении, так как не регламентированы ни настройки камеры, ни освещенность, ни критерии оценки видимости объекта.

Оптимальный вариант реализации подсветки – когда на рабочем расстоянии до наблюдаемого объекта угол ИК-подсветки максимально соответствует полю зрения камеры: если угол меньше – получается яркое пятно в центре изображения и очень темные края, угол больше – существенный перерасход энергии и неэффективное использование ИК-излучения.

При этом еще необходимо помнить, что в ИК-спектре материалы отражают излучение не также как свет видимого диапазона, а также о том, что если уже установленной на объекте камерой потребуется наблюдать в ночное время объекты, которые располагаются в 2 раза дальше первоначального значения, то для такой же яркости изображения потребуется подсветка с мощностью в 4 раза больше. А для тех случаев, когда требуется гарантированно решать сложные задачи, например, распознавать автомобильные номера в темное время суток, некоторые производители специализированных ИК-прожекторов советуют использовать устройства, заявленная дальность действия которых хотя бы в 3 раза больше того расстояния, на котором планируется работать. В частности, это связано с очень короткое время накопления заряда на матрице, которое может потребоваться в таких задачах, чтобы избежать смаза быстродвижущихся объектов.

С учетом всего этого задача выбора оборудования на основании заявленных дальностей подсветки является не совсем тривиальной.

Несмотря на то, что мы не станем пытаться стандартизировать методику измерения дальности подсветки и в соответствии с ней замерять дальность (задача технически сложная – требует огромного помещения с контролируемой освещенностью и коэффициентом отражения стен), а проведем сравнительное тестирование камер при фиксированных условиях, настоящая публикация может стать очень полезной при выборе того или иного оборудования.

Методика тестирования

• Сравнение изображений на средней дистанции
  Камеры работают c максимальной частотой кадров, таблица расположена в темном помещении с освещенностью не более 0,02 лк, на расстоянии 50 м до камеры. Для тестирования была изготовлена специальная таблица, состоящая из набора элементов с шестью уровнями черного с нанесенными на них линиями. Отражения от стен и окружающих объектов сведены к минимуму. Приводится кроп изображения, примерно 10% площади кадра. Другими словами, съемка практически в полной темноте, изображение формируется только путем освещения объекта подсветкой камеры.
• Сравнение изображений на дальней дистанции
  Камеры работают c максимальной частотой кадров, ведется сравнение изображения здания, находящегося на расстоянии 450 м до камеры. Освещенность на объекте 0,2 лк. Приводится кроп изображения, примерно 80% площади кадра. Необходимо учесть, что на данном расстоянии влияние подсветки на изображение для некоторых моделей гораздо ниже, нежели освещение от окружающих источников света, поэтому данный тест не является в чистом виде тестом подсветки.
• Реальный зум камеры
  Измеряем как соотношение длин отрезков на объекте от крайней левой точки на изображении до крайней правой, проходящих через центр изображения, для крайних углов обзора.
• Равномерность подсветки
  Замеряем в области обзора камер на тестовом стенде. Во время этого теста помещение было полностью затемнено. Влияние отраженного света на результаты измерений было сведено к минимуму.

Какие камеры тестируем

В тестировании приняли участие доступные на российском рынке скоростные купольные PTZ-модели со встроенной ИК-подсветкой.

• ActiveCam AC-D6034IR10
• BEWARD B89L-3270Z18
• Hikvision DS-2DF7284-A
• RVi-PC62Z30
• SpezVision SVI-912

ActiveCam AC-D6034IR10
Предоставлена компанией DSSL

Данная IP-видеокамера ActiveCam имеет наибольшее разрешение из всех участников – 3 Мпкс. При низкой освещенности такое высокое разрешение закономерно приводило к зашумленности картинки. Впрочем, по словам производителя, при работе видеокамеры в режиме FullHD различие с 2-мегапиксельными камерами по уровню шумов должно нивелироваться. Тем не менее, как при съемке на средней дистанции, так и во время наблюдения удаленного объекта модель AC-D6034IR10 вполне успешно позволяла различать детали сцены. При максимальном и среднем угле обзора камеры прослеживалось снижение интенсивности подсветки от центра к краям, а на минимальном угле обзора распределение подсветки по полю изображения было довольно равномерным.

По информации производителя, максимальная дальность действия встроенной ИК-подсветки у этой камеры составляет 100 м. Модель AC-D6034IR10 относится к устройствам класса "день/ночь" с механическим ИК-фильтром и заявлена как камера универсального применения, предназначенная для работы в широком диапазоне световых и погодных условий. Для борьбы с недостаточным и разноконтрастным освещением в AC-D6034IR10 реализованы такие функции, как цифровое подавление шумов (используется технология 3D-NR), заявленное аппаратное расширение динамического диапазона (по данным производителя, камера построена на современной WDR-матрице с прогрессивной технологией попиксельной регулировки накопления заряда), компенсация встречной засветки (BLC) и инверсия пиков белого (HLC). В модели также предусмотрены тревожные входы и выходы, настройка приватных зон, 16-кратное цифровое увеличение, работа с предустановками, двусторонний аудиоканал и внутренний видеоархив с поддержкой карт памяти формата microSD объемом до 32 Гбайт. Одновременно к этой IP-видеокамере ActiveCam могут подключаться до 20 пользователей. В комплекте к AC-D6034IR10 прилагается программное обеспечение TRASSIR с модулем роботизированного управления поворотными камерами Active-Dome.

Камера защищена от влаги и пыли в соответствии с классом IP66. Модель имеет встроенный нагреватель и может использоваться при температурах окружающей среды от -45 до +60 °С. При работе с включенными обогревателем и ИК-подсветкой потребляемая мощность этой IP-видеокамеры составляет 35 Вт. Блок питания и кронштейн для крепления камеры на стену тоже идут в комплекте."

BEWARD B89L-3270Z18
Предоставлена компанией «НПП Бевард»

Благодаря мощной лазерной подсветке модель B89L-3270Z18 демонстрировала наиболее четкую картинку при наблюдении объекта на большом расстоянии, хотя она же является и самой дорогостоящей камерой из числа участников. Распределение яркости пятна подсветки на изображении было практически равномерным, но максимальный угол подсветки оказался немного меньше, чем максимальный угол обзора камеры.

Заявленная дальность лазерной подсветки у IP-камеры BEWARD составляет 300 м. В этой всепогодной PTZ-модели 2 Мпкс для формирования изображения используется матрица Sony Exmor. В сложных условиях повышать качество изображения камере B89L-3270Z18 помогает аппаратное расширение динамического диапазона Double Scan. Из особенностей также отметим кодек Н.264 High Profile, высокоскоростную съемку – 50 кадр/с, электронную стабилизацию изображения, обогрев стекла и систему антиобледенения подвижных частей. Для рассматриваемой камеры BEWARD опционально доступна установка дворника и системы омывания с возможностью подачи жидкости на высоту до 10 м.

Пользуясь случаем, хотим предупредить о необходимости применения мер безопасности при работе с данным типом оборудования. Во время эксперимента мы убедились, что в подсветке, например, этой камеры используется довольно мощный лазер, который несколько раз прожег насквозь черный защитный экран при попытке перекрыть подсветку на расстоянии менее 1 м для целей эксперимента. Такая подсветка представляет опасность для зрения – по нашим грубым расчетам, зона повышенной опасности расположена на расстоянии от 5 м от камеры и ближе.

Теоретически B89L-3270Z18 имеет наиболее удачную конструкцию по двум причинам. Во-первых, подсветка и камера максимально разнесены – это намного снижает эффект засветки видеокамеры объектами, которые могут находиться в непосредственной близости от нее (осадки, насекомые и другие мелкие частицы, превращающиеся в обычных камерах с подсветкой в яркие вспышки на экране, препятствующие обзору). Во-вторых, модуль видеокамеры имеет конструктив с козырьком, что намного улучшает работу при наличии яркой боковой засветки (блики, солнце).

BHikvision DS-2DF7284-A
Предоставлена компанией DSSL

Камера DS-2DF7284-A показала качественную работу автофокуса и не зашумленное, "гладкое" изображение в ближней зоне обзора. При наблюдении в дальней зоне шумы становились заметными, тем не менее, картинка и в этом случае формировалась различимая и пригодная для дальнейшего использования. На протестированных углах обзора камеры максимальная интенсивность подсветки была в центре и спадала к краям.

Производитель заявляет максимальную дальность действия ИК-подсветки для данной модели – 120 м. Согласно данным компании Hikvision, подсветка работает синхронно с зумом видеокамеры, чем дальше "смотрит" объектив, тем мощнее светит подсветка.

Работая с DS-2DF7284-A, пользователь получает 2-мегапиксельное изображение. Скорость наклона и поворота камеры автоматически регулируется в зависимости от увеличения изображения. В этой камере "день/ночь" с механическим ИК-фильтром реализована функция цифрового расширения динамического диапазона (DWDR), цифровое шумоподавление (3D DNR), поддержка работы со звуком – двусторонний аудиоканал, 2-потоковая передача видеоизображения, работа с картами памяти формата SD вместимостью до 32 Гбайт, тревожные входы и выходы, функция для компенсации засветки изображения, настройка до 24 приватных зон.

Скорость вращения DS-2DF7284-A может регулироваться автоматически в зависимости от масштаба увеличения. При необходимости пользователь может настроить для данной модели Hikvision до 256 предустановок, причем максимальная заявленная производителем скорость поворота для нее составляет 160 град./с.

Видеокамера может работать при низких температурах до -40 °С, а максимальная заявленная рабочая температура составляет +65 °С. Корпус устройства защищен в соответствии с классом IP66.

В линейке камер Hikvision также присутствует камера с 30-кратным оптическим зумом.

RVi-IPC62Z30
Предоставлена компанией «ЭРВИ Групп»

Из всех представленных участников RVi-IPC62Z30 имеет максимальный зум – 30х. При этом на максимальном оптическом увеличении на изображении, формируемом при наблюдении на средней дистанции, отчетливо были видны элементы таблицы. На максимальном зуме с работающей подсветкой было различимо изображение расположенного на большом расстоянии объекта. ИК-подсветка у данной модели имела максимум в центре и спадала к краям.

Мощность встроенной в 2-мегапиксельную камеру RVi-IPC62Z30 подсветки рассчитана на дальность действия до 100 м, причем одной из особенностей этой модели является маскировка красной светимости ИК-диодов непрозрачным в данном диапазоне длин волн фильтром. Формировать видеопоток FullHD со скоростью трансляции 25 кадр/с устройству помогает процессор Ambarella A5S. При разрешении 720р видеокамера способна транслировать изображение со скоростью 50 кадр/с.

В RVi-IPC62Z30 имеются механический ИК-фильтр, поддержка работы со звуком и внешними исполнительными устройствами, слот для карт памяти формата microSD объемом до 64 Гбайт. Поддерживается работа с мобильными устройствами на основе iOS, Android OS, Windows phone OS. Как указывается в техническом описании, максимальная скорость перемещения камеры по предустановкам может достигать 400 град./с.

Корпус данного устройства RVi соответствует стандарту IP66 и позволяет ему функционировать при температурах от -40 до +70 °С. Осуществлять электропитание модели RVi-IPC62Z30 пользователь может от источника переменного тока 24 В либо по технологии PoE.

SpezVision SVI-912
Предоставлена компанией «Инновация»

Алгоритмы IP-видеокамеры SpezVision SVI-912 работают таким образом, что в ночном режиме с ИК-подсветкой на средней дистанции эта модель формирует яркое изображение, но с несколько сниженной резкостью. Впрочем, подобный эффект имеет и другую сторону – как заявляет производитель, благодаря наличию в конструкции камеры КМОП-матрицы Sony IMX 122 формата 1/3" на изображении уменьшено количество шумов, что способствует снижению сетевого видеопотока. Очевидно, что это влечет за собой как снижение нагрузки на сеть, так и экономию на системе хранения данных либо увеличение глубины архива. На дальней дистанции камера передавала довольно яркую и информативную картинку. Для минимального и максимального угла обзора интенсивность подсветки у данной модели SpezVision уменьшалась от центра к краям, а на среднем угле была близка к равномерной.

ИК-подсветка реализуется с помощью светодиодов, и заявленная дальность действия для нее составляет 120 м. На видеокамере используется адаптивная подсветка третьего поколения: светодиоды включаются в зависимости от дальности обозрения самой видеокамерой объектов, режимы – нормальный/резкий/мягкий. Повысить качество наблюдения при низкой освещенности этой модели помогает механический ИК-фильтр.

Камера способна одновременно формировать 3 независимых видеопотока для оптимизации качества и пропускной способности. Пользователь может настраивать до 6 маршрутов патрулирования с неограниченным количеством точек в каждом, назначать режим сканирования до 16 треков, а также сконфигурировать до 128 пресетов. Для камеры SVI-912 заявлен диапазон рабочих температур от -30 до +65 °С. Поддержка спецификаций ONVIF упрощает внедрение камеры в действующие системы видеонаблюдения. Защищенность рассматриваемой модели SpezVision соответствует классу IP66.

Питание SVI-912 осуществляется от источника постоянного тока с напряжением 12 В, который поставляется в комплекте.

	A	A1	B	B1
ActiveCam AC-D6034IR10
BEWARD B89L-3270Z18
Hikvision DS-2DF7284-A
RVi-PC62Z30
SpezVision SVI-912
A – 50 м, 0.02 лк, максимальная частота кадров, кроп, размер таблицы 60*35 см A1 – кроп, размер фрагмента 11*11 см В – 450 м, 0.2 лк, максимальная частота кадров В1 – 450 м, 0.2 лк, максимальная частота кадров, кроп

Два участника имеют принципиальные отличия от остальных, справедливости ради приводим изображения в режимах, выходящих за рамки общего тестирования:

Возможности RVi-IPC62Z30 позволяют работать на максимальном оптическом увеличении 30х для наблюдения на больших расстояниях и получать информативное изображение при низкой освещенности. В свою очередь, в случае применения лазерной подсветки видеокамера B89L-3270Z18 может формировать яркие и четкие снимки даже очень сильно удаленных объектов в темное время суток.

Сводная таблица результатов тестирования камер

Сводная таблица результатов тестирования камер

Дальность подсветки

По результатам теста, если отвечать формально на вопрос, видно ли подсветку на заявленном расстоянии (вносит ли подсветка какое-либо изменение в изображение камеры), – да, видно для всех протестированных камер. Но далее возникает масса деталей: насколько велики шумы на изображении, перешла ли камера в режим накопления заряда, насколько информативно изображение и равномерна подсветка, насколько качественно отрабатывает автофокус и работает ли в принципе и т.д. – эти детали как раз и определяют эффективность системы видеонаблюдения в данных условиях.

Автофокус

Испытав работу в реальных условиях ночью, мы поняли, что производителям еще есть над чем поработать в данном направлении. Во время теста у некоторых моделей автофокус работал очень плохо, а у других – не работал вообще. Более того, для определенных устройств была сложность настроить фокус даже вручную.

Лазерная подсветка

Оказалась наиболее "дальнобойной" среди тестируемых камер. Именно благодаря свойствам лазера подсветка не "разлеталась" на расстоянии, а четко фокусировалась на объект. Причем в настройках присутствует возможность еще более сузить пучок света (снимок приводится выше) – и хотя это вело к сужению освещаемого поля обзора, данный метод вполне применим для ряда специальных задач, когда требуется разглядеть детали на очень большом расстоянии. В ходе эксперимента не удалось достичь предела дальности подсветки для данной камеры.

В то же время были замечены некоторые недостатки. Во-первых, диапазон зуммирования подсветки несколько меньше диапазона видеокамеры, и на широких углах на изображении четко виден круг от подсветки. Во-вторых, лазерная подсветка дает некоторый "леопардовый" окрас объектам – наблюдается неравномерность в виде пятен, что наиболее заметно на ближних зонах, хотя они не очень снижали информативность изображения. На ближнем расстоянии повышена "жесткость" изображения в виде избытка мелких деталей.

Реальный зум камеры

Следует отметить, что общепринятое определение зума – это отношение фокусных расстояний, тогда как мы замеряем соотношение расстояний горизонтальных обзоров камеры на крайних углах. Это то же самое, но только в теории, для идеальных объективов, не имеющих искажений типа дисторсии. Для объективов, имеющих бочкообразную дисторсию (наиболее встречающийся вид искажения), значение соотношения обзоров должно быть выше значения соотношения фокусных расстояний. Тем не менее, даже с учетом данного фактора, мы наблюдаем обратную картину: для некоторых моделей значение замеренного соотношения оказалось ниже, чем заявленный зум. Хотя, с другой стороны, можно допустить, что производители вкладывали в понятие зума нечто иное. В любом случае, факт расхождения желательно учитывать при выборе оборудования.

По углам обзора можно сказать следующее: утверждение "чем больше зум, тем дальше камера видит" не совсем верное. Необходимо понимать, что зум может сказать о соотношении полей обзора, но не об их абсолютном значении на определенном расстоянии. Мы наблюдаем, что, например, ActiveCam AC-D6034IR10 имеет очень близкий угол при максимальном зуме к углу камеры RVi-IPC62Z30, несмотря на большое отличие в заявленных зумах – соответственно x20 и x30. Узкий угол обзора на максимальном зуме при высоком разрешении 3 Мпкс теоретически позволяет камере AC-D6034IR10 быть в лидерах по возможностям различения деталей сцены среди рассматриваемых моделей.

Недостаточная освещенность

Приводит к сильному зашумлению изображения и, как следствие, существенному увеличению видеопотока – алгоритмам компрессии сложнее эффективно справляться с такими зашумленными изображениями. Для эффективной компрессии необходимо хорошее освещение. Кроме того, при уменьшении освещенности очень сильно снижается детализация изображения, что делает преимущества большего количества пикселей на изображении гораздо менее существенным. В таком случае все будет зависеть от конкретной ситуации.

При наблюдении объектов на близких и средних расстояниях современные PTZ-камеры со встроенной ИК-подсветкой позволяют работать с мегапиксельным разрешением, современные мегапиксельные КМОП-матрицы обладают неплохой чувствительностью. Однако если требуется гарантированно решать задачи в сложных условиях, таких как очень большая удаленность объектов, сложные погодные условия и агрессивная среда, то здесь в первую очередь уже будет важно не количество пикселей на матрице, а грамотное взаимодействие всех составляющих камеры – чувствительность матрицы, светосила объектива, мощность и точность подстройки подсветки, которые позволяют получать качественное изображение.

http://www.cctvlab.ru/