Функция "день-ночь" в видеокамерах-взгляд изнутри

В настоящее время рынок систем видеонаблюдения переживает бурный рост. Крупные компании-производители охранного видеооборудования оперативно реагируют на тенденции развития потребительского спроса.

За последние годы значительно возрос интерес к цветной охранной видеотехнике. В немалой мере это вызвано снижением цен на такую продукцию и улучшением рабочих характеристик.

С развитием технологии производства ПЗС-матриц цветного изображения стало очевидным, что информативность цветной картинки намного выше, чем чёрно-белого изображения. К сожалению, чувствительность цветной видеокамеры долгое время оставалась достаточно низкой (примерно в 20 раз ниже, чем у аналогичных Ч/Б видеокамер). Поэтому цветные видеокамеры сложно было применять в условиях низкой освещенности (например, для уличного наблюдения в темное время суток).

Из-за низкой чувствительности цветных видеокамер (по сравнению с черно-белыми) при пониженной освещённости нарушается цветопередача и появляется эффект «зашумлённости».

Разработчики смогли решить эту проблему и предложили для цветных видеокамер функцию «День-Ночь».

О наличии функции «День-Ночь» в некоторых телекамерах цветного изображения заявляют почти все известные поставщики. Но не все подразумевают под ней одну и ту же технологию, позволяющую получать действительно качественное изображение во всех диапазонах освещения. Некоторые производители ограничиваются добавлением к обычной телекамере ИК-прожектора, указывая при этом минимальную освещённость камеры 0 люкс, и приписывают системе функцию «день-ночь», хотя реальный эффект от такой схемы весьма сомнителен для цветных видеокамер.

Необходимо пояснить, что спектральная чувствительность ПЗС- матрицы, входящей в состав цветной видеокамеры, значительно отличается от чувствительности человеческого глаза и смещена в ИК область спектра. Для обеспечения правильной цветопередачи в цветных видеокамерах применяют специальный фильтр, ограничивающий чувствительность ПЗС-матрицы в ИК-диапазоне спектра.

Однако наличие такого фильтра ограничивает световой поток, поступающий на ПЗС-матрицу. Это является одной из причин того, что цветные ПЗС-камеры менее чувствительны, чем монохромные.

К тому же применение ИК прожектора для таких цветных камер менее эффективно, чем для монохромных, поскольку, установленный на ПЗС-матрице, ИК фильтр не будет пропускать свет прожектора на матрицу.

Существует два различных типа фильтров: простой (несмещаемый) и с электромеханическим приводом (смещаемый).

Несмещаемый фильтр представляет собой пластинку, наклеенную на ПЗС-матрицу. Такой фильтр применяется во всех цветных камерах. При его использовании в телекамерах с функцией «день-ночь», уровень чувствительности в цветном и монохром режимах отличается не более чем в 2 раза. В таких камерах для перевода аппаратуры из режима цветного изображения в чёрно-белый применяются: фото-датчик, принудительное отключение цветового тракта и повышение коэффициента усиления в монохромном. Безусловно, такая схема работы имеет право на существование и применяется в малогабаритной аппаратуре, а так же в видеокамерах экономкласса.

К удачным моделям видеокамер такого типа, например, можно отнести следующие модели известных Тайваньских производителей Mintron и HiVision: MTV-63S10HP, MTV-83S75HP, MTV-53S10HP, уличная видеокамера ST-5122VF DN, поворотные камеры HSD-220, SLD-220.

В последнее время широкое распространение получили видеокамеры со встроенной ИК-подсветкой.

Однако, при работе в паре с ИК-прожектором (интегрированном или внешним) камеры «день-ночь» с несмещаемым ИК-непрозрачным фильтром работают не совсем корректно.

Как видно из рис. 1. в ночном режиме полностью теряется информация о цвете и части изображения разного цвета выглядят абсолютно одинаково. Конечно, цена таких камер гораздо ниже, чем цена камер с электромеханическим приводом фильтра.

ИК-непрозрачный фильтр с электромеханическим приводом представляет собой пластину, выводимую из оптической системы при помощи электромеханики (электродвигателем или электромагнитной системой). Здесь фильтр является подвижной частью и, при выведении из системы, на его место вводится светопрозрачный элемент. Это делается для того, чтобы не допустить расфокусировки изображения на ПЗС-матрице. При падении уровня освещённости до определённого порога светочувствительный элемент заставляет механику «заменить» фильтр на светопрозрачную пластину, одновременно электроника отключает цветовой тракт. Это позволяет достичь разницы чувствительности в цветном и монохромном режиме в 10 и более раз. Считается, что схема с механическим приводом ИК-непрозрачного фильтра является функцией «день-ночь» в классическом её представлении.

Уровень освещённости, при котором необходимо переключаться в ч/б режим или обратно, определяется при помощи фотодатчика или по уровню видеосигнала.

Для того чтобы не допустить хаотичного переключения из одного режима в другой, например, при кратковременной засветке объектива фарами автомобиля, в телекамерах со смещаемым фильтром введена задержка переключения.

Некоторые производители в камерах с функцией «день-ночь» применяют интегрированный ИК-прожектор в режиме постоянной работы. Это существенно сокращает срок его службы, так как ИК-светодиоды имеют определённый срок «жизни» и от постоянного использования перегорают. Но подобная схема включения ИК-прожекторов является скорее исключением, чем правилом, т. к. сейчас принято создавать систему, в которой ИК-подсветка автоматически включается в момент перехода телекамеры из цветного режима в чёрно-белый и выключается при обратном переходе.

Поскольку встроенный ИК-прожектор имеет небольшую дальность действия, часто используют видеокамеры с дополнительными внешними прожекторами. Большой опыт использования внешних ИК-прожекторов с видеокамерами Mintron с смещаемым ИК-фильтром (MTV-63S80PH, MTV63W9P и 63W5P) показал хорошие результаты.

Для повышения чувствительности камер применяются и другие технологии, например технология накопления заряда: StarLight, SenSup, DSS-Digital Slow Shatter и пр. Эта технология может применятся как сама по себе, в т. ч. и для ч/б камер MTV-14G5DHC, так и для цветных видеокамер с функцией «день-ночь». При этом у некоторых моделей в ночном режиме осуществляется переход в чёрно-белый режим (MTV-63S80HP, MTV-63V9HP, MTV-63W5HP), а у некоторых изображение остаётся цветным (MTV-64G5DHP, MTV-63W3HP, MTV-63V8HP).

Все перечисленные здесь модели фирмы Mintron относятся к видеокамерам высокого уровня. Кроме функции «день-ночь» и технологии накопления заряда в них заложены и другие важные инновационные технологические решения, такие как: схема повышения чёткости изображения, система динамического шумоподавления, система цветокоррекции для максимально правильной цветопередачи при использовании АББ, ручная установка электронного затвора (например для использования в системах распознавания автомобильных номеров), Super BLC, встроенный детектор движения и другие технологии.