هنگام عکاسی با دوربین های قدیمی، وقتی که سوژه شما پشت به نور خورشید بود، تصویر تاریک و بدون جزئیات ثبت می شد. در این حالت مجبور بودید برای ثبت عکس بهتر، از زاویه دیگری عکاسی کنید. برخلاف چشم انسان ، که می تواند با انواع مختلفی از شرایط نوری سازگار شود ، یک دوربین امنیتی معمولی محدوده دینامیکی محدودی دارد. در یک روز آفتابی، در یک صحنه با سایه های متمایز، بین درخشان ترین و تاریک ترین نقاط تفاوت زیادی وجود دارد. این همان چیزی است که ما آن را یک دامنه پویای گسترده یا WDR همچنین به عنوان دامنه دینامیکی بالا یا HDR می گوییم.
دامنه پویای گسترده یا WDR چیست؟
این ویژگی با عنوان ضد نور یا WDR که مخفف Wide Dynamic Range شناخته می شود. ساده ترین راه برای درک دامنه دینامیکی ، مقیاس سطح نوری است که حسگر دوربین می تواند از تیره ترین سیاه تا روشن ترین سفید ، در هر نورگیری ، بدون از دست دادن جزئیات تصویر ، ضبط کند. هنگامی که یک دوربین امنیتی از دامنه دینامیکی خود فراتر رود ، کیفیت تصویر تولید شده تنزل می یابد.
به عنوان مثال ، در یک صحنه با نور بسیار روشن ، یک دوربین امنیتی معمولی زمان نوردهی خود را کوتاه می کند. این کار موجب می شود نور کمتری وارد سنسور شود. با این حال ، مناطق تاریک آن صحنه را بدون ثبت هیچ گونه جزئیاتی از دست می دهد. همچنین، در صحنه های بسیار تاریک ، دوربین مدت زمان نوردهی خود را طولانی تر می کند تا کمبود نور را جبران کند. اما این امر می تواند مناطق روشن آن صحنه را بیش از حد در معرض دید قرار دهد یا بسیار سفید باشد .
این مشکل در دوربین های مدار بسته نیز وجود دارد. دوربین هایی که در فضای داخلی نصب می شوند ، اغلب در قسمت دید خود با پنجره یا درب شیشه ای روبرو می شوند. لابی ها ، بوتیک ها و دفاتر همه از این نمونه ها هستند. در ساعات روشنایی روز ، دوربین های فاقد WDR مشکلات زیادی برای ثبت تصاویر خواهند داشت. این تابش نور موجب کاهش جزئیات تصویر و تاریکی محیط خواهد شد. WDR برای از بین بردن کامل این تابش شدید استفاده می شود و این امکان را برای شما فراهم می کند که آنچه در داخل این درها و پنجره ها است و تصاویر خارج از آنها را نیز ببینید.
عملکرد WDR در دوربین های مدار بسته
این دوربین ها از دو چیپِ پردازشِ تصویر استفاده می کنند. چیپ اول با سرعت شاتر بالا و کاهش زمان نوردهی به سنسور، جزئیات فضای پر نور را ثبت می کند و چیپ دوم، با سرعت شاتر پایین تر، افزایش مدت زمان نوردهی به سنسور، جزئیات تصویر محیط های کم نور را ثبت می کند.
به این ترتیب دو فریم با نوردهی متفاوت به طور همزمان، از یک صحنه ثبت می شود. پردازشگر تصویر با ترکیب این دو فریم و استفاده از جزئیات تصویر در هر دو فریم ، تصویری با سطح نور یکنواخت و جزئیات قابل قبول ارائه می کند.واحد اندازه گیری WDR دسی بل (db) هست. هر چه این عدد بزرگتر باشد کیفیت تصویر آن دوربین بهتر خواهد بود.
انواع دیگر WDR در دوربین مداربسته
در روش WDR به دلیل استفاده از دو پردازشگر تصویر، قیمت نهایی دوربین بالا خواهد بود. مسلماً در تمام کاربرد های دوربین نظارتی با توجه به هزینه این دوربین ها ما نیاز چندانی به این قابلیت نداریم. به همین دلیل روش های کم هزینه تری نسبت به WDR به دوربین های مداربسته اضافه شده که به تفضیل به آن ها می پردازیم.
L-WDR
در دوربین های مداربسته با قابلیت L-WDR از یک پردازشگر برای بالانس نور تصویر استفاده می‌کند که موجب کاهش هزینه ها نسبت به WDR می شود. نحوه کار این دوربین ها به این صورت است که در فریم های فرد با افزایش سرعت شاتر و کاهش زمان نوردهی به سنسور، جزئیات فضای پر نور را ثبت می کند و در فریم های زوج، با کاهش سرعت شاتر و افزایش مدت زمان نوردهی به سنسور، جزئیات تصویر محیط های کم نور را ثبت می کند. با تلفیق جزئیات دوفریم متوالی توسط پردازشگر، نور و جزئیات تصویر نهایی بهبود بخشیده می شود.
از معایب این روش کاهش نرخ فریم تصویر نهایی است. این روش با توجه به استفاده از دو فریم متوالی و ترکیب آن ها، نرخ فریم تصویر نهایی را به نصف کاهش می دهد. برای مثال دوربینی که در حالت عادی با نرخ فریم 30 تصاویر را ضبط می کند، در حالت L-WDR نرخ فریم تصویر نهایی را به 15 فریم بر ثانیه می رساند.
S-WDR
در روش قبلی با مشکل کاهش نرخ فریم مواجه شدیم. در این روش برای بهبود نرخ فریم از یک حسگر دوگانه تصویر ( Dual Scan CCD) استفاده می شود. این حسگر می تواند به صورت همزمان دو تصویر یکی با سرعت شاتر بالا و یکی با سرعت شاتر پایین ثبت کند. این روش با احتساب زمان ترکیب دو فریم توسط پردازشگر، حدود 25% کمتر از روش L-WDR دچار کاهش نرخ فریم خواهد شد. برای مثال دوربین مداربسته ای که در حالت عادی ۳۰ فریم در ثانیه تصویر برداری می‌کند درحالت S-WDR با نرخ ۲۲٫۵ فریم در ثانیه تصویر برداری خواهد کرد. که اندکی بیشتر از L-WDR است ولی این روش کمی گرانتر از L-WDR است.
D-WDR
به دلیل هزینه بالای تجهیزات سخت افزاری قابلیت WDR در دوربین مداربسته، شرکت های فعال در حوزه تولید دوربین مداربسته با ابداع D-WDR تلاش کردند بدون تجهیزات سخت افزار و با کمک نرم افزار و پردازش تصاویر از قابلیت ضد نور در تصاویر استفاده کنند.
در روش D-WDR یا Wide Dynamic Range Digitalهمان طور که از نام آن پیداست بهبود تصویر به صورت دیجیتالیو نرم افزاری است. این روش تاثیر به مراتب کمتری از روش های بالا دارد ولی با این حال کیفیت تصویر را تا حدی بهبود خواهد بخشید البته جزئیات بیشتر در نواحی بسیار تیره یا روشن مشخص نخواهد شد. با توجه به قیمت کمتر و عدم کاهش نرخ فریم تصویر و امکان استفاده از سایر قابلیت های بهبود نور تصویر در زمینه، تولید کنندگان برای ساخت دوربین های مقرون به صرفه، هنوز از این روش استفاده می کنند.
کدام روش مناسب تر است؟
اگر در پروژه شما جزئیات از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند پلاک خوانی، تشخیص چهره در مراکز مهم، مانند بانک ها و … از دوربین با قابلیت WDR مناسب استفاده کنید.
البته توجه کنید اگر دوربین پلاک خوان در ارتفاع بسیار کمی نصب شود و چراغ های ماشین مستقیماً به دوربین بتابد WDR نمی تواند کمکی به بهبود بازه دینامیکی کند. با تابش نور ماشین به سنسور ، سنسور مادون قرمز تصور می کند که روز است و دوربین در واقع سعی می کند یک تصویر روز و شب را به طور همزمان تفسیر کند. نتیجه نهایی تصویری است که به نظر می رسد با دوربینی که از ویژگی WDR ندارد یکسان است.
اگر دوربین شما برای مصارف معمولی نظارتی است و هزینه تمام شده پروژه برای شما مهم است، در قدم اول توصیه ما بهبود زاویه نصب دوربین نسبت به منبع نور است. تابش مداوم نور خورشید به سنسور، باعث کاهش طول عمر مفید و سوختن سنسور خواهد شد. پس در صورت امکان، از نصب دوربین در زوایایی که تابش نور خورشید بالاست، خودداری کنید. در اتاق ها، راهرو ها و …. دوربین را پشت به پنجره ها و در ورودی ها دوربین را با زاویه مناسب نسبت به درب ورودی نصب کنید تا کمترین دید را نسبت به منبع نور در تصویر داشته باشید.
قدم بعدی سعی در پوشاندن پنجره ها در ساعات پر نور با پرده مناسب، در پروژه های اداری است. افزایش نور محیط داخلی هم می تواند سطح کنتراست نور را کاهش دهد.
علاوه بر تکنولوژی WDR قابلیت‌های دیگری از جمله BLC نیز برای کاهش اثرات اختلاف نور در پس زمینه و پیش زمینه وجود دارد که در مقالات بعدی به آن ها می پردازیم. در حال حاضر اکثر دوربین های مداربسته دارای این قابلیت هستند که برای بهبود تصویر مناسب است.
