دوربین مدار بسته هایک ویژن

 Super HAD CCD نسخه ای ارتقا یافته از حسگر HAD CCD سونی است که دارای حساسیت بالایی نسبت به نور است و در دوربین های مدار بسته مورد استفاده قرار می گیرد. در این حسگر از تکنولوژی جدیدتر و پیشرفته تری نسبت به ورژن قبلی استفاده شده است. از جمله  ویژگی های این نسخه می توان به افزایش تعداد پیکسل ها و اندازه کوچکتر حسگر CCD اشاره نمود که در نتیجه منجر به کوچکتر شدن محدوده دیافراگم در سنسور شده که به دنبال آن مشکل حساسیت کم سنسور نسبت به نور نیز برطرف گردیده است.

در این ورژن، یک لنز در بالای سنسور برای تمرکز هرچه بیشتر نور قرار گرفته است، که باعث گسترش دامنه مجازی عملکرد دیافراگم شده و حساسیت نوری را نیز ارتقا بخشیده است. سونی، اولین شرکتی است که از این فناوری در سنسور تصویر CCD استفاده نموده است.

نحوه عملکرد

به طور کلی در تکنولوژی Super HAD سونی مشکلات مربوط به حساسیت نوری از دو طریق برطرف گردیده است:

1) با قرار دادن میکرولنزها به طور مستقیم در بالای هر پیکسل در CCD: بدین ترتیب نور بیشتری به طور مستقیم بر روی هر کدام از پیکسل ها به صورت جداگانه متمرکز می گردد.

2) با بهینه سازی ساختار میکرولنز ها: بدین ترتیب نواحی کاذب میان پیکسل ها کاهش یافته و همچنین میزان حجم کمتری از نور به هدر می رود.

تفاوت چیپ تصویر Super HAD  با CCD های معمولی

مزیت اصلی CCD های Super HAD نسبت به CCD های معمولی سونی حساسیت بالاتر آنها نسبت به نور است. به صورت تقریبی این CCD ها تا  دو برابر حساسیت بیشتری نسبت به CCD های معمولی در مقابل نور دارند. بدین ترتیب دوربین های مدار بسته ای که مجهز به این CCD ها باشند تصویری با حداقل نصف نویز کمتر در نورهای کم و محیط های تاریک ایجاد می کنند. این  CCD ها همچنین حدود 6db (مقدار 6 دسیبل) نسبت سیگنال به نویز کمتری دارند.

در پایان نمی توان عنوان نمود که Super HAD CCD رزولوشن تصویر شما را افزایش می دهد. این حسگر تنها به صورت بهینه از نور موجود استفاده می کند و به شما این امکان را می دهد که یک تصویر با کیفیت مناسب و با نویز و ارتعاش کمتر در محیط های کم نور و تاریک داشته باشید.

سیستم های نظارتی و امنیتی امروزه از تنوع زیادی برخوردار اند. اگر یک دوربین مداربسته را بشکافید و قسمت های مختلف آن را واکاوی نمایید متوجه یک قطعه الکترونیکی درون لنز آن می شوید که از فتودیود های بازتابنده متعددی تشکیل شده است. به این قطعه اصطلاحا حسگر یا سنسور تصویر دوربین مدار بسته گفته می شود. 

بسته به مشخصات دوربین مداربسته، متوجه خواهید شد که یکی از دو سنسور تصویر زیر درون دستگاه شما قرار دارد: 

سنسور CCD (charged-coupled device)

سنسور CMOS (complimentary metal-oxide semiconductor)

سنسور های CCD و CMOS همان فتودیود هایی هستند که در پنل های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند و اساسا وظایف مشابه آنها را انجام می دهند. آنها نور را به الکترون تبدیل می کنند و سپس با تبدیل آن به سیگنال های دیجیتال تشکیل تصویر می دهند. 

چیپ تصویر Progressive CMOS

فن آوری سنسورهای CMOS در طی سالیان اخیر پیشرفت های گسترده ای داشته است. به نحوی که کیفیت تصاویر گرفته شده با سنسور CMOS پس از پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر به طرز چشمگیری افزایش یافته است. پیشرفت هایی که در سنسورهای CCD و CMOS موجود در دوربین های مدار بسته صورت پذیرفته قابلیت های اساسی آنها را بهبود بخشیده است. ورژن های Interlaced و Progressive این سنسور ها از جمله این پیشرفت ها هستند. این سنسور ها نقائص موجود در تصاویر را درون فریم ها پردازش و برطرف می کنند. 

فناوری Progressive scanning در هر دو سنسور CMOS و CCD رایج است، اما عمدتا در دوربین های مداربسته CMOS مورد استفاده قرار می گیرد. در اسکن پیشرفته یا Progressive scanning دوربین از هر پیکسل به طور جداگانه اطلاعات را دریافت می کند و پس اسکن آنها، یک تصویر کامل را به دست می دهد. 

این مسئله در دوربین مدار بسته از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا فناوری Progressive scanning باعث می شود تا دستگاه ضبط DVR انعطاف بیشتری در ضبط تصاویر داشته باشند و تصاویر برای مثال در هنگام برخورد به یک سوژه متحرک از کیفیت بیشتری برخوردار باشند. 

زمانی که دوربین مدار بسته را در مکان هایی شلوغ مانند خیابان و یا ساختمان های شلوغ نصب می کنید همواره در معرض تکان ها و لرزش هایی است که ممکن است بر اثر باد، باران، عبور و مرور افراد و …قرار ایجاد گردد. این لرزش ها منجر به کاهش کیفیت تصاویر و ایجاد تاری در آنها می شوند.

علاوه بر این، هر چه کیفیت تصویر یک دوربین بالاتر و دارای زوم بیشتری نیز باشد، تاری و نویز را بیشتر نشان داده و لرزش یا تکان خوردن دوربین نسبت به میزان استفاده از زوم افزایش می یابد.

به همین دلیل تولیدکنندگان دوربین های مدار بسته با ابداع شیوه های نرم افزاری و همچنین سخت افزاری درصدد افزایش کیفیت تصاویر در شرایط فوق برآمده اند. یکی از این شیوه ها استفاده از چیپ تثبیت کننده الکترونیکی است که کیفیت تصاویر را در هنگام لرزش و ارتعاش حفظ می کند.

چیپ تصویر (EIS) دوربین مداربسته

تثبیت کننده تصویر الکترونیکی (EIS) روشی برای بهبود کیفیت تصویر با استفاده از پردازشگر الکترونیکی است. EIS منجر به کاهش تاری تصویر می شود که اغلب بر اثر لرزش دوربین ایجاد می گردد.

از طریق الگوریتم های مختلف، دوربین قادر به تشخیص پیکسل های تصویر، خارج از مرز زمینه دید استاندارد است (گرفته شده به دلیل حرکت دوربین) و با استفاده از اطلاعات موجود در این پیکسل ها تصویر الکترونیکی می تواند از فریمی به فریم دیگر تعویض گردد تا یک تعادل حرکتی در تصاویر دوربین ایجاد گردد. این روش بدین ترتیب تضمین می کند که تصاویر حاصله واضح و بدون نویز هستند. با این وجود، در حین این عملیات تصویر نهایی به صورت خیلی جزئی کوچکتر خواهد شد، زیرا برخی از نقاط مرزی در تصویر از بین می روند. این امر می تواند منجر به کاهش کیفیت تصویر گردد، اما قابل ملاحظه نیست.

EIS در واقع یک قطعه سخت افزاری است که معادل نرم افزاری آن همان تکنولوژی DIS است که مخفف Digital Image Stabilization به معنای تثبیت کننده دیجیتالی تصویر است. اما عملکرد EIS نسبت به آن به مراتب بهتر است.

تفاوت EIS و OIS

نحوه عملکرد تثبیت کننده تصویر نوری یا OIS به این ترتیب است که از طریق فعالیت اجزای سازنده داخلی دوربین عمل نموده و از این طریق با حرکات و تکان های وارده بر کل بدنه دوربین مقابله می کند. دوربین لرزش ها را از طریق سنسورهای حرکتی خود تشخیص می دهد و سپس به طور خودکار موقعیت لنز یا در برخی موارد حسگر نور را تغییر داده و بدین ترتیب تضمین می کند که نور همواره به سنسور دوربین برخورد کند.

اما در مقایسه، تثبیت کننده تصویر الکترونیکی یا دیجیتالی EIS راه حلی است که بر اساس تجزیه و تحلیل تصاویر گرفته شده در هنگام لرزش دوربین عمل می کند. بنابراین می تواند به عنوان یک راه حل واکنش پذیر و نه به عنوان پیشگیرانه در نظر گرفته شود.

در مقالات قبلی در مورد سنسور و نقش آن در دوربین مدار بسته توضیح دادیم. همانطور که ذکر شد به طور کلی، وظیفه سنسور تبدیل نور دریافتی از تصاویر به سیگنال الکتریکی است. چیپ های تصویر قسمتی از ساختار دوربین ها محسوب می گردند که نور دریافتی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. سپس این سیگنال ها به صورت تصاویر ویدئویی ضبط می شوند.

در سال 2012 شرکت هایک ویژن سری جدید دوربین های مداربسته آنالوگ خود را که مجهز به سنسور DIS بودند را به بازار عرضه نمود. سنسور DIS در واقع نسخه ارتقا یافته ای از سنسور Cmos است که در آن مشکلات ناشی از عدم ارائه تصاویر با کیفیت در فضاهای کم نور که در سنسور های Cmos به چشم می خورد برطرف شده است.

چیپ تصویر DIS و نحوه عملکرد آن

چیپ تصویر DIS در دوربین مداربسته مخفف عبارت (Digital Image Stabilization) بوده و به معنی تثبیت کننده دیجیتالی تصویر است. معمولا نصب دوربین مدار بسته در مناطقی اعم از کنار جاده ها، ایستگاه های راه آهن، بنادر، فرودگاه ها و … ممکن است باعث گردد تا تصاویر دوربین بر اثر تکان های ناشی از عوامل بیرونی تار گردند. تکنولوژی موجود در چیپ تصویر DIS به گونه ای است که می تواند میزان نویز قسمت هایی از تصاویر را که بر اثر لرزش دوربین ایجاد شده و وضوح خوبی ندارند را کاهش دهد.

این سنسور با سنجش داده های گرفته شده توسط دوربین مداربسته تکان های وارده بر دوربین را که اغلب به دلیل وزش باد اتفاق می افتد را تشخیص می دهد. دوربین با ضبط پیکسل هایی از تصویر خارج از فریم موجود یک حائل پیکسلی را ایجاد می کند و یک تصویر جدید بدون نویز می سازد. هنگامی که دوربین دچار ارتعاش یا تکان می شود، دوربین فریم قابل مشاهده را با فریم تار عوض می کند تا اثر این لرزش را بر روی تصویر ویدئویی کاهش دهد.

بعد از ارائه سنسور DIS توسط شرکت هایک ویژن، کمپانی داهوا نیز ورژن دیگری از سنسور DIS را عرضه نمود که با نام HDIS خوانده می شود. لازم به ذکر است که این دو سنسور ساخت دو شرکت از لحاظ کیفیتی هیچگونه تفاوتی با یکدیگر ندارند.

دوربین های تحت شبکه به محصولات اصلی صنعت نظارت جهانی تبدیل شده اند. با هدف ارائه سیستم های انعطاف پذیر و مقرون به صرفه که تصاویری با کیفیت FullHd ارائه می دهند، برخی از تولید کنندگان دوربین مداربسته از فن آوری های IVE استفاده می کنند، یکی از زیر مجموعه های این فناوری، تکنولوژی ROI است. 

در این مقاله قصد داریم تا شما را با عملکرد تکنولوژی ROI در دوربین مداربسته آشنا سازیم. ابتدا به شرح مختصری از فناوری IVE می پردازیم از تکنولوژی IVE به منظور رمزگذاری هوشمند ویدئویی استفاده می شود، فن آوری IVE می تواند با توجه به نیاز کاربر، پردازش های هوشمندانه را بر روی تصاویر انجام دهد. با استفاده از این فناوری می توان به عملکرد مطلوبی از سیستم نظارت تصویری دست یافت که در آن در کنار ارائه تصاویر با کیفیت بالا، مدیریت مناسبی نیز بر روی مصرف پهنای باند و فضای ذخیره سازی انجام می شود. 

بالطبع با پیشرفت تکنولوژی در این دوربین ها و ظهور دوربین های 5 مگاپیسلی و بالاتر منجر به این می شود که تصاویر دارای کیفیت بالاتر و جزئیات بیشتری گردند که حتی با وجود روش های کدینگ پیشرفته نیز منجر به بوجود آمدن نیاز مبرمی به پهنای باند و فضای ذخیره سازی بیشتری می گردد. 

همانطور که می دانیم برخی از تصاویر گرفته شده توسط دوربین مداربسته دارای فریم های تکراری و بدون فایده ای هستند که باعث اشغال بیجای فضای ذخیره سازی و مصرف پهنای باند می گردند. 

عملکرد ROI در دوربین مداربسته، به نحوی است که تنها بر ارائه تصاویر ویدئویی با کیفیت بالا از نواحی مورد نظر متمرکز است. برای مناطق و فریم هایی که تغییری در آنها صورت نگرفته نیز، تصاویر بدون تغییر، انتقال داده می شوند و یا حذف می گردند. 

تکنولوژی ROI در دوربین مداربسته

فناوری رمزگذاری Region of Interest یا به اختصار ROI برای حل این مسئله و ارائه بالاترین کیفیت تصویر در مناطق موردنظر و در عین حال کاهش کیفیت نقاط تکراری و غیرضروری در تصاویر ابداع گردیده است. 

تکنولوژی ROI تضمین می کند که اطلاعات مهم از بین نرفته، و می تواند به طور موثری عمل فشرده سازی داده ها را انجام دهد، و مشکلات ناشی از میزان فشرده سازی و کیفیت تصویر را حل کند. 

انواع تکنولوژی ROI

در حال حاضر دو نوع مختلف از تکنولوژی ROI وجود دارد: یکی FIXED REGION(منطقه ثابت) و دیگری DYNAMIC TRACKING (ردیابی پویا) است که در ادامه به شرح انها می پردازیم 

FIXED REGION(منطقه ثابت)

در صفحه تنظیمات ROI در دوربین مداربسته، می توانید عملکرد ROI را برای مناطق ثابت فعال نمائید، در این قابلیت شما می توانید تا 4 منطقه مختلف در تصویر را انتخاب کنید، سطح رمزگذاری ROI از 1-6، قابل تنظیم است. 

DYNAMIC TRACKING (ردیابی پویا)

ابتدا، در تنظیمات مربوط به عملکرد تشخیص چهره، این عملکرد را به همراه قابلیت dynamic analysis فعال نمائید، سپس به صفحه تنظیمات ROI رفته و عملکرد ROI را فعال کنید. سطح رمزگذاری ROI از 1-6، قابل تنظیم است. 

1. تکنولوژی ROI از فناوری Triple Stream پشتیبانی می کند تا کاربران بتوانند همزمان به 4 جریان ویدئویی از نقاط مختلف مکان مورد نظر دسترسی داشته باشند. 

2. DYNAMIC TRACKING (ردیابی پویا) در حال حاضر، تنها از قابلیت تشخیص چهره و کد گذاری ROI پشتیبانی می کند. 

شرکت Hikvision تکنولوژی های تجزیه و تحلیل هوشمند(VCA)، تشخیص چهره و کد گذاری ROI را به منظور ارائه محصولات ویدئویی با کیفیت بالا ادغام نموده است. این شرکت به عنوان یکی از اولین تولیدکنندگان دوربین مداربسته که از استاندارد فشرده سازی H.264 / AVC استفاده می نماید، بهترین عملکرد کدگذاری ROI را در مقایسه با همان محصولات از سایر برنده ای تولید کننده ارائه می کند.