Динамический диапазон wdr что это
Что такое широкий динамический диапазон (WDR)?
Преимущества и возможности видеонаблюдения с технологией WDR
Пример использования этой технологии встречается в следующей ситуации. Когда камера направлена на окно, мы можем найти области, в которые попадает больше или меньше света. С обычной камерой без WDR мы увидим очень темную часть изображения, а другую очень яркую, с которой многие детали будут потеряны. Это может быть нарушение безопасности, поскольку можем потерять часть того, что происходит в этой более темной области. Благодаря технологии WDR достигается баланс, и мы видим всю площадь этого окна с равномерным уровнем освещенности без потери деталей.
Эта «антибликовая» функция, на которую мы намекаем, известна как широкий динамический диапазон. Не вдаваясь в технические подробности, WDR объединяет изображения, полученные с помощью двух разных типов экспозиции. Затем он берет эти изображения и объединяет их в одно. В результате получается изображение, практически лишенное каких-либо проблем с освещением.
В чем отличие между True WDR и WDR Digital (DWDR)
Выбирая камеры наблюдения с технологией WDR, мы должны быть осторожны. Помимо типичных различий между брендами и моделями, вы найдете две камеры, которые будут отличаться лишь названием функции TRUE WDR и WDR DIGITAL.
Настоящие WDR используют технику комбинирования различных выдержек, в то время как цифровые WDR работают с использованием техники программной компенсации.
Камеры с истинным WDR захватывают два изображения с разной световой экспозицией и объединяют их в третье изображение, компенсируя интенсивность света для достижения оптимального общего результата освещения. Этот естественный процесс заменен компьютерной компенсацией в цифровых WDR. Здесь создается одно изображение, которое автоматически подвергается цифровой ретуши.
Камеры с истинным WDR снимают 60 кадров в секунду для достижения такого конечного результата. Для этого им требуется большая мощность для обработки изображений. По этой причине камеры True WDR, хотя и более дорогие, дают лучшие результаты.
Это один из вопросов, который нужно задать установщику системы безопасности при проектировании системы видеонаблюдения: какой тип камеры WDR вам предлагают.
Как работает WDR?
Благодаря технологии WDR объектив камеры использует разные скорости затвора, чтобы позволить больше света в одних областях изображения и меньше света в других, более ярких. Воздействие на датчик света, получаемого извне, регулируется для получения скомпенсированного изображения.
Камеры с WDR идеально подходят для различных ситуаций, когда требуется очень качественный мониторинг. Вот несколько примеров:
Камеры WDR могут быть идеальным решением, чтобы избежать нарушений безопасности, которые происходят в областях с плохим освещением. Смешивание темных областей с очень светлыми делает обычные камеры неэффективными. По этой причине необходимо произвести замену оборудования. Это усиливает принцип важности обслуживания видеонаблюдения: если отсутствует поддержка и обновление системы, тогда не будет и 100% безопасности. Во многих местах эти камеры не существуют по той простой причине, что при проектировании они еще не были доступны. Поэтому потребуется специализированное обслуживание для обновления установленного оборудования.
Причины, при которых использование WDR в камерах видеонаблюдения может быть критически важным
Опытные специалисты заранее планируют места для расположения камер, учитывая все факторы, которые способны повлиять на качество изображения.
Конечно же функция WDR не сможет обработать и улучшить изображение, если камера будет направлена на солнце, но может устранить проблемы, возникающие от попадания на объектив камеры отраженных солнечных лучей, которые препятствуют равномерному освещению сцены. Отраженный солнечный свет на изображении вашей камеры — обычное явление. Транспортные средства, водоемы и даже сайдинг на вашем доме — все это примеры некоторых потенциально отражающих поверхностей. Эти вещи, конечно, не вызывают бликов в 100% случаев, но в зависимости от места расположения объекта, времени суток, угла объекта и поворота камеры вам возможно потребуется видеонаблюдение с функцией WDR.
Окна и стеклянные двери
Когда дело касается бликов, это действительно ваш самый большой враг. Установив камеры в помещении, в их поля зрения часто оказываются окна или стеклянные двери: лобби, бутики и офисы — все это примеры. В дневное время камерам без WDR очень трудно интерпретировать изображение вокруг этих оконных стекол. Для них эти области выглядят как большие яркие точки на изображении. В большинстве случаев этого ослепления будет достаточно, чтобы что-либо перед, вокруг или за стеклом было полностью засвечено яркостью бликов. Функция WDR полностью устраняет этот яркий свет и дает вам не только возможность видеть не только то, что находится внутри этих дверей и окон, но и то, что находится за их пределами.
Известно, что люминесцентное освещение может влиять на качество изображения. Вообще говоря, если у вас есть проблема с бликами, вызванными внутренним освещением, обычно достаточно просто отрегулировать угол наклона камеры, под которым она установлена. Для тех из вас, у кого может не быть этой опции или если она просто не решается с помощью этого метода, тогда вам понадобиться функция WDR.
Фары проезжающего автомобиля
Как выбрать камеру видеонаблюдения по завуалированным характеристикам
Все мы умеем выбирать камеру, но не все умеем делать это правильно. В то время как сеть завалена обзорами на любую технику, исчезающее мало становится материалов, в которых действительно грамотно раскрываются возможности устройств.
Оптические приборы в этом отношении пострадали больше всего. Каждый человек знает про мегапиксели и разрешение, но когда речь заходит о более тонких материях, начинает «плавать». Если вы задумываетесь о покупке камеры (и не являетесь экспертом в этой области), полезно будет разобраться, что на самом деле означают непонятные аббревиатуры в характеристиках. Разобраться – это значит не только прочитать описание.
Про очевидное
Если начать гуглить «по каким характеристикам выбрать камеру видеонаблюдения», удастся познакомиться с удивительным миром интернета нулевых. Там, где еще обитают черно-белые камеры, аналоговые камеры, важность светочувствительности в люксах. Некоторые характеристики накладываются друг на друга (и взаимно аннигилируют) – не стоит об этом забывать.
Поэтому мы сосредоточимся на современных IP-камерах, поддерживающих облачный сервис Ivideon, и не будем касаться очевидных характеристик. Скорее всего, вы понимаете разницу между разрешением 1080р и720р, диагональным и горизонтальным углами обзора, а также знаете об инфракрасной светодиодной подсветке.
Однако часто в описании камер можно встретить аббревиатуры: 3DNR, AWB, AGC, WDR и другие. Что это такое и почему нельзя ориентироваться только на мегапиксели, разрешение и угол обзора? Важно ли вообще понимать все характеристики или достаточно один раз посмотреть пример видеозаписи выбранной камеры?
WDR (Wide Dynamic Range)
WDR (Wide Dynamic Range) – широкий динамический диапазон. Эта технология позволяет получать высокое качество изображения при любом перепаде уровней освещенности.
Динамический диапазон – это параметр камеры, характеризующий ее способность передать в изображении каждого кадра очень яркие и очень темные элементы сцены. Величину динамического диапазона обозначают в децибелах (дБ).
Динамический диапазон (ДД) реального участка территории обычно значительно превышает собственный ДД камеры, который в большинстве случаев находится на уровне 52−60 дБ: безоблачный солнечный день на улице – это 180 дБ, а хорошо освещенное помещение – от 126 дБ до 140 дБ.
Один из способов устранить этот недостаток – использовать математический алгоритм обработки каждого кадра изображения, в результате чего удается перераспределить яркость таким образом, чтобы весь кадр стал информационно насыщенным. Такая технология получила название Wide Dynamic Range, хотя на самом деле ничего общего с динамическим диапазоном она не имеет.
Камера без WDR не способна дать четкое изображение находящихся в тени объектов там, где есть как очень светлые, так и затененные участки или же свет падает сзади, например, если человек стоит на фоне ярко освещенного окна.
Типичные ситуации, когда сложно обойтись без WDR:
BLC (Back Light Compensation)
Back Light Compensation – компенсация встречной засветки. Технология позволяет скомпенсировать ярко освещенный задний план для хорошей проработки объектов, расположенных на переднем плане. Из-за BLC теряется информация в ярко освещенных участках сцены, зато объекты на переднем плане становятся хорошо проработанными.
При BLC микропроцессор выравнивает (сглаживает) освещенность по всему полю зрения камеры. Большинство камер сегодня имеют поддержку BLC, но она не идет ни в какое сравнение с возможностями Wide Dynamic Range. В лучшем случае BLC помогает сбалансировать условия освещения, чтобы выяснить, что находится на переднем плане изображения, однако фон остается размытым.
3DNR (3-Dimensional Noise Reduction)
3-Dimensional Noise Reduction (3DNR) – трехмерное шумоподавление. Технология 3DNR подавляет в изображении шумы, проявляющиеся при слабом освещении в условиях, когда в кадре присутствуют быстро двигающиеся объекты. 3DNR анализирует различия между последовательными кадрами видеоизображения и подавляет шумы с помощью перемешивания данных на кадре.
К недостаткам алгоритма можно отнести дополнительные дефекты и смазывания, проявляющиеся при движении в кадре. Однако, если режим шумоподавления включается только для отдельных кадров, то итоговое изображение получается и не шумным, и качественным.
AWB (Auto White Balance)
AWB – автоматический баланс белого цвета. Функция компенсирует искажения цветов, вызванные разными источниками освещения (солнечный свет, лампа накаливания или флуоресцентный свет), отсекая ненужный спектр света. При этом камера устанавливает температуру изображения цвета таким образом, чтобы получившиеся цвета на изображении имели те же оттенки и выглядели в точности так же, как происходит их восприятие невооруженным глазом.
Существует несколько различных алгоритмов AWB, но большинство из них подразделяются на две категории. Глобальные алгоритмы используют все пиксели изображения для оценки цветовой температуры. Локальные алгоритмы используют только подмножество пикселей на основе предопределенных правил отбора для этой задачи. Существуют также гибридные алгоритмы, которые выбирают лучший алгоритм на основе содержимого изображения.
AGC (Automatic Gain Control)
AGC – автоматическая регулировка усиления сигнала. Технология предназначена для улучшения качества изображения при недостаточном или чрезмерном освещении.
AGC начинает работать, когда освещенность на объекте имеет низкий уровень, а полностью открытая диафрагма не в состоянии компенсировать недостаток освещенности. Камера автоматически усилит видеосигнал, полученный в условиях более низкой освещенности, чтобы оптимизировать четкость изображения на плохо освещенной сцене. Однако чем больше будет усиливаться сигнал, тем выше будет и уровень помех на экране.
ROI (Region Of Interest)
Region Of Interest – область интереса. Технология позволяет устанавливать повышенное качество изображения в выделенных областях, выбранных на экране. Выделенная на кадре область записывается с максимальным качеством, остальная часть изображения записывается с меньшим разрешением. Использование данной функции значительно снижает трафик и место, занимаемое под архив.
Smart IR
ИК-подсветка засвечивает лицо, затрудняя опознание, когда человек близко подходит к камере. Smart IR – это технология, которая позволяет регулировать интенсивность ИК светодиодов камеры для компенсации расстояния до объекта. При съемке в темноте адаптивная ИК подсветка Smart IR автоматически регулирует мощность излучения в зависимости от расстояния до наблюдаемого объекта в кадре, позволяя получить изображение без пересвеченных областей.
HLC (High Light Compensation)
Реализации технологии HLC в камерах Hikvision
High light compensation — компенсация яркой засветки. В автоматическом режиме отслеживается точка яркой засветки и делается повторный кадр с игнорированием данных от ячеек матрицы в этом месте. HLC применяется для устранения отрицательного влияния на работу камеры ярких источник света попадающих в объектив. Наиболее часто этот режим используется при борьбе со светом автомобильных фар. Кроме того, HLC помогает устранить хоть небольшую, но заметную засветку вокруг уличных фонарей.
Заключение
На видео выше представлены записи с двух камер видеонаблюдения (Hikvision и Nobelic), у которых технические характеристики практически идентичны. Как видите, запись камеры ведут по-разному. Нельзя однозначно сказать, что какой-то поток видеоданных получился хуже другого. Тем не менее, разница видна невооруженным взглядом. На каком решении остановить свой выбор – зависит только от ваших потребностей, личного мнения и соотношений по другим параметрам (например, по цене).
Какое изображение лучше?
Мы перечислили далеко не все дополнительные возможности камер, но разобрали те моменты, которые вызывают больше всего вопросов у наших пользователей. Есть вы хотите улучшить свои знания в теории, есть множество разных источников – например книга А. Гонта «Практическое пособие по видеонаблюдению». Однако одной лишь теории не хватит, чтобы выбрать камеру видеонаблюдения. Всегда смотрите примеры видео!
Расширение динамического диапазона – WDR. Технологии от Axis, Samsung, Smartec, Vision Hi-Tech
Яркий дневной свет – критический вызов пользователям видеонаблюдения. Особенно свет, попадающий в затемненное помещение из дверного проема. Изображение, получаемое видеокамерой, получается размытым – распознать черты лица входящего человека бывает крайне затруднительно. Ирония в том, что видеофиксация людей на входе в здание является одним из приемов организации эффективной системы видеонаблюдения
Производители камер охранного видеонаблюдения предлагают различные методы решения проблемы засветки изображения. Принято называть их «расширение динамического диапазона» (WDR). Технология WDR должна обеспечивать качественное изображение как затемненных фрагментов сцены, так и засвеченных.
Однако для сравнения функций WDR от разных производителей не существует ни общепризнанных стандартов, ни каких-либо других подходов. Несмотря на то что динамический диапазон измеряют в децибелах (например, WDR 65 дБ или 110 дБ), каждый производитель волен предложить и свою методику измерения, поэтому сопоставлять функции WDR от различных разработчиков порой просто бесполезно.
Чтобы помочь покупателям и пользователям в выборе моделей оборудования с функцией WDR, представители ведущих в России поставщиков видеокамер – Axis, Samsung, Smartec и «Система СБ» (Vision Hi-Tech) – рассказали о принципах технологий WDR, используемых в своих продуктах, их ключевых отличиях и примерах реализации.
П.А. Рожков
Инженер поддержки продаж компании Axis Communications
Принцип метода WDR
Расширенный динамический диапазон WDR (как и DR) – отношение яркости самых светлых и темных объектов съемки – оценивается в децибелах. Считается, что чем выше значение WDR, тем лучше продукт мы имеем и тем более точное изображение мы получим. На сегодня существует большое количество алгоритмов определения данного отношения, но нет единого. Есть динамический диапазон сцены, за которой ведется наблюдение, динамический диапазон монитора, который нам ее отображает, а есть динамический диапазон матрицы камеры и результирующего изображения, которое камера передает.
Согласитесь, что для задачи видеонаблюдения в условиях сложной освещенности нам важно получить наиболее пригодное изображение, степень пригодности которого измерить в децибелах на практике представляется задачей затруднительной.
Попытаюсь объяснить на примере нашей новой камеры AXIS Q1604. В продукте используется технология получения изображения с несколькими выдержками (их длительность динамически определяется по мере освещенности отдельных пикселей) и специальные алгоритмы обработки изображения (в том числе алгоритм тонального отображения – Tone Mapping). Матрица камеры позволяет использовать динамический диапазон до 120 дБ. Из указанного значения мы вычитаем:
В итоге (в зависимости от условий) мы используем около 100 дБ и выше для автоматического подбора наиболее подходящих настроек.
Ключевые отличия
Мы обеспечиваем лучшее или как минимум не уступающее аналогам качество изображения с точки зрения видеонаблюдения и пригодности получаемого видеоматериала. Добиваемся мы этого за счет использования эффективных алгоритмов обработки изображения и за счет подбора подходящего динамического диапазона.
Выбор алгоритмов обработки изображения и динамического диапазона в продуктах AXIS зависит от сцены, за которой ведется наблюдение, и будет различаться для разных сцен. В результате обеспечивается изображение очень высокого качества (больше полезных деталей, меньше шума, а также более низкое влияние таких артефактов, как смазывание динамичных объектов (Motion Blur), мерцание от флуоресцентных источников света и пр.), не за счет использования заданных (статичных) настроек. Мы разработали WDR-камеры таким образом, что они сами выбирают оптимальные настройки в зависимости от условий их использования (сцены, за которой ведется наблюдение).
Примеры реализации
Наилучшего результата работы WDR на сегодняшний момент мы добились в камерах AXIS Q1604/-Е.
Внастоящее время готовится подробная публикация на эту тему, которая будет доступна на нашем сайте в разделе White papers axis (.com/ru/corporate/)
А.А Виталисов
Ведущий эксперт компании «АРМО-Системы»
Принцип метода WDR
В аналоговых телекамерах торговой марки Smartec реализовано три способа расширения динамического диапазона.
Ключевые отличия
В линейке телекамер Smartec применяются основные известные сегодня на рынке методы расширения динамического диапазона. Представляется интересным сравнить их между собой.
Примеры реализации
Программный и аппаратный методы расширения динамического диапазона известны довольно давно – сами технологии разработаны в конце 1990-х гг. В оборудовании Smartec они используются с момента появления линейки телекамер этой марки, а именно с 2006 г. В настоящий момент программный режим WDR реализован во всех телекамерах Smartec, созданных на базе процессора Sony Effio-E (например, STC-3019, STC-3512 и др.), а также на базе процессора Samsung Winner5 (это популярная линейка устройств Ultimate).
Аппаратный расширенный динамический диапазон применяется в телекамерах на базе процессора Sony Effio и матрицы Double Scan, например в моделях премиум-класса STC-3014, STC-3514 и STC-3518.
М.А. Савельев
Менеджер по продажам компании Samsung Techwin
Принцип метода WDR
Компания Samsung Techwin предлагает два метода расширения динамического диапазона – SSDR/eXDR и WDR.
Режим SSDR (Samsung Super Dynamic Range) реализован в телекамерах с процессором W5/SV5. Аналогичная технология под названием eXDR (eXtended Dynamic Range) используется в камерах с процессором A1. Благодаря анализу видеосигнала и коррекции яркости повышается видимая детализация затемненной области изображения при сохранении четкости и детализации более освещенной его области. Классический WDR-режим реализуется в телекамерах с процессорами SV5 и А1. Данный режим наиболее эффективный – используется ПЗС с прогрессивным сканированием, что позволяет реализовать получение изображений при разных значениях экспозиции с последующей компиляцией средствами DSP эталонного изображения с более равномерным распределением освещенности. Данная технология позволяет добиться 128-кратного расширения динамического диапазона для телекамер, работающих в стандарте PAL, и 160-кратного – в NTSC. Работа WDR-режима может быть настроена пользователем в меню камеры – есть возможность задать уровень WDR и чувствительность, определяющую контраст между светлыми и темными зонами изображения.
Ключевые отличия
Методы не являются уникальными на рынке систем безопасности (практически каждый производитель предлагает схожие решения, иногда придавая им уникальные названия и возможности), однако их эффективность напрямую зависит от мощности процессора обработки сигнала.
Примеры реализации
Компания Samsung Techwin начала использовать режим WDR порядка 5 лет назад с выпуском процессоров SV4, предлагая стационарные, поворотные и IP-камеры с этой функцией.
SSDR появился с выпуском процессоров 5-го поколения W5 и SV5 в 2009 г. Как уже отмечалось выше, телекамеры на основе процессоров SV5 и А1 имеют обе технологии – SSDR/eXDR и WDR и являются наиболее эффективными для решения задач видеонаблюдения в условиях сложного освещения.
Н.И. Чура
Технический консультант ООО «Система СБ»
Принцип метода WDR
Основной поставщик камер для компании «Система СБ», южнокорейский производитель Vision Hi-Tech, применяет в своих изделиях различные варианты технологий WDR.
В ассортименте моделей имеются варианты WDR с технологией PIXIM на основе оператив ного управления активными пикселями CMOS-матрицы, традиционной системы двойного сканирования Double Scan WDR. В свое время выпускались камеры с «цифровым» вариантом WDR на основе DSP NextChip. Но они разочаровали не только нас, но и производителя.
В настоящее время базовым вариантом технологии WDR от Vision Hi-Tech можно считать функцию WideLux. Практически это система двойного сканирования, выполненная на типовой матрице Super HAD II. По эффективности она напоминает известные системы Double Scan WDR, но существенно дешевле, поскольку вместо специальной матрицы двойного сканирования используется типовая матрица.
Ключевые отличия
Мы не будем рассматривать технологию PIXIM, реализованную на матрицах CMOS с поэтапным многократным (5 и более раз) съемом сигнала, и Digital WDR, не предполагающую управление сканированием или накоплением.
Основное отличие технологии WideLux от типового Double Scan – это реализация режима двойного сканирования с типовой матрицей Super HAD II и в каждом полукадре изображения. Данная технология обеспечивается с помощью уникального встроенного тактового генератора, позволяющего матрице работать на двойной скорости сканирования при расширении динамического диапазона.
В системе WideLux реализовано сближение временных интервалов накопления, что расширило возможности камеры при высоком контрасте изображения. Благодаря этому оба интервала накопления умещаются в течение одного полукадра, что сохраняет максимальным вертикальное разрешение камеры в сравнении с режимом Double Scan. При снижении освещенности камера WideLux переходит в режим одиночного сканирования с увеличением чувствительность более чем в 2 раза. Таким образом, камера WideLux использует режим двойного сканирования в условиях значительного перепада яркости в кадре и режим одиночного сканирования для условий с недостаточной освещенностью.
Примеры реализации
Как базовый вариант технологии расширения динамического диапазона, функция WideLux была предложена компанией Vision Hi-Tech в 2010 г. и реализуется в моделях видеокамер наблюдения цветного изображения высокого разрешения с режимом «день/ночь» серии S практически всех конструктивных вариантов.
Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #5, 2011