لینک شبــــــــــکه های اجتماعی

تکنولوژی Starlight در Raster، فیلم برداری رنگی خیره کننده، در تاریکی

  • چهارشنبه, 11 بهمن 1396 ساعت 11:16
  • منتشرشده در دوربین IP & ANALOG
  • خواندن 286 دفعه

پیش زمینه

با توجه به توسعه و گسترش سیستم های امنیتی در جهان، به خصوص در کلان شهرها، بکارگیری سیستم نظارت تصویری دائمی با کیفیت بالا به یک نیاز اولیه تبدیل شده است. بدلیل رخ دادن اکثر جرائم در شب، افزایش کیفیت تصویر در زمان شب و تاریکی، یکی از بزرگترین دغدغه ها در صنعت دوربین های نظارتی است.



تکنولوژی های کلیدی
لوکس(Lux)، واحد اندازه گیری روشنایی است، و مقدار روشنایی در شب معمولا کمتر از 5 لوکس است. در اصل، نور کمتر، به معنای کیفیت کمتر تصویر است. تولید کننده ها از روش های مختلفی – همچون، افزایش Gain، شاتر آهسته، سنسورهای بزرگتر و لنز های بهتر – برای بهبود کیفیت تصویر در محیط های با نور کم، استفاده می کنند. Raster برای حل این معضل، به جای استفاده از تکنیک های جبران(افزایش Gain و ...) به افزایش کیفیت اجزای دوربینش باور دارد.

سنسور دید در شب StarLight:
سنسور تصویر، هسته اصلی اجزای دوربین است. کیفیت سنسور، به خصوص در فضاهای با روشنایی کم، کیفیت تصویر را تعیین میکند.
دوربین های سری StarLight Raster، از طراحی بخصوصی استفاده می کنند. از ویژگی های این طراحی می توان به سنسورهای نزدیک به ½-inch، بهره گیری از حساسیت به نور(Photosensivity) بهتر، نسبت سیگنال به نویز(S/N ratio) بالاتر و افزایش دامنه پویایی وسیع(Wide dynamic range)، اشاره کرد. مساحت یک پیکسل از آن، تقریبا دو برابر یک پیکسل معمولی است و به مقدار خیلی زیادی مقدار نور عبوری از سنسور را افزایش داده است، که این یک مولفه ضروری در عملکرد بهتر دوربین در فضاهای با نور کم است.

عکس1 - مساحت یک پیکسل

در عین حال، طراحی StarLight ترتیب قرارگیری لایه حساس به نور و لایه فلزی در سنسور را اصلاح می کند. سنسور های StarLight لایه حساس به نور را به بالا انتقال داده، تا انعکاس نور را کاهش داده و در ازای آن، نور جذب شده را افزایش دهند. از این راه، روشنایی 30% افزایش می یابد. Raster به این سنسور هاbackside illuminated sensor می گوید.

عکس2 - برش مقطعی از پیکسل سنسور، استاندرد(چپ)، StarLight(راست)

لنز DarkEye
لنز غیر کروی
یک لنز استاندارد دوربین، شامل چند لنز کروی است، و لنزهای کروی بخاطر شکل خود، می توانند باعث ایجاد اعوجاج در تصویر بشوند. Raster در دوربین های StarLight و لنز های DarkEye، برای کم کردن اعوجاج تصویر، از لنز غیر کروی استفاده می کند. بر خلاف لنزهای کروی یا تخت، لنز غیر کروی، شکل و سطح free-form دارد.
این نوع شکل به لنز اجازه می دهد تا نور را از نقاط مختلفی بر روی سطحش، پردازش کند که این باعث می شود نور با دقت بیشتری Focus شده تا کیفیت تصویر بهبود یابد. دوربین StarLight با استفاده از فقط یک لنز غیر کروی به جای چندین لنز کروی، مشکل اعوجاج تصویر را حل نموده و عبور نور را بهبود بخشیده است. که این امر موجب افزایش روشنایی تصویر در شب شده است.


شکل3 – لنز غیرکروی و لنز کروی

روکش ضد انعکاس چند لایه
شدت نور پس از ورود به یک محیط جدید، می تواند کاهش یابد. پوشاندن سطح یک لنز می تواند میزان بازتاب نور منعکس شونده حاصل از برخورد نور(قابل دیدن با چشم) به سطح لنز را تا کمتر از 3 درصد کاهش دهد. این عمل همچنین اثر ضد انعکاس در طیف های نزدیک به مادون قرمز را بهبود بخشیده است.(>700nm) تکنولوژی روکش ضد انعکاس چندلایه می تواند نور جذبی لنز را افزایش دهد و همچنین میزان بازتاب نورها(هم نور قابل دیدن با چشم، و هم طیف هایی از نور که نزدیک به مادون قرمز هستند) را به کمتر از 0.5 درصد برساند. با این تکنولوژی، پردازش تصویر در نورهای کم پیشرفت کرده و حتی می تواند از اثر هاله ای و Stray light ی که از نور اتومبیل یا لامپ های داخل خیابان نشات می گیرد، جلوگیری کند. از آنجا که جذب نور در طیف هایی که نزدیک به مادون قرمز هستند افزایش یافته است، ما می توانیم بدون افزایش کارایی لامپ های IR، به عملکردIR بهتری دست بیابیم.


شکل4 – انتقال نور تکنولوژی های مختلف روکش گذاری

دیافراگم بسیار بزرگ
دیافراگم (f/stop) فاکتور کلیدی موثر بر روشنایی تصویر است. هر چه دیافراگم بزرگتر باشد، در یک مدت زمان مشخص، مقدار نور بیشتری به سنسور خواهد رسید. لنز های دیافراگم ثابت Raster، دیافراگم های بزرگتری را بکار می گیرند(در بعضی موارد به بزرگی (f/0.95)) که توانایی تامین تصاویر روشن تر، با نویز کمتر و دربرگیری جزئیات بیشتر را دارند. برای مثال در زمان مقایسه تصویر یک لنز f/0.95 با f/1.5، برای دستیابی به روشنایی یکسان در دو تصویر، نیاز است که نور موجود در محیط تصویربرداری لنز دوم دو برابر نور موجود در لنز اول باشد.


شکل5 – عکس دید در شب لنز f/1.5 (چپ) و لنز f/0.95 (راست)

دیافراگم ثابت بزرگ
مقدار نامی دیافراگم یک لنز عادی vari-focal، معمولا به مقداری از دیافراگم گفته می شود، که لنز بر روی wide-angle end، focus کرده باشد. زمانی که لنز بر روی tele-photo end focus کرده باشد طول focal افزایش یافته و دیافراگم کوچک می شود. لنزهای دیافراگم ثابت Raster، حتی زمانی که طول focal تنظیم شده است، همواره اندازه دیافراگم خود را حفظ می کنند. به عبارت دیگر، نیازی به کم کردن سرعت شاتر، به منظور رسیدن نور بیشتر به سنسور، نیست. کم کردن سرعت شاتر موجب ایجاد شبح و در نتیجه بلا استفاده بودن تصویر خواهد شد. بنابراین با تغییرات طول focal، روشنایی عکس کمتر نخواهد شد.


شکل6 – دیافراگم ثابت

تکنولوژی های پردازش سیگنال تصویر خود سازگار(Self Adaptive)
بهبود تصویر غیر خطی خودکار
در حالی که چشم انسان، یک نور را به صورت غیر خطی دریافت میکند، سنسور دوربین یک سیگنال اپتوالکترونیک را به صورت خطی انتقال می دهد. دوربین های StarLight Raster، این توانایی را دارند که سیگنال های تصویر را با کمک منحنی گاما به صورت غیر خطی تبدیل کنند، تا این سیگنال ها را بهبود بخشیده و مشابه سیگنال های چشم انسان تغییر دهند.


شکل7 - پاسخ غیر خطی چشم انسان به نور

تکنولوژی بهبود تصویر غیرخطی خودسازگار Raster، بر اساس روشنایی است. این تکنولوژی یک منحنی گامای خود سازگار را روی تصاویر اعمال می کند، تا در محیطی که روشنایی کمتری وجود دارد، جزئیات بیشتری بدست بیاید. مقدار روشنایی، نوع منحنی گاما را انتخاب می کند. مقادیر مختلف روشنایی، متناسب با منحنی های مختلفی از گاما می باشند. زمانی که دوربین در یک محیط تاریک قرار دارد، نمودار گاما به خودی خود افزایش می یابد تا روشنایی نقاط تاریک موجود در فضا را افزایش دهد.


شکل 8 – عکسی با منحنی های مختلف گاما

Multi-Exposure
زمانی که دوربین در یک محیط تاریک قرار دارد، کمبود نور، خود را در قالب شارژ ناکافی روی سنسور، و نرخ سیگنال بر نویز(S/N ratio) کم نشان می دهد. برای افزایش روشنایی تصویر و شدت سیگنال، دوربین های StarLight Raster از تکنولوژی Multi-exposure استفاده می کنند، که باعث افزایش ماندگاری انباشت شارژ می شود.


شکل9 – Multi-Exposure روشن(راست) و خاموش (چپ)

Raster کنترل Gain هوشمند را با تکنولوژی Multi-exposure تلفیق کرده است و یک الگوریتم تنظیم اتوماتیک ایجاد کرده است که به بینایی انسان شبیه است.

کنترل Gain هوشمند
مقدار Gain، به اندازه تقویت سیگنال تصویر اشاره دارد. وقتی که دوربین در یک محیط با روشنایی کم است، مقدار Gain می تواند افزایش یابد تا شدت سیگنال افزایش یابد و روشنایی تصویر بهتر شود. هرچند افزایش Gain، موجب افزایش نویز سیگنال نیز خواهد شد. استراتژی Raster برای گرفتن بهترین کیفیت تصویر، کنترل پویا چند مقدار Gain با توجه به تصویر واقعی و با در نظر گرفتن پایایی سنسور، نویز تصویر و رنگ آن است. کنترل Gain به منظور پایین نگه داشتن پهنای باند و حجم تصاویر ضبطی، امری بسیار موثر است.


تصویر10 - روند کنترل Gain هوشمند

بهبود جزئیات خودسازگار و کاهش نویز
نویز موجود در خروجی تصویر گرفته شده از سنسور، قابل حذف نیست. در یک محیط تاریک، دوربین سیگنال را برای گرفتن روشنایی و وضوح بالاتر، تقویت می کند که به همراه آن نویز جانبی نیز تقویت می شود. ماژول 3D DNR موجود در ISP می تواند هم نویز فضایی را از بین ببرد(فرایند کاهش نویز بر هر فریم به صورت جدا جدا اعمال می شود) و هم نویز زمانی را(نویز های موجود بین فریم ها از بین می رود). برای دستیابی به یک تصویر کیفیت بالا و با نویز کم، فرایند های کاهش نویز و بهبود تصویر باید با یکدیگر توازن داشته باشد.
اما هسته اصلی تکنولوژی StarLight، الگوریتم کاهش نویز و بهبود جزئیات خودسازگار است، که درست همانند فرایندی که چشم انسان انجام می دهد، به طور خودکار تصویر را بهبود می بخشد. این الگوریتم بر اساس Gain و محتوای تصویر بنا شده است و این قابلیت را دارد که در روشنایی کم، کیفیت تصویر را به بهترین شکل ممکن ارتقا دهد. 


تصویر11 – مقایسه تنظیم پارامترهای مختلف تصویر

کاهش نویز سخت افزاری
فارغ از کاهش نویز نرم افزاری، Raster تکنولوژی Full-frequency Suppression را پیاده سازی کرده که یک روش سخت افزاری برای کاهش بیشتر نویز است.
در ابتدا، این تکنولوژی از اثر گذاری نویز ریتمیک(Power noise) بر سنسور جلوگیری می کند، و در نتیجه به گرفتن سیگنال تصویر با نویز کم، در محیط های با روشنایی کم، کمک می کند.
سپس، Power Chip برای کاهش تاثیر نویز تصادفی -که بر اثر استفاده از منبع تغذیه خطی بوجود می آید-، توسط یک لایه ضخیم فلز مس، در دماهای مختلف یک نویز Static را منتشر می کند که باعث محدود شدن شدت نویز استاتیک در حدود 20میکروولت می شود.(RMS – 10Hz تا 100KHz)
در انتها هم برای جلوگیری از ایجاد مداخله نویزی که از تداخل نویز آنالوگ و دیجیتال به وجود آمده، ترکیب سیم کشی و ایزولاسیون دیجیتال-آنالوگ Raster، تداخل نویز را کاهش داده و کیفیت تصویر را بهبود می بخشد.


تصویر 12 – تصویر عادی

تصویر 13 – تصویر "نویز پایین" Raster

شیشه ضد بخارگرفتگی
برای حفظ کیفیت تصاویر در شب، بخش "ضد بخار گرفتگی" در داخل دوربین تعبیه شده است. دوربین های StarLight Raster، از یک روش ضد بخارگرفتگی استفاده می کنند که استفاده از چند روکش، مشخصه آن است. روکش ها Hydrophilic هستند تا تنش سطحی آب را کاهش دهند. حتی در یک محیط سرد یک روش افزایش اثر ضد بخار گرفتگی نیز وجود دارد. تست شیشه ی معمولی و شیشه ی ضد بخارگرفتگی در زیر نمایش داده شده است. نمونه های شیشه در عمق پنج سانتی متری آب گرم با دمای 60 درجه سانتیگراد و به مدت 15 دقیقه قرار گرفته اند. 


عکس 14 – نتیجه آزمایش شیشه ضد بخارگرفتگی(چپ) و شیشه معمولی(راست)

تصویرهای دوربین، با شیشه ضد بخارگرفتگی(چپ) و شیشه معمولی(راست)

روغن غیر سیلیکنی هدایت کننده و از بین برنده گرما
دمای سنسور به شدت روی کیفیت تصویر اثر می گذارد. وقتی که دمای سنسور خیلی زیاد شود، نویز تصویر افزایش می یابد و بر دید در شب دوربین اثر می گذارد. برای به دست آوردن کیفیت خوب تصویر، Raster از ماده هدایت کننده گرمایی استفاده می کند که قابلیت هایی چون رسانایی گرمای بسیار زیاد، مقاومت گرمایی بسیار کم و روغن غیر سیلیکنی، دارد. این ماده می تواند به سرعت گرما را جذب کند، اجازه ی گرم شدن سنسور را نداده و گرما را به یک ورق فلزی انتقال دهد که موجب از بین رفتن گرمای سطحی می شود.


عکس 16 – روغن غیر سیلیکنی هدایت کننده و از بین برنده گرما

از مشخصات ماده رابط حرارتی(TIM)، میتوان به سختی کم و نرخ فشردگی پایین اشاره کرد(شکل 17). این شکل حاکی از تغییرات کم TIM تحت قرارگیری در نرخ فشردگی های مختلف است. که این مساله تغییرات حداقلی شکل صفحه PCB را بیان می دارد. 


شکل 17 – منحنی نرخ فشردگی

2. کاربردها و اثرهای واقعی
تکنولوژی StarLight در دوربین های مختلفی به کار رفته است. این تکنولوژی در هر محیط با روشنایی کمی که نیاز به فیلم نظارتی کیفیت بالا دارد نمود و استفاده بیشتری دارد. به همین دلیل، دوربین های سری StarLight معمولا در پارکینگ ها، مدارس، فرودگاه ها، کارخانه ها، هتل ها، موزه ها، یا هر مکانی که در آن وجود نور به عنوان یک چالش محسوب می شود، نصب می شود.

 


شکل 18 – تصاویر گرفته شده با iPhone 6s(چپ) و دوربین StarLight(راست) – منظره 1

شکل 19 - تصاویر گرفته شده با iPhone 6s(چپ) و دوربین StarLight(راست) – منظره 2


3. خلاصه
دوربین های StarLight، سنسور های بزرگتر، دیافراگم لنز بزرگتر و تکنولوژی کنترل هوشمند Gain را در اختیار دارند تا به طرز چشمگیری عملکرد دوربین در حوزه تصویربرداری در شب را بهبود دهند. پیشرفت های کاهش نویز در سخت افزار و نرم افزار، به طور موثری نویز تصاویر در محیط های با روشنایی کم را کاهش می دهند. همچنین این کاهش نویز، اندازه فایل ها و نیازمندی های فضای حجمی اطلاعات را به حداقل می رساند که این عمل موجب صرفه جویی های مالی قابل توجهی می شود. در نهایت تکنولوژی ضد بخارگرفتگی و روغن غیر سیلیکنی هدایت کننده و از بین برنده گرما، کیفیت تصاویر را بهبود بخشیده و تضمین می کنند که دوربین های StarLight، عکس های رنگی با کیفیت بالاو روشن در شب ارائه کنند، و همچنین فیلم های نظارتی بسیار مفید در ساعات مختلف شبانه روز، تامین کنند.

این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)
  • آخرین ویرایش در سه شنبه, 17 بهمن 1396 ساعت 10:53
  • اندازه قلم

درباره ی نوآوران

گروه نوآوران حفاظت با بیش از ده سال سابقه ی اعضای هیات مدیره در حوزه امنیت و ایمنی، در سال ۹۲ فعالیت رسمی خود را با انتشار نشریه "نوآوران" آغاز نمود. در ابتدا، این نشریه به صورت آگهی نامه و پس از مدتی با اخذ مجوز از وزارت ارشاد، بصورت نشریه به فعالیت خود ادامه داد.

حاصل ۴ سال تلاش این مجموعه:
- حضور در نمایشگاههای مختلف اعم از: ۴ دوره نمایشگاه ایپاس( حفاظتی امنیتی پلیس )، ۳ دوره نمایشگاه اصفهان، نمایشگاه مشهد، اینترسک دبی، نمایشگاه قائمشهر و ...
- حضور و پوشش خبری دهها سمینار، دوره آموزشی و کنفرانسهای خبری مختلف
- انتشار ویژه نامه "رستاک" جهت توزیع در نمایشگاهها
- چاپ و انتشار دو دوره روزنامه رسمی نمایشگاه ایپاس( حفاظتی امنیتی پلیس )

خدمات سایت نوآوران