حداقل نور دوربین مداربسته

به نظر شما میزان لوکس نوری Lux ratings که در کاتالوگ‌ برندهای تولید کننده‌ی دوربین مداربسته ذکر شده، همگی واقعی هستند؟ به نظر شما توانایی ثبت تصویر دوربین در نور کم low light، یک نگاه بازاریابی ندارد؟ در این مقاله در مورد این صحبت می‌کنیم که کمپانی ها چگونه این عدد را اندازه گیری می کنند؟ چرا این پارامتر اینقدر جای بحث دارد؟ 

اصلی‌ترین مشکل در حداقل نور مورد نیاز برای دوربین چیست؟

مشخصات Minimum illumination اساسا ناقص هست. چون هر تولید کننده خودش تصمیم می‌گیرد که اعداد لوکس نوری دوربین هایش را تعیین کند. 

در حالی که برخی از استانداردها که در ادامه در موردشان صحبت می‌کنیم، به‌صورت گسترده و کلی قابل قبول نیستند. پس بسیاری از تولیدکنندگان به سادگی از روش‌هایی برای تعیین این حداقل روشنایی استفاده می‌کنند. 

از آن مهمتر، این هست که هر تولیدکننده خودش تصمیم می‌گیرد که یک تصویر چه زمانی قابل استفاده هست یا نیست! پس صرفا به صلاحدید خودشان، به نرخ لوکس نوری اشاره می‌کنند. 

برای مثال در تصویر زیر، هر سطحی از لوکس نوری، به راحتی می‌تواند بعنوان تاریکی در نظر گرفته شود. اما بدون استاندارد سازی سطوح یا حداقل نور، کدام تصویر صحیح است؟ 

تاثیر نرخ لوکس در بازار رقابتی 

علاوه بر این، از آنجا که هر تولیدکننده مختار هست که تعیین کند چه تصویری خوب هست یا خیر، آن‌ها تاریک‌ترین نقطه را انتخاب می کنند، زیرا می‌دانند که رقبای آن‌ها نیز همین کار را انجام می‌دهند. در واقع، تولیدکنندگان در هنگام تخصیص رتبه بندی لوکس نوری، اعداد لوکس نوری رقبا را در نظر گرفته تا مشخصات خودشان خیلی غیرقابل رقابتی بنظر نرسد. 

شرایط تست نابرابر در لوکس نوری دوربین مداربسته

در حالی که برخی استانداردها برای تست حداقل روشنایی وجود دارد، مانند استاندارد IEC 62676-5:2018 اما به‌صورت گسترده همگی از آن استفاده نمی‌کنند. 

برای مثال در آزمایش‌های زیر با استاندارد IEC 62676 از چارت‌های نوری که زاویه دید دوربین مداربسته را پر می‌کند، استفاده می‌شود:

در حالی که برای استانداردسازی این چارت‌ها مناسب هستند، با نور و کنتراست متنوع‌تر و جزئیات بیشتر .تحت تاثیر نویز دیجیتال قرار .می‌گیرند. که با استفاده از این چارت ها به‌طور واقعی آزمایش می‌شوند.

تاثیر تاری تصاویر متحرک Motion Blur

همانطور که می‌دانیم حتی در دوربین‌هایی با عمکلرد عالی، در تصاویر متحرک، تاری سوژه‌ها را خواهیم داشت. با این حال، صرفنظر از اینکه از کدام روش آزمایش استفاده می‌شود، حداقل روشنایی عموما فقط بر روی اجسام ثابت تست می‌شود. 

این امر، مشخصات حداقل نور را در صحنه‌های واقعی دشوارتر می‌کند.

 زیرا: حتی بالاتر از نرخ لوکس نوری، جزئیات تصویر احتمالا در سوژه های متحرک تار هستند. 

برای مثال، در تصویر زیر در دو حالت ثابت و متحرک یک سوژه را بررسی کرده‌ایم. همانطور که مشخص هست در سمت چپ، کمی از خطوط تست چارت و برخی از رنگ‌های آن در حالت ثابت مشخص است. در حالی که در تصویر سمت راست که سوژه متحرک، این جزئیات مشخص نیست و تصویر شبح طور داریم. 

ویژگی‌های تاثیرگذار در لوکس نوری

مشخصات زیر در محصولات برندهای مختلف تاثیرگذار هستند: 

1. رنگ و نرخ مونوکروم
2. اف استاپ
3. IRE
4. سرعت شاتر 

نرخ رنگی و سیاه سفید

دوربین‌های مداربسته شب/روز واقعی که شامل فیلترهای IR CUT موتورایز هستند، اغلب 2 لوکس نوری دارند. ابتدا حالت رنگی و سپس سیاه/سفید. 

این تفاوت از طریق افزایش عملکرد در حالت سیاه سفید از طریق نور IR که در حالت رنگی قفل شده است، به‌وجود می‌آید. 

مثال زیر را ببینیم: هر دو مشخصات حداقل نور در حالت B/W یک دهم حالت رنگی است. (از نظر تئوری 10 برابر بهتر است.)

در حالی که افزایش نور مادون قرمز داشته باشیم، افزایش 10 برابری اغراق آمیز است. بهبود تصویر دوربین و بهبود DSP عملکرد تصویر برداری، حالت‌های رنگی و تک رنگ را بسیار نزدیک به هم کرده است. 

تاثیر F-STOP در میزان لوکس نوری 

اغلب تولیدکنندگان حداقل میزان روشنایی خود را با استفاده از عدد اف F Number متفاوت به نسبت لنز دوربین استفاده می‌کنند.

 برای مثال یک تولیدکننده لوکس نوری دوربین را 0.01 لوکس در عدد اف 1 دارد، در حالی که لنز دوربین ممکن است با عدد اف 2 سازگار باشد. 

در تصویر زیر، با حداقل نور عدد اف 1.2 است. اما لنز دوربین نظارتی امنیتی در دیتا شیت آن F1.8 است. 

اگرچه؛ این مشخصات معمولا در عریض‌ترین حالت ممکن در زاویه دید دوربین در هنگام استفاده از لنزهای وری فوکال گرفته می‌شود. 

در هر حال، عدد اف ممکن است از واید به بسته تغییر کند، و عملکرد نور کم در حالی که دوربین زوم شده است، بدتر خواهد شد. 

سطوح IRE

اندازه گیری سطح کنتراست در یک سیگنال ویدیویی آنالوگ با IRE مشخص می‌شود. با استفاده از خروجی‌های ویدیویی ترکیبی دوربین های آنالوگ تست شده‌اند. اما دیگر در IP قابل استفاده نیستند. از آنجا که دوربین‌های IP خروجی آنالوگ با رزولوشن کامل را ارائه نمی دهند، این یک متریک آزمایشی است. 

تولیدکنندگان کمی در مشخصات محصولات خود، میزان حداقل نور خود را برای IRE‌های مختلف نشان می‌دهند. در تصویر زیر سطح IRE را در حالت های مختلف ببینیم: 

تاثیر سرعت شاتر در لوکس نوری

اغلب تولیدکنندگان میزان لوکس نوری را در سرعت شاترهای مختلف ارائه می‌کنند. 1/30 ثانیه، 1/2 ثانیه و ... 

نکته مهم: هر سرعت شاتری غیر از 1/25 یا 1/30 ثانیه اشتباه هست. زیرا سرعت شاتر نامتعارف، تاری تصویر را به‌همراه دارد. 

در تصویر زیر تولیدکننده حداقل نور را در 1/30 و ½ سرعت شاتر نوشته است. 

لبته، حداقل مشخصات نور در ½ ثانیه بهتر به‌نظر می‌رسد، به سادگی نور بیشتر را با تاری بیشتر تصویر عوض می‌کنیم. 

ترفندهای حداقل نور: Sense Up یا IR

امروزه، دیگر دو پارامتر زیر کم اهمیت تر شده‌اند:

• Sens-UP(sensitivity up)

 سنس آپ، برای شاترهای کند، یک اصل بازاریابی هست. سطح Sens-UP بالاتر، شاترکندتر، با هر ضریب، به سادگی ضرب در 1/30 ثانیه برای تولید سرعت شاتر موثرتر است.

• حساسیت IR

برخی از تولیدکنندگان برای دوربین‌های خود با استاندارد شب/روز (بدون IR)، سعی داشته‌اند با عبارت"0 Lux, IR sensitive"، خریداران را گمراه کنند. بدین معنا که "اگر شما منابع نوری IR را خریده و اضافه کنید، دوربین‌های ما نیازی به نور ندارند." 

این برای هر دوربین شب/روز صادق است. اما گمراه‌کننده است زیرا نیاز به اضافه کردن منابع نوری IR خارجی دارند که در سال 2021 بسیار کمیاب هستند. 

محدوده عملکرد میزان لوکس روشنایی

این تست در سه رنج لوکس نوری انجام شده است. 

• کمتر از 0.01 لوکس: پوشش تهاجمی 

اغلب تولیدکنندگان عملکرد دوربین خود را به‌صورت اغراق شده در شرایط نوری کم، برای تمایز رقابتی اعلام می‌کنند. برای مثال در تصویر زیر دوربین مدار بسته حداقل نور 0.005  لوکس نوری را در مشخصات خود آورده است. با این حال، حتی در 0.01  لوکس(کمترین لوکسی که می‌توان اندازه‌گیری کرد)، جزئیات صورت سوژه واضح نیست و متن با نویز دیجیتالی همراه است. 

در حالی‌که برخی از دوربین‌ها در این دسته عملکرد خوبی در نور کم ارائه دهند، دوربین‌هایی با عملکرد ضعیف که اجسام متحرک را به دلیل کندی سرعت شاتر، تار می‌کنند.

 بطور خلاصه، مراقب تولیدکنندگانی که ادعای لوکس نوری زیر 0.01 دارند، باشید. 

• مشخصات محافظه‌کارانه عملکرد دوربین را تضمین نمی‌کند(از 0.1 تا 0.01 لوکس نوری)

در محدوده 0.01 تا 0.1 لوکس نوری، دوربین‌ها به‌صورت محافظه‌کارانه‌ای مشخص می‌شوند و احتمالا عملکرد واقعی‌تری دارند. برای مثال در تصویر زیر در حالی‌که، دوربین از لوکس 0.06 استفاده کرده است، اما فقط نمودار تست قابل مشاهده است و عملا سوژه با جزئیات آن ارزشی ندارند. 

به دلیل این تفاوت بسیار زیاد در عملکرد، ما اکیدا توصیه می‌کنیم دوربین‌های این محدوده را در هر مکانی تست کنید. 

• مشخصات بالاتر با احتمال عملکرد ضعیف‌تر(کمتر از 0.1)

مشخصات دوربین‌هایی در لوکس نوری بالاتر از 0.1، اصولا در نور کم ضعیف‌تر هستند. این دسته‌بندی شامل دوربین‌های تولیدی در گذشته است که عملکردشان در نور کم، توسط مدل‌های نسل جدید با نور بسیار کم جایگزین شده است. 

برای مثال دوربین زیر با 0.15 لوکس مشخص شده است، اما تنها جزئیات تصویر ضعیفی را با نویز دیجیتالی تولید کرده است. 

نور IR و سطوح لوکس نوری – بیشترین تاثیر

امروزه اکثر دوربین‌های مداربسته چه دوربین های معمولی و چه دوربین های وای فای دار، دارای نور IR هستند. 

به خاطر این، نرخ لوکس نوری به‌طور کلی برای آنها اعمال نمی‌شود، زیرا این دوربین‌ها نور را ساطع می‌کنند. اکثر دوربین‌های مداربسته IR خود را فعال نمی‌کنند. پس اکثر دوربین‌های IRدار، 0 لوکس نوری را گزارش می‌کنند زیرا نیازی به نور ندارند. 

هنگامی که IR دوربین غیر فعال است، اغلب یک نرخ لوکس نوری اضافه برای دوربین‌های دید در شب ارائه می‌کنند که به آن‌ها رنگی گفته می‌شود. اگر IR دوربین روشن شود، دوربین سیاه سفید خواهد بود. 

تاثیر استفاده از نورسفید یکپارچه

در دوسال گذشته، دوربین‌ها با نور سفید مرئی به جای نور IR بیشتر شده‌اند. با این برتری که تصویر شب تصویر رنگی خواهد بود حتی در هنگامی که IR روشن است. 

حداقل مشخصات روشنایی دوربین فقط زمانی اعمال می‌شود که نور سفید آن غیر فعال باشد. 

سایر مزایای لوکس نور کم

• پردازش Super Low Light:

در گذشته، دوربین‌های سوپرلولایت به‌طورکلی گرانتر از حالت معمول بودند. اما در حال حاضر بازار از آن استقبال می‌کند. 

تصاویر بزرگتر:

تا همین 10 سال قبل تصاویر با ¼ اینچی در بازار زیاد بودند. اکنون به‌صورت متوسط استفاده از دوربین‌هایی با سنسور 1/3، ½.7 یا حتی ½ اینچی، حساسیت نوری را بهبود داده‌اند(همراه با پردازش پیشرفته فوق‌العاده نور کم).

اگر نور کم برای شما مهم است، شما به IR نیازی ندارید. و باید حداقل نوردهی را مشخص کنید. 

حداقل نور مورد نیاز دوربین های مداربسته/لوکس نوری 

اگر نور کم برای شما مهم است، شما به IR نیازی ندارید. و باید حداقل نوردهی را مشخص کنید. 

Minimum illumination of 0.09 lux at 1/30s shutter, no slow shutter allowed.

Minimum illumination  در 0.09  لوکس نوری در 1/30 ثانیه سرعت شاتر، شاتر کند مجاز نیست. دلیل این امر این هست که دوربین‌های مشخص شده در 0.1 لوکس یا بالاتر تقریبا همیشه در نور کم نسبتا بد هستند. پس حداقل می‌توانید آن دوربین‌ها را رد کنید. 

با این حال، اگر چیزی کمتر از آن را مشخص کنید، بعنوان مثال 0.001 لوکس، به‌طور قابل توجهی شانس رد دوربین‌های کم نور با کیفیت بالا را افزایش می‌دهید. که به‌طور محافظه‌کارانه مشخص شده‌اند. 

نهایتا، پارامتر موشن بلر، برای سرعت شاترهای مختلف بالا و پایین باید در نظر گرفته شود. 

سوال قابل تامل در مورد لوکس نوری 

با توجه به تاثیر سرعت شاتر روی بلر شدن تصویر و متحرک بودن سوژه‌ها، آیا باید از لنزهایی با F-STOP بزرگتر لزوما استفاده شود؟