WDR دوربین مداربسته

تقریبا تمامی کمپانی‌های بنام تولیدکننده دوربین مداربسته به کیفیت تصویرشان با WDR واقعی می‌نازند. درک دامنه دینامیکی گسترده (WDR) برای ثبت تصاویر با کیفیت بالا در شرایط سخت ضروری است. با این حال، بدون استانداردهای واقعی، هر سازنده ای می تواند ادعا کند که WDR را ارائه می دهد، و بسیاری از آنها حتی عملکرد بسیار ضعیفی دارند که باعث سردرگمی برای کاربران (حتی کاربران باتجربه) می‌شوند.

وضعیت WDR در سال 2022

استفاده از WDR واقعی به طور فزاینده‌ای در حال رشد است و با توجه به تفاوت کیفیت آنها با سایر دوربین‌ها، استفاده از چنین دوربین هایی را مهم‌تر می‌کند:

1- رایج شدن استفاده از WDR واقعی

زمانی WDR واقعی یک ویژگی ممتاز بود، اما اکنون به راحتی می‌توان در دوربین‌های ارزان قیمت نیز عملکرد قابل مقایسه‌ای از WDR نسبت به بالاترین مدل‌های دوربین مدار بسته را یافت. در مقایسه با مدل‌های مختلف دوربین با قیمت 15میلیون تومان در گذشته که WDR معمولی داشتند‌، اکنون این قیمت به طور قابل ملاحظه‌ای پایین‌تر است.

2- 4K True WDR مرسوم

دوربین‌های 4K  با قابلیت WDR واقعی در سال های گذشته نسبتاً رایج شده‌اند (در هر دو رده مدلی بالا و مدل‌های ارزانتر، با عملکرد همتراز یا نزدیک به هم).

WDR هنوز یک ویژگی کاملاً جهانی نیست که در همه دوربین‌ها یافت شود، اما اکنون نزدیک‌تر از همیشه به این اتفاق هستیم و انتظار داریم این روند ادامه پیدا کند.

به همین دلیل، تشخیص تفاوت‌های خوب در عملکرد WDR بسیار مهم‌تر از همیشه است، زیرا هر سازنده‌ای می‌تواند مدل‌های خود را به‌عنوان «WDR واقعی» بدون هیچ نشانه‌ای از عملکرد دنیای واقعی مشخص کند (و بسیاری از آنها اغلب این کار را انجام می‌دهند).

WDR دوربین مداربسته چیست؟

WDR مخفف Wide Dynamic Range است و اساساً توانایی تولید تصاویر با کیفیت بالا در طیف وسیعی از سطوح نوری مختلف را داراست. به عنوان مثال، در تصویر زیر، مرکز صحنه به دلیل تابش نور خورشید در پشت در ورودی بسیار روشن است، در حالی که صحنه در داخل ساختمان تاریک‌تر است زیرا نور مستقیم خورشید را دریافت نمی‌کند.

چالش های دوربین های مدار بسته با WDR

دوربین‌ها در طول تاریخ با طیف وسیعی از نور (به دلیل وابستگی آنها به یک منبع نوردهی) مواجه بودند. دوربین‌ها برای تولید تصویر به نور نیاز دارند. با این حال، نور بیش از حد، تصویر را بسیار روشن می‌کند، اما نور بسیار کم، تصویر را بسیار تاریک می‌کند.

اگر صحنه‌ای با نور یکسان دارید، دوربین به سادگی می تواند اندازه باز شدن Iris یا سرعت شاتر آن را برای دریافت نور مناسب تنظیم کند. به همین دلیل است که سازندگان معمولاً دوربین‌های خود را در صحنه‌هایی که روشن است نمایش می‌دهند.

با این حال، اگر صحنه دارای طیف وسیعی از نور باشد، دوربین چالش سختی دارد. اگر مقدار نوری را که برای بهینه‌سازی مناطق روشن می‌گیرد، محدود کند، نواحی با نور کمتر بسیار تاریک خواهند بود. با این حال، اگر رویکرد مخالف را انتخاب کند (بهینه سازی برای مناطق کم نور) سمت روشن تصویر از بین می رود. تصویر زیر این مبادله سخت را نشان می‌دهد:

Exposure چندگانه واقعی

از آنجایی که چالش اصلی برای WDR، تنظیم نوردهی مناسب برای گرفتن تصاویر نواحی تاریک و روشن است، رایج‌ترین راه‌حل، استفاده از Exposureهای متعدد و سپس ترکیب آن‌ها برای تولید تصویری با کیفیت بهتر است که True WDR یا WDR Multi-Exposure نامیده می‌شود.

Exposure کوتاه نواحی روشن را می‌گیرد، در حالی که Exposure طولانی مناطق تاریک را می‌گیرد. 

تصویر زیر را ببینید: در آزمایش ما، عملکرد واقعی WDR به شدت فراتر از هر روش دیگری است که سازندگان برای بهبود WDR تصور می کنند.

تعداد Exposure مورد استفاده در WDR واقعی، از حداقل 2 تا 4 یا 5 در برخی مدل‌ها متفاوت است. با این حال، تعداد بیشتر Exposure صرفاً به این معنی نیست که دوربین نسبت به دوربین‌هایی که فقط از دو Exposure استفاده می‌کنند، بهتر عمل می کند. تکنیک‌های پردازش تصویر، کیفیت سنسور تصویر و سایر عوامل نیز می‌توانند تفاوت ایجاد کنند. 

علاوه بر این، تعداد دقیق Exposure‌ها و جزئیات سایر تکنیک‌های مورد استفاده به ندرت آشکار می‌شود. این امر انتخاب را دشوار می‌کند و در صورتی که بهترین عملکرد WDR در صحنه‌های چالش برانگیز مورد نیاز باشد، آزمایش میدانی ضروری است.

دوربین های دارای WDR واقعی جزئیات موثر را بهبود می بخشند

دوربین‌های دارای WDR واقعی می‌توانند تفاوت زیادی در صحنه‌هایی با سطوح نوری متفاوت ایجاد کنند. به عنوان مثال، در تصویر زیر، دوربین سمت چپ شامل WDR نیست و فقط جزئیات ناهموار را با قسمت‌هایی از صورت سوژه که کاملاً کمرنگ شده نشان می‌دهد. در مقابل، دوربین WDR واقعی در سمت راست به وضوح چهره، مدل مو و لباس سوژه و همچنین جزئیات صحنه پشت سر او را نشان می دهد، مانند چمن‌ها و درختان سبز، درهای پارکینگ و موارد دیگر.

WDR چگونه اندازه گیری می‌شود؟

بسیار مهم است که بدانیم محدوده سطوح نور یک صحنه چقدر گسترده است. واحد عمومی پذیرفته شده برای اندازه گیری WDR، دسی بل است (به عنوان مثال، 58dB، 113dB) از لحاظ نظری، سطوح بالاتر آن نشان دهنده عملکرد قوی تر WDR است.

 متأسفانه این اندازه گیری ها استاندارد نیستند و نظر هر سازنده ای متفاوت است و نمی توان به آنها اعتماد کرد.

از نظر تئوری، اندازه‌گیری‌های WDR بر اساس یک سناریوی تست منحصر بفرد است. یک نمودار تست تخصصی (در زیر) استفاده شده است که شامل سایه‌های خاکستری متعدد از سفید تا سیاه است. هر چه یک دوربین مداربسته بتواند سطوح بیشتری را ببیند، امتیاز دسی بل بالاتر و عملکرد نظری آن بهتر است.

متأسفانه، این امر به خوبی در دنیای واقعی قابل قبول نیست (یعنی برای دوربین درب جلویی خود چه انتظاری می توانم داشته باشم؟). به‌علاوه، آزمایش توسط هر سازنده به‌صورت مجزا و اختصاصی انجام می‌شود و پارامترهای آزمایش ممکن است استاندارد نباشند و به طور منصفانه توسط همه تولیدکنندگان گزارش نشوند.

یک رویکرد جایگزین: نسبت WDR

در آزمایش خود، یک رویکرد جایگزین در دنیای واقعی برای اندازه‌گیری میزان پیچیدگی یک صحنه که WDR در آن فعال می شود، ایجاد کردیم. با استفاده از لوکس متر، روشن‌ترین و تاریک‌ترین نقاط هر صحنه را ثبت می‌کنیم. نسبت این دو فراهم کننده یک نشانگر قوی از میزان چالش برانگیز بودن صحنه است.

در یک درگاه باز در محیط باز، با یک دهانه کوچک در یک منطقه محصور، فاصله آنها معمولاً بسیار زیاد است، تقریبا 25 برابر، مانند تصویر زیر:

نسبت WDR در این صحنه 25x است، با درب باز 2500 لوکس و ضلع‌های داخلی مجاور ~100 لوکس. این نسبت تقریبا زیاد است، اما ما در آزمایش‌های خود بسیار بیشتر از این را بررسی کرده‌ایم، زیرا نور پس‌زمینه در فضای باز ممکن است قویتر از 10000+ لوکس باشد.

به همین دلیل، توصیه می‌کنیم که اندازه گیری لوکس را در صحنه واقعی انجام دهید. اندازه‌گیری‌ها باید زمانی انجام شود که نور خورشید یا نور های دیگر در قوی‌ترین حالت خود باشند، زیرا این نسبت در طول روز متفاوت است.

تفسیر مشخصات WDR سازنده

شما هرگز نباید مشخصات dB سازنده را مقایسه کنید، زیرا آنها به صورت اختصاصی می‌باشند، حتی اگر یک سازنده "حقیقت" را بگوید، هیچ راهی برای دانستن اینکه آیا دیگران نیز اینگونه عمل می‌کنند وجود ندارد. با این حال، چند الگو وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند:

• درجه بندی dB WDR یک دوربین با 80dB یا کمتر تقریباً همیشه به این معنی است که دوربین از WDR واقعی پشتیبانی نمی‌کند. دوربین‌های معمولی و غیر WDR اغلب در محدوده 55 تا 80 دسی بل قرار می‌گیرند.

• درجه بندی WDR 100dB یا بالاتر معمولا، اما نه همیشه، به این معنی است که دوربین از WDR Exposure چندگانه واقعی پشتیبانی می‌کند. با این حال، باز هم، از آنجایی که تولیدکنندگان در انتخاب هر مقداری که می‌خواهند آزادند، تضمین نمی‌شود که واقعی باشد. 

• برخی از تولیدکنندگان در رتبه بندی WDR dB خود نسبتا محافظه کار هستند. به عنوان مثال، بوش بسیاری از دوربین‌های دارای  WDR واقعی خود را به عنوان «فقط» 100 دسی بل فهرست می‌کند. این بدان معنا نیست که آنها ضعیفتر  از دیگران هستند که 120 دسی بل یا 130 دسی بل را به خود اختصاص می‌دهند.

• در چند سال گذشته، ما شاهد بوده‌ایم که تولیدکنندگان با مشخصات 130 دسی بل و یا حتی در حال حاضر 150 دسی بل، مسابقه رسیدن به دسی بل بالاتر را تسریع کرده‌اند. با این حال، در آزمایش ما، این اعداد عملاً هیچ معنایی ندارند، به طوری که برخی از مدل‌های دارای رتبه ۱۲۰ دسی‌بل به راحتی از مدل‌های ۱۵۰ دسی‌بل بهتر عمل می‌کنند.

Resolution در مقابل WDR

در تست صورت گرفته، ارتباط کمی بین Resolution و عملکرد WDR پیدا کردیم. WDR ممکن است در مدل‌هایی با عملکرد بالا (1080P، 4MP، 5MP و حتی 4K) یافت شوند، همچنین ممکن است در مدل‌هایی که عملکرد ضعیفی دارند نیز یافت شود. 

با این حال، همه سازندگان، بهترین عملکرد WDR خود را  فقط در مدل‌هایی با بالاترین وضوح ارائه نمی‌دهند. برای مثال، دوربین‌های Avigilon 4K H4/H5 دارای WDR واقعی نیستند، در حالی که مدل‌های 3 مگاپیکسلی این قابلیت را دارند. در مقابل، اکسیس «Forensic WDR» سطح بالای خود را در مدل‌های سری Q با وضوح 1080P، 5MP و 4K ارائه می‌کند.

به همین دلیل، کاربران نباید رزولوشن را معیاری قابل اعتماد برای عملکرد WDR در نظر بگیرند. 

Exposureچندگانه ممکن است به عملکرد WDR در نور کم آسیب برساند

استفاده از Exposure‌های متعدد معمولاً سرعت تنظیم شاتر را محدود می‌کند که میزان نوری که به سنسور تصویر دوربین برخورد می‌کند را کاهش می‌دهد. و عملکرد WDR در نور کم را کاهش می‌دهد. به همین دلیل، اکثر (و نه همه) مدل‌های موجود امروزی می توانند به طور خودکار WDR را در شب غیرفعال کنند، اگرچه ممکن است به طور پیش فرض تنظیم نشده باشند. برای مثال، دوربین Hanwha دارای گزینه‌هایی برای روشن کردن WDR در نور کم (بر اساس سطح سنسور) و/یا هنگام تغییر به حالت شب (B/W) است.

این یک تنظیم است مهم برای بررسی اینکه آیا نور کم اولویت مکانی است که دوربین در آن مستقر می شود یا خیر.

تکنیک های جعلی WDR - DWDR و BLC

گاهی اوقات تولیدکنندگان دو تکنیک شبه WDR را به عنوان جایگزینی برای Exposure چندگانه واقعی WDR به بازار عرضه می‌کنند:

•  جبران نور پس زمینه (BLC) 
•  دیجیتال WDR (DWDR)

با این حال، آزمایش‌های ما نشان داده‌اند که این تکنیک‌ها به سادگی حتی با یک دوربین WDR واقعی با عملکرد ضعیف قابل مقایسه نیستند.

جبران نور پس زمینه (BLC)

BLC یا جبران نور پس زمینه، به سادگی Exposure دوربین را تنظیم می‌کند. این فقط زمانی مفید است که بخواهید فقط از مناطق روشن یا تاریک صحنه تصویر بگیرید، اما نه از هر دو. با استفاده از BLC، یک قسمت از صحنه را بهتر خواهید کرد اما قسمت دیگر بدتر خواهد شد.

 با وجود مدل‌های ارزان قیمت دوربین های دارای WDR واقعی، استفاده از دوربینی که فقط BLC را ارائه می‌کند توصیه نمی‌شود.

"دیجیتال" WDR | دبل یو دی آر دیجیتالی

WDR دیجیتال که با نام‌های DWDR، EWDR یا WDR الکترونیکی نیز شناخته می‌شود، اساساً یک تنظیم کنتراست در مناطق مختلف صحنه، به جای کل تصویر است. استفاده از DWDR ممکن است در برخی صحنه‌ها بهتر از انجام هیچ کاری باشد، اما این تکنیک‌ها هنوز با WDR واقعی قابل مقایسه نیستند. 

برگه تقلب در مورد WDR واقعی برندهای مختلف در بازار 

در جدول زیر ما لیستی از تولیدکنندگان دوربین مداربسته با دبل یو دی آر واقعی، دیجیتالی و توضیحاتی پیرامون آن می‌آوریم. 

سخن آخر در مورد WDR

هنوز کسی نمی داند کدام یک از این ادعاها درست است، چون هنوز هم یک معیار یکسان برای ارزیابی همگان وجود ندارد. اما باید قبول کرد که قابلیت WDR، قابلیت ارزشمندی است؛ هرچند دوربینی که این قابلیت را داشته باشد، قیمت بالاتری نیز دارد. ما در محصولات Briton که ساخت ایران هستند، از دوربین‌های با WDR واقعی 120دسی بلی و همچنین WDR دیجیتالی استفاده می‌کنیم. برای اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.