РУКОВОДСТВО ПО АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКЕ СИГНАЛА / АРУ

imgpreview

Автоматическая регулировка усиления, АРУ— процесс, при котором выходной сигнал некоторого устройства, как правило электронного усилителя, автоматически поддерживается постоянным по некоторому параметру (например, амплитуде простого сигнала или мощности сложного сигнала), независимо от амплитуды (мощности) входного сигнала. Регулятор усиления может оказаться критичным фактором в условиях низкого освещения. Обычно на него обращают внимание тогда, когда наблюдается негативная сторона динамики регулятора усиления, которая называется помехами («шум» по-другому). Фото ниже (один из наших тестов на парковке) – яркий пример этому:

рис1

Понятно, что помехи являются проблемой и было бы очень здорово справится с этой проблемой. Таким образом, поднимаем ряд важных вопросов о том, как эффективно использовать регулятор усиления.

Чтобы узнать больше мы провели ряд экспериментов в различных условиях. В каждой сцене мы сделали замеры показателей качества видео, фото и потребления диапазона частот. Список тестируемых сцен:

  • Черно-белый режим 0.5 лк (темно)

  • Черно-белый режим 20 лк (низкая освещенность)

  • Цветной режим 4 лк (практически темно)

  • Цветной режим 300 лк (дневной свет)

Мы протестировали 3 HD камеры от Avigilon, Axis и Bosch.

Во вступительной части мы поделимся результатами и ответим на следующие вопросы:

  • Насколько сильно меняется качество изображения в зависимости от уровня настройки регулятора усиления?
  • Нужен ли вам регулятор усиления?

  • Каковы «правильные» настройки регулятора усиления?

  • Какие альтернативы?
  • Подход производителей к разнице в регулировании усиления?
  • Какова разница при использовании регулятора усиления в черно-белом и цветном режимах?
  • Как регулятор усиления влияет на диапазон частот? Какой эффект имеет уровень освещения на диапазон частот?
  • Как режимы VBR и CBR влияют на использование регулятора усиления?
  • Каково влияние цифрового понижения уровня помех (включая 2D и 3D DBR)?

Основные выводы

  • Регулятор усиления очень важен практически во всех ночных сценах, без него видео будет очень темным и практически бесполезным. Его роль здесь ключевая, несмотря на то, что регулятор усиления очень часто игнорируют. В условиях низкого освещения попытка отключить его, чтобы снизить количество помех повлечет за собой видео худшего качества.
  • Автоматический регулятор усиления есть практически во всех моделях. Несмотря на то, что создает много помех, его отключение сделает ситуацию еще хуже.
  • Динамичный АРУ: в отличие от коммерческой видеографии, где использование регулировки усиления  минимальное и умеренное производители камер видеонаблюдения используют регулятор усиления практически всегда. Это необходимо, поскольку в отличие киносъемки в видеонаблюдении очень сложно управлять освещением.
  • Настройка регулятора усиления: если вам нужно минимизировать влияние на диапазон частот и количество визуальных помех при регулировании усиления, то возможны два варианта: (1) фиксирование усиления или (2) ограничение усиления. Первый вариант может сыграть злую шутку, если только вы можете обеспечить постоянный уровень освещения, второй же может оказаться вполне рабочим.
  • Усиление в черно-белом и цветном режимах: оба режима могут использовать регулятор усиления с одинаковыми результатами- скачки диапазона, визуальные помехи и пр. Основная разница в том, что камеры в цветном режиме активизируют регулятор усиления на более высоких уровнях освещения, чем в черно-белом(цветные при ~50 лк, ч/б при ~20 лк).
  • Усиление и диапазон частот взаимосвязаны: по мере повышения уровня усиления повышается и диапазон частот. Отметим, что данное явление случается вне зависимости от уровня освещения или режима.
  • Использование MBR(головной записи загрузки): поскольку диапазон частот практически всегда повышается при усилении мы настоятельно рекомендуем установить максимальный битрейт.

Конфигурация и оптимизация усиления:

Обычно усиление контролируется двумя способами:

  • Уровень: например, высокий, средний, низкий – регулировка зернистости.
  • Децибелы: например, 0дБ, 15дБ, 30дБ и т.д. Точный уровень регулировки усиления, диапазон от 0дБ (выкл) до 30дБ (очень резкий).

Управление обычно производится одним из трех способов:

  • Авто: по умолчанию, большинство камер автоматически определяют уровень

  • Фиксация: в качестве альтернативы пользователь может зафиксировать усиление на определенном уровне (например, постоянный уровень 6 дБ). Это может быть опасно – если вы сделаете это на слишком низком уровне (например, 6дБ), то сцена станет еще более темной (скажем, 5 лк), качество изображения будет достаточно плохим. С другой стороны, если вы установите высокий уровень (скажем, 27 лк), то сцена станет яркой и изображение будет деформировано сильной зернистостью или помехами.

  • Ограничение: некоторые камеры позволяют администратору ограничивать максимальный уровень усиления, который камера выбирает автоматически. Это позволяет камере менять уровень усиления самостоятельно в указанных рамках. Это может оказаться полезным при снижении некоторых визуальных помех и скачков диапазона. При этом стоит помнить о том, что подобные ограничения делают изображение темнее при максимальном усилении.

Усиление различается по производителям

Внимание, если 2 производителя указывают одинаковый уровень усиления (например, 20дБ или 35дБ), это не означает, что уровень будет одинаковым или результаты в условиях низкого освещения будут похожи. Процесс усиления /создания видео будет различным.

Усиление и работа в условиях низкого освещения

Возможно, вы избегаете производителей, выпускающих модели для работы в условиях низкого освещения с названиями типа LightFinder (обнаружение света), LightCapture (улавливание света), Stellar (светило), DarkFighter (борьба с темнотой) и пр. Все они используют усовершенствованные формы регулировки усиления для улучшения качества изображения в условиях низкой освещенности. Однако, подобно «традиционной» регулировке усиления, они стремятся повысить частоту диапазона частот как следствие (при этом насколько сильно варьируется диапазон частот зависит от той техники снижения помех  , которую они используют). Отметим, что, например, Super Low Light не требует использования ИК или специальных формирователей изображения. Особенные функции появляются при усовершенствованной настройке регулятора усиления/обработке изображения.

Все эти инструменты разные и их нельзя сравнивать абстрактно. Вы можете посмотреть наши тесты,например, съемка с Super Low Light и интегрированным ИК , а также отдельные тесты камер, чтобы увидеть результаты в условиях низкого освещения.

Примеры различного регулирования усиления

Чтобы получить представление о том, как усиление влияет на качество изображения в целом посмотрите на примеры ниже, выполненные в одинаковых условиях с одинаковы освещением, но с разным уровнем усиления. Верхнее изображение имеет максимальное усиление, каждое последующее – более низкий уровень. Взгляните:

рис2

В данной сцене самое лучшее изображение находится вверху. В темноте высокий уровень усиления становится критичным. Даже на уровне 3дБ сцена выглядит угольно-черной. На изображении ниже уровень света повышен в 40 раз. Смотрите:

рис3

Как вы думаете, какое изображение лучше? Конечно, этот слайд. В данной сцене при 20 лк изображение с максимальным уровнем усиления более темное и имеет множество визуальных помех. С меньшим уровнем усиления изображения смотрятся намного лучше, хотя насчет нижних можно поспорить. В качестве отправной точки мы использовали функцию автоматического усиления от 6 до 9 дБ.

Влияние усиления в цветном режиме

Подобные негативные моменты при различных уровнях усиления случаются и в цветном режиме. Как видно ниже, существует большая разница и особенно усиление требуется при высоком уровне освещения. Все 3 камеры (4 лк по умолчанию) автоматически настроили уровень усиления на максимальный. Это можно проследить по четко видимым помехам на каждом изображении.

рис4

На контрасте – отключенная регулировка освещения сделала изображения более темными, а цвета более сдержанными (Bosch), смешанными (Avigilon) или измененными (Axis).

Влияние усиления на диапазон частот

Одна из самых больших проблем видеонаблюдения в условиях низкого освещения – повышенное потребление диапазона частот. Возможно, самое интересное наблюдение в этом тесте заключается в том, что мы видим сильную корреляцию уровня усиления и диапазона частот вне зависимости от режима камеры или уровня освещения в сцене.

На таблице ниже хорошо видно это соотношение. Данные на основе 0,5 лк ч/б режима камеры Axis, те же шаблоны были использованы и при более высоком уровне освещения, цветном режиме и с камерой Avigilon.


рис5

Потери диапазона частот значительно повышаются с повышением уровня усиления. Мы отметили большое количество помех и высокое потребление диапазона в условиях низкого освещения на изображениях с некоторых камер. Похоже, что производители выбирают максимум для АРУ.

Основываясь на этих данных мы рекомендуем вам проверить потребление диапазона частот в условиях низкой освещенности. Если оно достаточно высокое, проверьте наличие ограничителя усиления и попытайтесь снизить его от установленного производителем максимума.

Еще одна опция — использование MBR. На изображении внизу видны результаты нашего теста со съемкой сцены при максимальном усилении и ограничении диапазона частот до 1Мбит/сек. Общее качество изображения практически не изменилось, но с минимальными затратами диапазона частот. рис6

Влияние усиления в зависимости от модели камеры

И, наконец, подводим итог сравнения усиления в зависимости от уровня освещения, настроек усиления и модели камеры. Посмотрите и сравните сами. Возможно, самая интересная деталь, которую мы увидели – это четкие детали изображения от Avigilon при ярком свете (300 лк, нижняя граница сравнения). При этом с понижением уровня усиления изображение с камеры Avigilon практически исчезает.

рис7

Цифровое подавление помех и усиление

Камеры с IP могут воспользоваться технологией снижения количества помех с помощью высоких показателей усиления, известной как динамическое снижение помех (DNR).

DNR предназначена для понижения уровня цифровых помех посредством обработки отдельных кадров (2 измерения) или серий кадров (3 измерения) для выявления изменений в сцене, чтобы определить является помехой, а что – нет. Понижая общее количество помех, присутствующих в изображении вы снижаете также требования диапазона частот, иногда это может оказаться значительным.

Например, наш диапазон и низкий уровень освещения плюс тест DNR дает повышение диапазона примерно в 15 раз по отношению дневных показателей к ночным без использования DNR (средний 10 Mбит/сек. и ~0.9 Mбит/сек). Включение функции DNR снижает до ~3x (~3.24 и ~0.9 Mбит/сек), все еще достаточно существенный показатель, но он гораздо лучше, чем без использования DNR.

рис8

Однако пользователям стоит с осторожностью использовать функцию цифрового подавления помех, поскольку на высоком уровне это может повлечь размытие движущихся объектов как при медленном спуске затвора.

Перевод с сайта www.ipvm.com.

Перевел: Труш Борис Викторович ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ В КРАСНОДАРЕ

Если Вам понравилась статья, то нажмите кнопку социальной сети — Поделитесь с друзьями.

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Оставить комментарий

ЗАКРЫТЬ
Seo wordpress plugin by www.seowizard.org.