ИК-подсветка для мегапиксельных камер
Инфракрасная подсветка уже давно является неотъемлемой частью промышленных и коммерческих систем видеонаблюдения. Все современные сенсоры, используемые в видеокамерах, эффективно работают в инфракрасном диапазоне. Это позволяет вести наблюдение над объектами в любое время суток вне зависимости от погодных условий.
Как работают сенсоры в видеокамерах?
Сенсоры, используемые в современных камерах видеонаблюдения имеют область чувствительности до 1000 Нм, при условии, что в конструкции камеры не предусмотрены фильтры, ограничивающие ее рабочий диапазон. Уровень чувствительности на различных участках спектра инженеры настраивают таким образом, чтобы человеческий глаз воспринимал отображаемое изображение максимально близко к оригиналу.
Поскольку зрение человека нечувствительно к волнам ИК-диапазона, сигналы данного спектра преобразуются таким образом, чтобы на экране получить черно-белую или цветную картинку удобную для восприятия. CMOS-сенсоры цифровых камер с ИК-подсветкой не имеют серьезных отличий от CCD-сенсоров, которые применяются в видеокамерах аналогового типа, за исключением несколько меньшей чувствительности.
Различия в интегральной чувствительности сенсоров
Поскольку эффективная площадь пикселей в CMOS-матрицах меньше, чем в матрицах типа CCD на каждый такой пиксель попадает меньшее количество световой энергии. Потери также возникают при прохождении энергии через RGB-фильтры. В результате интегральная чувствительность CMOS-матриц чуть ниже чем CCD. Тем не менее, их сегодняшние показатели вполне достаточны, чтобы обеспечить эффективное видеонаблюдение в условиях минимальной освещенности.
Новые технологии производства CMOS-матриц
Инновационная технология Exmor была разработана компанией SONY в 2008 году специально для CMOS-матриц. Архитектура сенсоров была кардинально переработана, а для передачи энергии стали использоваться медные проводники. Это позволило снизить сопротивление и уменьшить теплопотери.
Следующим этапом в развитии CMOS-технологий стали сенсоры Exmor R, в которых используется принцип обратной засветки. Снижение потерь светового потока, позволило в 2,5 раза увеличить чувствительность сенсоров, в сравнении с предыдущими разработками.
Сегодня на рынке представлены CMOS сенсоры Exmor R компании SONY с разрешением от 8 до 13 мегапикселей. Размеры пикселей в таких матрицах составляют порядка 1,8 мкм. В CMOS-матрицах других компаний используется сходный технологический подход.
Как инфракрасная подсветка влияет на чувствительность сенсора?
При активизации инфракрасной подсветки обработка изображения камерой осуществляется в диапазоне световых волн от 50 до 70 нм. Наиболее эффективно такая подсветка работает в сочетании с современными матрицами, сенсоры которых имеют расширенный ИК-диапазон.
Рост интегральной чувствительности при переходе в режим ночного видеонаблюдения может достигать 240%. Это означает, что используя источники освещения, работающие в широком диапазоне спектра можно увеличить чувствительность камеры в 3,5 раза. В частности, подсветка инфракрасными светодиодами обеспечивает эффективность порядка 10% для длины волны света 850 нм и 4% для 940 нм соответственно.
Особенности измерения ИК-чувствительности камер
Показатель чувствительности камер видеонаблюдения напрямую зависит от чувствительности ее сенсоров. При этом данные будут считаться достоверными лишь в том случае, если системы автоматической регулировки усиления, функции шумоподавления и накопления заряда отключены.
К сожалению производители цифровых камер не всегда указывают условия, при которых осуществлялись измерения чувствительности, с целью достижения маркетинговых преимуществ. Помимо того, что в ходе тестов могут быть задействованы системы DSS, АРУ или DNR, глубина автоматической регулировки и кратность накопления заряда также не раскрываются. В результате пользователь не имеет достоверной информации об инфракрасной чувствительности камеры в режиме ночного видеонаблюдения и ее величине.
В общем случае, если производитель утверждает, что камера отлично работает в ночном режиме, сенсор камеры наверняка имеет инфракрасную чувствительность, хотя многократное увеличение показателей в сравнении с характеристиками матриц производителей конкурентов должно вызывать настороженность.
В каких случаях использование ИК-подсветки имеет смысл?
Практика показывает, что инфракрасная подсветка отлично работает в сочетании как с цифровыми IP-камерами высокого разрешения, так и с аналоговыми камерами. Различия в качестве изображения, получаемого с HD-SDI или IP-камер несущественны.
Камеры со встроенной подсветкой в большинстве случаев соответствуют заявленным характеристикам, если наблюдение ведется на расстоянии вполовину меньшем от максимального, предусмотренного для данной модели. В этом случае освещенность будет в 4 раза выше предельной, и матрицы формируют качественное изображение объекта. Если использовать камеру в предельно допустимых режимах, чувствительность будет ниже.
Более предпочтительным является использование отдельных инфракрасных осветителей, но лишь в том случае, если сенсор камеры имеет хорошие показатели чувствительности в ИК-диапазоне.
