A mesura que les aplicacions de videovigilància es fan cada cop més diverses, els fabricants de càmeres han de continuar millorant les tecnologies d'imatge per satisfer les creixents demandes del mercat. Entre els molts avenços, el Wide Dynamic Range (WDR) i la imatge de baixa-llum s'han convertit en dues capacitats essencials de les càmeres de vigilància modernes.
Desenvolupament de tecnologia de poca llum-
En comparació amb les càmeres d'infrarojos (IR), que depenen dels LED IR per a la il·luminació, les càmeres de poca{0}}il·luminació ofereixen avantatges importants. Les càmeres IR poden patir problemes com ara la degradació de la imatge causada per la calor generada pels LED IR, un rendiment infrarojo afeblit amb el pas del temps, la commutació dia/nit fallida i detalls limitats en imatges nocturnes en negre-i-blanc. En canvi, les càmeres de llum ultra-baixa- poden capturar imatges més clares en condicions d'il·luminació difícils, cosa que les fa populars en aplicacions com ara projectes de ciutats intel·ligents, monitorització del trànsit, bancs i seguretat del campus.
Com el seu nom indica, una càmera de llum ultra-baixa- pot produir imatges utilitzables en condicions d'il·luminació extremadament baixa. El concepte d'imatges de poca-llum es va originar durant l'era dels sensors CCD. La tecnologia HAD CCD de Sony va millorar l'eficiència de recollida de llum afegint micro-lents optimitzades per sobre de cada píxel, dirigint la llum entrant amb més precisió cap al fotodíode. Això va millorar significativament la sensibilitat i la qualitat de la imatge en condicions de poca-il·luminació.
Tot i que la tecnologia CCD va dominar les imatges amb poca llum-durant molts anys, les limitacions de fabricació van restringir les millores posteriors. La introducció dels sensors CCD Super HAD de Sony va empènyer el rendiment a una sensibilitat de "nivell-de llum de les estrelles". Mentrestant, els sensors CMOS van evolucionar des d'un rendiment inicialment més feble amb poca-il·luminació fins a convertir-se en la tecnologia d'imatge convencional actual. Els sensors CMOS moderns aconsegueixen un rendiment-de llum excepcional a través de dues arquitectures principals: il·luminació frontal-lateral (FSI) i il·luminació-lateral posterior (BSI).
Il·luminació frontal-lateral (FSI)
En els sensors FSI, la llum entra per la part frontal de la matriu de píxels i passa entre les capes de cablejat metàl·lic abans d'arribar al fotodíode. Aquesta estructura funciona adequadament amb píxels més grans, però a mesura que les mides dels píxels continuen reduint-se, l'eficiència de recollida de llum disminueix. Per a mides de píxels d'uns 1,1 μm i menys, la complexitat del disseny de la guia-de llum augmenta significativament, limitant les millores de sensibilitat.
Il·luminació posterior-lateral (BSI)
La tecnologia BSI aborda aquestes limitacions invertint l'estructura del sensor. La llum entra per la part posterior del sensor, permetent que els fotons arribin directament al fotodíode sense ser bloquejats per cablejat metàl·lic o capes dielèctriques. Aquest disseny millora significativament l'eficiència quàntica i la sensibilitat a la llum.
Els fabricants de sensors solen afirmar que la tecnologia BSI pot millorar la baixa-sensibilitat a la llum aproximadament un 30% en comparació amb els sensors FSI de la mateixa mida de píxel. A més, el BSI permet àrees de recepció de llum-efectives més grans i una millor qualitat general d'imatge amb poca il·luminació.
Factors que afecten el rendiment baix-de llum
El rendiment de la càmera amb poca-il·luminació depèn més que del sensor d'imatge en si. Quatre factors principals influeixen en la qualitat general de la imatge:
1. Rendiment de la lent
La lent actua com l'ull de la càmera. La quantitat de llum que arriba al sensor afecta directament la qualitat de la imatge. La capacitat de captació-de la llum de la lent normalment es representa pel nombre F-(valor F{-). Un nombre F- més petit indica una obertura més gran i una transmissió de llum més gran.
La selecció d'una lent adequada és fonamental per aconseguir un rendiment excel·lent amb poca{0}}il·luminació. Molts usuaris assumeixen erròniament que qualsevol objectiu es pot combinar amb una càmera de poca-il·luminació, cosa que sovint condueix a resultats decebedors.
2. Tecnologia del sensor d'imatge
L'arquitectura del sensor, inclosos els dissenys FSI i BSI, és un dels factors més importants que influeixen en la capacitat d'imatges de poca{0}}il·luminació. La mida del sensor, la mida dels píxels, l'eficiència quàntica i les característiques del soroll contribueixen al rendiment en entorns foscos.
3. Processament del senyal d'imatge (ISP)
A més de les millores de maquinari, els algorismes de processament d'imatges tenen un paper important. El rendiment de l'ISP afecta la reducció del soroll, el control de l'exposició, el guany analògic, el guany digital i la millora de la imatge.
Diferents fabricants implementen estratègies úniques d'ajust de l'ISP, donant lloc a diferències notables en la qualitat de la imatge fins i tot quan s'utilitzen sensors similars.
4. Algoritmes de canvi dia/nit
A diferència de les càmeres d'infrarojos que es basen en fotoresistències i mecanismes de commutació mecànics, les càmeres de poca-il·luminació solen utilitzar algorismes basats en ISP-per determinar quan canviar entre els modes de color i monocroms.
Aquests algorismes analitzen la brillantor, els nivells de guany i les característiques de l'escena per prendre decisions de commutació intel·ligents. Els algorismes-ben dissenyats eviten els canvis freqüents a prop de les condicions d'il·luminació del llindar i contribueixen a una experiència de visualització més estable.
Com es mesura el rendiment de-llum baix
Actualment, no hi ha cap estàndard del sector acceptat universalment per mesurar el rendiment de les càmeres amb poca llum-. Diferents fabricants poden utilitzar diferents mètodes i criteris de prova.
Un enfocament de prova comú inclou:
- Utilitzant una lent F1.2 amb l'obertura totalment oberta.
- Utilitzant una font de llum estàndard D65.
- Reduint gradualment la il·luminació per sota de 0,05 lux.
- Mantenir la uniformitat de la brillantor a l'objectiu de la prova.
- Mesurar el nivell d'il·luminació en què la resolució de la imatge es manté aproximadament en el 70% del rendiment normal.
A l'hora d'avaluar càmeres-de poca llum, també és important tenir en compte:
- Nivells de soroll de la imatge
- Estabilitat de commutació dia/nit
- Rendiment de velocitat de fotogrames amb poca il·luminació
- Desenfocament de moviment i efectes fantasma
- Claredat general de la imatge
