Как работают камеры ночного видения?

Большинство камер видеонаблюдения оснащены системой ночного видения, что позволяет им видеть объекты, даже если на улице кромешная тьма. Но как это работает?

СВЯЗАННЫЕ С:

Как использовать смартфон в качестве домашней камеры безопасности

Если вы не понимаете, о чем мы говорим, то вы, вероятно, видели кадры ночного видения из телешоу об охоте за привидениями — этот черно-белый или черно-зеленый вид слишком знаком. Многие камеры видеонаблюдения также включают ту же технологию ночного видения, позволяющую снимать кадры даже в темноте.

Инфракрасное ночное видение заливает область светом, невидимым для наших глаз

Есть несколько различных типов ночного видения: один, который используют большинство камер видеонаблюдения, и один, который используют очки ночного видения. Наиболее распространенным типом, который используется в большинстве камер видеонаблюдения, является инфракрасное (ИК) ночное видение, основанное на инфракрасном свете.

Если вы когда-нибудь смотрели на переднюю часть камеры видеонаблюдения, вы, вероятно, заметили, что она покрыта горсткой маленьких светодиодных лампочек. Это инфракрасный свет, и когда темнеет, эти огни включаются и действуют как своего рода прожектор, перекрывая поле зрения камеры инфракрасным светом.

Дело в том, что инфракрасный свет совершенно невидим невооруженным глазом. Так что это не так

смотреть

как будто яркий свет заливает территорию снаружи, но на самом деле это так — ваши глаза просто не видят этого.

Кроме того, кадры ночного видения с камер наблюдения всегда выглядят черно-белыми, потому что человеческий глаз может различать черный и белый лучше, чем другие оттенки цветов, например красный или синий. Из-за этого большинство камер ночного видения переключаются на монохромный фильтр, чтобы нам было легче видеть изображение.

Есть много разных типов света, которые мы можем видеть своими глазами, но инфракрасный (ИК) свет невидим невооруженным глазом.

Большинство камер видеонаблюдения с функциями ночного видения, включая

Nest Cam

, также имеют так называемый отсекающий ИК-фильтр. Он автоматически определяет дневной свет и применяет фильтр, блокирующий ИК-свет в течение дня, чтобы цвета выглядели точными. Когда наступает ночь, фильтр автоматически снимается, что пропускает больше света, в том числе ИК-свет, исходящий от камеры.

Размещение камеры ночного видения возле окна приведет к тому, что ИК-свет будет отражаться от стекла.

Лампы-усилители поглощают любой свет, который они могут, и усиливают его

Существует также другой тип ночного видения, который чаще встречается в очках ночного видения, которые содержат нечто, называемое «усилительными трубками». Проще говоря, это включает использование чрезвычайно чувствительного сенсора камеры, который увеличивает яркость.

Проще говоря, доступный свет, который попадает в очки ночного видения (состоящий из фотонов), превращается в электроны, преобразуя свет в своего рода электронный сигнал. Затем электроны умножаются с помощью

фотоумножитель, а затем проходят через люминофорный экран, который создает вспышки света, что приводит к более яркому изображению.

Все цвета света, попадающие в очки, преобразуются в оттенки зеленого после того, как они проходят через люминофорный экран, что обеспечивает тот знаковый вид, с которым вы, вероятно, знакомы — человеческие глаза гораздо более чувствительны к зеленому, чем к большинству других цветов .

СВЯЗАННЫЕ С:

Как настроить камеру для наблюдения за вашим домом, когда вас нет дома

Возможны очки ночного видения, потому что на улице никогда не бывает по-настоящему черной кромешной тьмы — просто очень, очень темно. На самом деле очень сложно заблокировать

все

свет, если вы активно не пытаетесь это сделать. Очки ночного видения могут улавливать слабый свет луны или уличных фонарей и усиливать его.

Обычная камера может делать нечто подобное. Зайдите в темную комнату в своем доме (или выйдите на улицу ночью) и сделайте снимок с длинной выдержкой с помощью камеры (если она способна делать снимки с длинной выдержкой). Полученное изображение будет намного ярче, чем то, что вы видите на самом деле, поскольку камера принимает весь доступный свет и усиливает его. Если бы совсем не было света, камера не смогла бы ничего зафиксировать, независимо от экспозиции.

Опять же, этот тип ночного видения обычно встречается только в очках ночного видения, и большинство камер видеонаблюдения, которые поставляются с функциями ночного видения, полагаются на ИК-свет, который намного дешевле в реализации и дает вам лучшее качество изображения в целом.

Кредит изображения:

Thekirbster

/ Flickr.

Как видят ночью разные камеры и приборы? / Хабр

Существует достаточно большое количество вариантов видеть ночью. Это или взять прибор ночного видения, или тепловизор, или ночной прицел с подсветкой, или, может быть, камеру с электронным умножением на EMCCD. К сожалению, не всегда все камеры и приборы оказываются под рукой одновременно, и их обычно не удаётся сравнить между собой.

К счастью, нам повезло, и у нас появилась такая возможность. Более того, повезло, что погода позволила воссоздать эталонные условия для проведения сравнительных испытаний. Луна отсутствовала, небо было чистое, и нужно было только выехать за город, подальше от искусственного освещения.

Итак, что же у нас было с собой:

1.1 ЭОП – электронно-оптический преобразователь третьего поколения. Лучший из всех приборов типа ЭОП, с которыми приходилось сталкиваться. Очень сложно создать условия, при которых он ничего не видит. Разрешение ЭОП 68лин/мм. Максимум спектральной чувствительности должен быть в районе 800нм. ЭОП состыкован с камерой VC249 на базе малошумящего сенсора. Разрешение камеры значительно выше разрешение ЭОП, поэтому камера не влияет на результат.

1.2 VS320 – камера ближнего ИК-диапазона (SWIR) с чувствительностью в диапазоне спектра от 0.9 до 1.8 мкм. Спектральная чувствительность практически плоская. Разрешение 320х256, размер фоточувствительного элемента 25х25мкм.

1.3 VC400 – «обычная» камера видимого диапазона на базе кремневой структуры. «Обычная» в кавычках, потому что это камера для проведения астронометрических наблюдений с обратной засветкой. Разрешение 2000х2000, размер фоточувствительного элемента более 10мкм. Максимум спектральной характеристики в районе 550нм.

Все камеры разработаны и произведены в России, но это не должно никого смущать, так как элементная база (за исключением ЭОП) вполне себе импортная.

Условия съёмки:

1. Дата: ночь с 8 на 9 января 2018.

2. Широта около 58 градусов, долгота около 31 градуса.

3. Безлунная звездная ночь.

4. Проницаемость неба до 19зв.в. (косвенная оценка).

5. Освещенность на уровне земли (точнее снега): 2. 2 (или некоторые условные 4млк).

6. Время экспозиции всех приборов 40мс, что соответствует частоте кадров 25Гц.

Сразу предвосхищу вопросы по части освещенности на местности, мы уже намучились с фотометрическими величинами (люксы, канделы…), которые не позволяют сравнивать камеры между собой, и поэтому используем в большей части радиометрические или натуральные (вроде «звездная ночь», «полная луна»), в данном случае это звездная ночь без луны.

Сцена была сформирована классическим образом: «ночь, улица, фонарь…» и ваш покорный слуга с таблицей. Собственно, так как многие уже заждались картинок, то не считаю возможным задерживать.

По очереди: вот кадр с ЭОП:

Вот кадр с VS320 (SWIR):

А вот VC400 (видимый диапазон)

К сожалению, углы поля зрения разные, но подобрать все три светосильных объектива (около единицы), которые бы обеспечивали одинаковые поля зрения, возможности не было.

Многие зададутся вопросом, зачем в руках этот ужасный фонарь? На самом деле это не фонарь, это очень слабый светодиод, обёрнутый в ткань, для обеспечения свечения во все стороны, и он нужен, чтобы подтвердить короткое время экспозиции. Смаз фонаря на кадре соответствует времени экспозиции 40мс:

Отсутствие луны подтверждается отсутствием тени от объектов.

А так выглядят более крупные объекты (по порядку ЭОП, видимый, ИК)

Из особенностей, которые можно заметить: небо в ближнем ИК диапазоне (до 2мкм) действительно очень яркое…

Также некоторые могут подумать, что VS320 в ближнем ИК диапазоне не видит звезды, но они в этих кадрах не в фокусе, если навести фокус, то звезды вполне себе видны:

Во всём видео есть ещё один занимательный кадр:

У камеры VS320 в ближнем ИК светится окно, а в видимом диапазоне нет. Несмотря на то, что камера VS320 не тепловизор (в классическом понимании), её чувствительности достаточно, чтобы заметить освещение от остывающей печки в доме.

 

Для желающих посмотреть видео со всех каналов одновременно (в формате full hd), оно доступно по ссылке.

Для читателей, имеющих обыкновение рассматривать всё очень предметно, есть видео в формате 3000х1000 (нестандартный размер видео), видео не сжато и является объединением исходников без искажений (регистрации и смс): вот здесь.

Отдельно видео с камеры видимого диапазона VC400 на частоте 25Гц (экспозиция 40мс) — вот тут.

Небольшой бонус для читателей: тестовая таблица с разными камерами при освещении «звездное небо». Камера L3 производства e2v является эталоном в Европе по своей чувствительности. Сенсор камеры обладает прямоугольным пикселем большой площади (14х28мкм) и является сенсором EMCCD с электронным умножением, каждый зарегистрированный электрон в сенсоре усиливается в 1000 раз. К сожалению, в России эти камеры (L3) больше не доступны (картинка из архива):

Исходник картинки без сжатия по ссылке.

Может показаться, что во всех этих кадрах и съёмках нет ничего необычного, самые, что ни на есть, низкоуровневые камеры. Но вот для примера кадры, снятые на низкоуровневые камеры при том же освещении.

И ссылка на видео (для искушенных читателей).

Таким образом, нам удалось собрать в одном месте самые чувствительные, на текущий момент, приборы, которые могут достаточно качественно видеть ночью, и при этом приборы работают в хотя и близких, но разных спектральных диапазонах.

Ну и небольшие выводы, которые, наверное, нужно сделать. Не хотелось бы ничего навязывать читателям, так как в целом всё видно на представленных материалах.

1. В ближнем ИК-диапазоне (1-2 микрона) небо явно светится, в разных статьях про это написано, но фактически видео в свободном доступе найти очень сложно. Мы явно наблюдали неоднородную, но устойчивую структуру свечения небосклона, похожего в чем-то на северное сияние. Благодаря этому свечению камера VS320 ближнего ИК-диапазона неплохо видит ночью. К сожалению, экземпляр камеры, который был у нас, обладал низким разрешением, но прибор показал себя достойно. Однозначно камеры ближнего ИК-диапазона могут применяться для улучшения видимости.
2. ЭОП третьего поколения действительно отлично справляется со своей задачей и видит ночью. К сожалению, разрешение 68лин/мм не очень большое, но достаточное, чтобы ориентироваться и находить объекты.
3. Открытием является возможность кремниевых КМОП приборов видимого диапазона, на базе которого изготовлена камера VC400, сравниться и даже по разрешению превзойти приборы ночного видения третьего поколения.

Ну и в заключение этой небольшой статьи, раз уж камера видимого диапазона оказалась астрономической, мы не могли отказать себе в удовольствии снять несколько красивых объектов (в «случайно» подвернувшийся телескоп Ньютон (D=200мм F=1000мм)):

Туманность Ориона:

cloud.mail.ru/public/DWxi/dTFJVY4MJ

и Галактика М81:

cloud.mail.ru/public/HQPo/YW4oHZeom

На просторах интернета очень мало сравнительных кадров и видео, в основном видео только какой-то одной камеры. На многих видео видны тени от Луны, что говорит о том, что ночь далеко не темная. Надеемся, что данная небольшая статья заполнит этот пробел, даст некоторую информацию о том, как видят те или иные приборы ночью.

Отдельное большое спасибо тем, кто предоставил оборудование и камеры, кто вывез нас на Ниве туда, где нет электричества и искусственного освещения, моему коллеге, с которым мы это всё собрали, сняли и обработали.

ps: при использовании данных материалов — ссылка на статью обязательна.

Нужна камера ночного видения? Почему Dynamic Smart IR — это правильный выбор

Дэн Креминс  | Старший директор по бизнес-интеграции и оптимизации Опубликовано: 27 марта 2017 г.

Безопасность — это, как правило, круглосуточная работа, которая не заканчивается только с заходом солнца. Многим из наших клиентов, особенно в коммерческом промышленном секторе, требуются передовые инструменты для наблюдения в ночное время, чтобы обеспечить безопасность периметра или контролировать здания или другие объекты после наступления темноты. Я всегда рекомендую IP-камеры со встроенными ИК (инфракрасными) светодиодами для максимально качественной записи ночного видеонаблюдения.

Видеть то, что не может человеческий глаз

Инфракрасные камеры или камеры ночного видения используют инфракрасный свет для освещения изображений в темноте.

Мы этого не видим, но инфракрасный свет окружает нас повсюду. ИК-камеры обнаруживают эти невидимые инфракрасные волны, что позволяет камере видеть в темноте. Большинство ИК-камер имеют ряд ИК-светодиодов (часто расположенных вокруг объектива), которые излучают инфракрасный свет ночью или всякий раз, когда камера переключается в ночной режим.

Поскольку инфракрасный свет может мешать цветным изображениям, большинство ИК-камер имеют отсекающий ИК-фильтр, блокирующий инфракрасный свет в дневное время. Фильтр находится между объективом камеры и датчиком, пропуская видимый свет в дневное время и блокируя инфракрасные волны. Как только уровень освещенности падает до определенной точки, фильтр смещается, пропуская инфракрасный свет. Этот процесс иногда называют True Day Night (TDN), потому что он обеспечивает изображения в истинном цвете днем ​​и черно-белые изображения или изображения ночного видения ночью. .

В ситуациях, когда окружающее освещение минимально или отсутствует (например, ночное наблюдение за розничными магазинами или офисными зданиями без окон или естественного освещения), даже камера TDN не обеспечит кристально четкого изображения. Вам нужны мощные ИК-осветители, чтобы освещать полную темноту.

ИК-подсветка на расстоянии

Чтобы запечатлеть детали в темноте, убедитесь, что используемая камера имеет дальность ИК-подсветки, достаточную для области, которую необходимо захватить. Камеры ночного видения более низкого качества могут иметь несколько светодиодов, но они могут освещать объекты только на расстоянии нескольких футов. Посмотрите спецификацию или протестируйте камеру, чтобы убедиться, что она обеспечивает достаточное расстояние освещения. (ИК-камеры более высокого качества могут освещать объекты на расстоянии 150 футов и более).

Даже на близком расстоянии полезно опробовать камеру, чтобы знать, чего ожидать.

В приведенном ниже примере вы можете увидеть, что происходит, когда ИК-подключение включено, и когда оно отключено. Посмотрите, как ИК-камера слева продолжает освещать объект даже при 0 люкс, в то время как камера справа без ИК-подсветки не может ничего уловить? Без ИК поле зрения в конечном итоге становится черным.

Избегайте белого затемнения

Теперь, если вы использовали ИК-камеры в прошлом, вы, возможно, столкнулись с неприятным эффектом «белого затемнения», когда ИК-излучение камеры освещает объект до такой степени, что это уже не заметно. Это может произойти, когда объект перемещается слишком близко к камере.

Чтобы избежать этой ловушки, ищите камеры с динамическим интеллектуальным ИК или встроенными светодиодами, которые автоматически регулируются, чтобы компенсировать расстояние до объекта, чтобы обеспечить правильную экспозицию.

См. пример ниже. Видео справа было снято с помощью наружной ИК-камеры March Networks ME4 с динамическим интеллектуальным ИК-подсветкой, а видео слева было снято камерой, в которой эта функция отключена.

Вы можете видеть, что, когда я приближаюсь к камере, светодиоды камеры слева освещают мое лицо, из-за чего мне трудно разглядеть черты моего лица. Однако динамическая интеллектуальная ИК-подсветка обеспечивает более равномерное освещение и лучшее общее качество изображения.

Динамические интеллектуальные ИК-камеры уменьшают эффект «белой мглы», автоматически регулируя свет для обеспечения постоянного освещения, независимо от того, насколько далеко объект находится от камеры. Это особенно полезно, если вы наблюдаете за небольшими помещениями, где объекты или люди могут приблизиться к камере. (Важное примечание: динамический интеллектуальный ИК , а не полезен, если вы контролируете большие пространства, такие как стадионы или парковки. В этих случаях я рекомендую отключить динамический интеллектуальный ИК и использовать только ИК. )

Рекомендации по работе с ИК-камерами

Подводя итог, можно сказать, что камеры ночного видения могут стать отличным дополнением к вашему общему плану обеспечения безопасности, но важно знать, какой тип камеры вам нужен и когда использовать динамический интеллектуальный ИК.

• Рассмотрим вашу заявку . Вам нужно внутреннее или наружное ночное наблюдение? И насколько велика зона охвата вашего наблюдения? Убедитесь, что вы выбрали камеру, предназначенную для вашего конкретного применения, с объективом и/или требуемой зум-возможностью.
• Адаптируйте ИК к вашим потребностям. Используйте динамическую интеллектуальную ИК-подсветку для освещения в ночное время в небольших помещениях. Отключите динамическую интеллектуальную ИК-подсветку и используйте только ИК-подсветку для больших площадей, таких как парковки и стадионы.
• Учитывать расстояние освещения . Ознакомьтесь с техническими характеристиками вашей камеры, чтобы убедиться, что ее ИК-возможности покрывают нужное вам расстояние. Рассмотрите возможность добавления отдельного ИК-луча для дополнительного освещения в ночное время, если это необходимо.

Как всегда, не стесняйтесь присылать нам свои вопросы и комментарии.

Как работают камеры ночного видения?

10 января 2020 г. | 10:13 утра

9314

0

Безопасность
камеры прошли долгий путь с момента их первого появления на рынке.
В настоящее время большинство камер безопасности оснащены режимом ночного видения, что позволяет им
смотреть и снимать кадры в полной темноте. Мы обсудим, как эти текущие
работу камеры видеонаблюдения ночного видения и различные технологии, используемые для
снимать и записывать в темноте.

Как работает
камера ночного видения работает?

Есть
различные типы приборов ночного видения, которые в настоящее время используются и доступны на рынке.
Это не различия между поколениями (т. е. Gen1, Gen2, Gen3), а
технологические различия, такие как цифровые и аналоговые. Все эти технологии
легко используются и доступны на рынках безопасности, охоты и камер.
Большинство камер безопасности используют цифровую систему, так как она состоит из
встроенный чип и датчик. Как и в большинстве камер, у вас есть возможность
улучшение цифрового зума. Эти цифровые системы могут работать как в дневное, так и в
ночь, так как нет риска повреждения внутренних компонентов из-за света
экспозиция. Точно так же, как камеры, телефоны или записывающие устройства, вы можете увеличивать или уменьшать
контроль усиления (чувствительности к свету). На другом конце ночного видения
рынке у вас аналоговое ночное видение. Эти устройства обычно используются в ночное время.
монокуляры зрения, защитные очки или прицелы для оружия, и дополнительно оцениваются
их уровень поколения (Gen1, Gen2, Gen3). Основное расхождение между
цифровая и аналоговая система, заключается в том, что в аналоговой используются увеличительные линзы (очень похожие на
традиционный оптический прицел), но с фотоэлектронным усилителем изображения в
центр увеличительного стекла. Эти трубки собирают весь доступный окружающий свет,
излучающие зеленое изображение (трубки с зеленым фосфором) или бело-черное (белые
фосфорные трубки) объекта или предмета вашего просмотра.

Инфракрасный
Ночное видение

Безопасность
камеры используют инфракрасное ночное видение, которое использует инфракрасный свет для
функция. Этот инфракрасный (ИК) свет совершенно невидим невооруженным глазом.
Подумайте о своем нынешнем пульте от телевизора, у которого есть красный светодиод на передней панели устройства.
и посылает инфракрасный сигнал на ваш телевизор. Вы не можете видеть этот луч
передавая на ваш телевизор, как он находится в инфракрасной фокальной плоскости. То же самое может быть
сказал об ИК-осветителях и ИК-подсветке. Эти устройства обычно монтируются
на саму камеру и светить прожектором инфракрасного света, позволяя этим
устройства для захвата изображений/видео и просмотра в полной темноте. Максимальная безопасность
камеры теперь оснащены встроенными инфракрасными светодиодами для обеспечения ночного видения в условиях низкой освещенности.
или без освещения.

Несколько
камеры безопасности, которые предлагают возможности ночного видения, также будут включать ИК
вырезать фильтр. ИК-фильтр представляет собой механический затвор, помещаемый между объективом
камеры и датчика изображения. Этот фильтр автоматически определяет
окружающий свет (солнечный свет, видимый свет) и применяет фильтр, чтобы блокировать
ИК-подсветка днем ​​для сохранения четкости изображения и дневного света.
Инфракрасный фильтр управляется датчиком освещенности на защитной панели.
камеры, а в сумерках датчик освещенности просто посылает сигнал на снятие
инфракрасный фильтр, чтобы больше света попадало на датчик изображения
камера безопасности. Это пропускает больше света, включая инфракрасный свет, исходящий от
сама камера. Как правило, все цифровые инфракрасные камеры показывают
черно-белое изображение в режиме ночного видения, а не зеленый оттенок, популяризированный
цветной фосфор аналоговых систем ночного видения.

Слабое освещение
Ночное видение

Слабое освещение
ночное видение основано на технологии усиления изображения (аналоговой) для обеспечения
цветное изображение ночного видения в условиях очень низкой освещенности. Когда окружающий свет
ударяется о заряженную пластину фотокатода, электроны испускаются через вакуум
трубки, которые ударяются о микроканальную пластину, вызывая засветку экрана изображения
с изображением того же рисунка, что и свет, падающий на фотокатод,
и находится на частоте, которую может видеть человеческий глаз. Аналоговые системы покажут
изображение либо в зеленом оттенке, либо в бело-черном изображении, в зависимости от изображения
Используемая трубка-усилитель (зеленый или белый фосфор). Потому что эта технология
использует оптический просмотр, в отличие от цифрового усилителя, четкость и
разрешение аналоговых устройств обычно намного четче, чем у цифровых устройств. Один
Обратите внимание, что из-за светочувствительной трубки у вас должен быть ИК-вырез.
фильтр или дополнительная мера предосторожности для ограничения воздействия света в течение дня. Там
существует вероятность повреждения внутренней трубки усилителя при воздействии слишком
много окружающего/видимого света (солнечный свет, автомобильные фары, прожекторы).

Заключение

Есть
несколько ключевых технологий в развитии камер безопасности. В первую очередь
усовершенствование цифровых и аналоговых компонентов, позволяющих работать день/ночь
камер ночного видения. В связи с различиями в технологиях важно
отметить, что цифровое ночное видение будет самым дешевым и самым бюджетным
дружественное устройство, упомянутое выше, в то время как аналоговое ночное видение будет
обеспечить более высокую цену из-за затрат, связанных с усилителем изображения
трубки и в целом более высокая четкость и разрешение.