Κάμερες Ευρείας Δυναμικής Περιοχής

Η βελτίωση των αισθητήρων εικόνας καθώς και η επεξεργασία της εικόνας, έχουν οδηγήσει τις κάμερες σε υψηλά επίπεδα ποιότητας. Οι κάμερες με ευρεία δυναμική περιοχή έρχονται να βελτιώσουν ακόμα περισσότερο την απόδοση των καμερών. Η ευρεία δυναμική περιοχή (Wide Dynamic Range) σε μία κάμερα, χαρακτηρίζει την ικανότητά της να μπορεί να απεικονίσει ταυτόχρονα τις πιο λαμπρές και τις πιο σκοτεινές περιοχές του πεδίου θέασης. Ορίζουμε τη δυναμική περιοχή ενός αισθητήρα ως 20log(S/N), όπου S είναι η μέγιστη τιμή σήματος και Ν είναι ο θόρυβος του αισθητήρα.

Οι αισθητήρες εικόνας έχουν μία πολύ περιορισμένη δυναμική περιοχή, με τιμές που κυμαίνονται από 65-75 dB. Σύμφωνα με τα παραπάνω, το εύρος της δυναμικής περιοχής μπορεί να αυξηθεί με δύο τρόπους:

• Ελαττώνοντας το θόρυβο του αισθητήρα, οπότε διευρύνουμε την κλίμακα στις πιο σκοτεινές περιοχές.
• Αυξάνοντας το επίπεδο του εισερχόμενου επιπέδου φωτός, οπότε διευρύνουμε την κλίμακα στις πιο φωτεινές περιοχές.

Το ανθρώπινο σύστημα όρασης έχει ένα εύρος δυναμικής περιοχής περίπου 200dB. Βέβαια, δεν μπορεί να λειτουργήσει στην τεράστια αυτή περιοχή στον ίδιο χρόνο. Σύμφωνα με το φαινόμενο της προσαρμογής λαμπρότητας (brightness adaption), προσαρμόζεται στις διάφορες συνθήκες, με αλλαγή της ευαισθησίας του. Αυτό το επιτυγχάνει με τη βοήθεια κυρίως τριών μηχανισμών: της αλλαγής της διαμέτρου της κόρης του οφθαλμού, της νευρικής προσαρμογής και της φωτοχημικής προσαρμογής. Είναι προφανές ότι αυτοί οι μηχανισμοί είναι αρκετά πολύπλοκοι και δεν μπορούν να εξομοιωθούν ακριβώς.
Μία κάμερα WDR έχει σχεδιαστεί για να λύσει το πρόβλημα της κακής ποιότητας εικόνας που παράγεται από τον υψηλό φωτισμό υποβάθρου (backlight), ο οποίος εμφανίζεται σε πολλά μέρη, όπως είσοδοι κτηρίων, τράπεζες, ΑΤΜs, χώροι στάθμευσης αυτοκινήτων κ.ά. Οι πιο απαιτητικές συνθήκες για την απόδοση μιας κάμερας εμφανίζονται σε περιοχές όπου η κάμερα πρέπει να αποδίδει ικανοποιητικά, τόσο την ημέρα όσο και τη νύχτα. Οι μεταβολές στο φωτισμό υποβάθρου (backlight) την ημέρα, καθώς και η λάθος εγκατάσταση των φώτων στη διάρκεια της νύχτας, μπορεί να αποτελέσουν σημαντικό πρόβλημα. Ως παράδειγμα μπορούμε να αναφέρουμε μία κάμερα που είναι τοποθετημένη να επιτηρεί μία αίθουσα αναμονής (π.χ. σε μία τράπεζα). Το κύριο έργο της είναι η ταυτοποίηση των ατόμων που βρίσκονται στην αίθουσα. Με ένα έντονο φυσικό φωτισμό είναι αδύνατο να παραχθεί αξιοποιήσιμη εικόνα για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα με την κλασική τεχνολογία. Για να λυθεί το πρόβλημα, συνήθως γίνεται ένας συμβιβασμός και τοποθετείται η κάμερα σε κάποιο άλλο σημείο. Πολλές φορές όμως, αυτό δεν είναι εφικτό εξαιτίας των ιδιαίτερων συνθηκών ασφαλείας των χώρων που επιτηρούνται. Επιπλέον, μια απλή μετάβαση από την κανονική λειτουργία σε λειτουργία backlight και η αύξηση της φωτεινότητας κατά μερικά dB (BLC on) δεν είναι επαρκής. Απαιτείται λοιπόν μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση με έλεγχο της δυναμικής περιοχής, η οποία μόνο με προηγμένη τεχνολογία μπορεί να επιτευχθεί.
Ο πιο ενδεδειγμένος τρόπος είναι να γίνει χρήση καμερών WDR, οι οποίες προσφέρουν προσαρμογή στις συνθήκες του φωτισμού υποβάθρου με αυτόματο τρόπο. Οι κάμερες WDR δεν παρέχουν απλώς μία μετάβαση από την κανονική λειτουργία, επειδή συχνά οι συνθήκες που δημιουργούν τη backlight κατάσταση θα βελτιωθούν μετά από μερικές ώρες (π.χ. ηλιοβασίλεμα, συννεφιά κ.ά.). Επίσης, εξαιρετικά φωτεινές πηγές που βρίσκονται τοποθετημένες απέναντι από την κάμερα, δημιουργούν το φαινόμενο του «φωτοστέφανου», το μέγεθος του οποίου μόνο με κάμερες που χρησιμοποιούν τεχνολογία WDR μπορεί να ελαχιστοποιηθεί. Οι κάμερες WDR αποδίδουν τη λεπτομέρεια της εικόνας όταν βρεθούν απέναντι από φωτεινές πηγές, τόσο καλά, όπως και στη σκιά.
Τέλος, δεν πρέπει να αγνοηθεί ο σημαντικός ρόλος του φακού στην απόδοση μιας κάμερας WDR. Για να έχουμε το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα, ο φακός θα πρέπει να έχει χαρακτηριστικά όπως η υψηλή αντίθεση και το υψηλό sharpness, να παρουσιάζει την ελάχιστη εκτροπή φωτός, να διαθέτει πολύ καλή διόρθωση χρώματος στην ορατή και IR φασματική περιοχή, να εμφανίζει τη μικρότερη ολίσθηση της εστίασης στη μετάβαση από την ορατή στην ΙR περιοχή κ.ά.
Κλείνοντας τη σύντομη αναφορά μας, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι σήμερα οι κάμερες με τεχνολογία WDR προσφέρουν υψηλά επίπεδα απόδοσης και μπορούν πραγματικά να δώσουν αξιόπιστες λύσεις σε δύσκολες συνθήκες φωτισμού.

Του ΓΙΩΡΓΟΥ ΒΕΛΝΤΕ
Φυσικός – Ραδιοηλεκτρολόγος