Επιτήρηση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού

Η μεγάλη πρόκληση και οι διαθέσιμες επιλογές

Ένα από τα πλέον κρίσιμα πεδία συζήτησης και διαχείρισης στον τομέα της βίντεο-επιτήρησης, είναι η απόδοση των συστημάτων σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Η πλειονότητα των συστημάτων παρακολούθησης λειτουργούν σε μόνιμη βάση και με δεδομένο ότι πολλά εγκλήματα, παραβατικές και παράνομες ενέργειες, συντελούνται κυρίως στο σκοτάδι, αντιλαμβανόμαστε πόσο σημαντική είναι η απόδοση των συστημάτων και κατ’ επέκταση η προστασία των υπό έλεγχο χώρων εκείνες τις ώρες.

Του Δημήτρη Θωμαδάκη

Εκ φύσεως, η παρακολούθηση που βασίζεται σε βίντεο πρέπει να είναι σε θέση να λειτουργεί αποδοτικά, 24 ώρες τη μέρα, 7 ώρες την εβδομάδα. Πρέπει επίσης να λειτουργεί προληπτικά, όταν ο κίνδυνος εισβολής, επίθεσης ή άλλου συμβάντος παραβίασης είναι στο υψηλότερο επίπεδο. Όσο δηλαδή ο κίνδυνος αυξάνεται και κλιμακώνεται, τόσο περισσότερο επιτακτική είναι η ανάγκη για παρακολούθηση μέσω βίντεο με υψηλή ποιότητα. Σε πολλά συμβάντα κινδύνου που περιλαμβάνουν εγκλήματα, ληστείες, διαρρήξεις, επιθέσεις, ή γενικά παραβατική δραστηριότητα, ο κίνδυνος αυξάνεται όσο μειώνεται ο φωτισμός του περιβάλλοντος χώρου. Οι εγκληματίες αναζητούν τρόπους  να αποφεύγουν τον εντοπισμό τους, για αυτό και επιλέγουν να ενεργούν κυρίως σε σκοτεινές συνθήκες περιβάλλοντος όπου γίνονται δυσκολότερα αντιληπτοί από τα ανθρώπινα μάτια …αλλά ίσως και πριν κάποια χρόνια και από τεχνητά μέσα επιτήρησης. Η παρακολούθηση μέσω βίντεο, θα πρέπει να επιτελεί αποτελεσματικά τους σκοπούς της όπως η προστασία της εγκατάστασης, η ανίχνευση συμβάντων και η εξιχνίαση περιστατικών σε συνθήκες που συχνά δεν είναι ιδανικές, όπως δηλαδή όταν το επίπεδο του φωτός είναι ελάχιστο ή σχεδόν μηδαμινό. Τότε είναι που χρειάζεται συμπληρωματικός φωτισμός ή άλλες τεχνολογίες, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί ότι οι κάμερες θα μπορούν να λειτουργούν και να αποδίδουν τις προσδοκώμενες εικόνες.

Πως όμως μπορούμε να διαμορφώσουμε συνθήκες ιδανικής λειτουργίας για τα συστήματα επιτήρησης στο σκοτάδι; Η μια πρακτική που ήθελε κυρίως να προσθέτουμε άπλετο τεχνητό φως σε μία φυλασσομένη περιοχή τη νύχτα, δεν είναι πλέον από τις βασικές κατευθύνσεις για αρκετούς λόγους. Πρώτον, ολοένα και περισσότερες είναι οι επιφυλάξεις σε παγκόσμιο επίπεδο σχετικά με τον υπερφωτισμό, κάτι που έχει αναγκάσει πολλές επιχειρήσεις και οργανισμούς να αναθεωρήσουν την τακτική τους σε αυτό τον τομέα. Δεύτερον, ο φωτισμός μίας μεγάλης εγκατάστασης σε όλη τη διάρκεια της νύχτας είναι συνήθως μια ενεργοβόρα λύση που κοστίζει αρκετά. Επίσης, όσοι βλέπουν μία πολύ καλά φωτισμένη εγκατάσταση, συχνά υποθέτουν ότι εκεί δεν συντελείται κακόβουλη δραστηριότητα, καθώς ο επαρκής φωτισμός σημαίνει ότι η εγκατάσταση βρίσκεται σε επιχειρησιακή λειτουργία και άρα υπάρχει συνήθως η πιθανότητα του εφησυχασμού.

Κριτήρια επιδόσεων

Σήμερα είναι αλήθεια ότι διατίθενται κάμερες με εξαιρετικές επιδόσεις σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Ας δούμε όμως γιατί είναι τόσο σημαντική αυτή η παράμετρος.

Το φως είναι ουσιώδες στοιχείο για την παραγωγή οποιασδήποτε εικόνας. Χωρίς φως δεν μπορούμε να έχουμε εικόνα. Δεν υπάρχει τρόπος να παρακάμψουμε αυτό το γεγονός. Αν δεν πέφτει φως στα κυκλώματα μίας κάμερας, δεν μπορεί να παραχθεί σήμα. Οι κάμερες χρειάζονται φως σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο, προκειμένου να παράγουν οποιουδήποτε τύπου εικόνα. Το ελάχιστο ποσό φωτός που απαιτεί μία κάμερα για να λειτουργήσει είναι συνήθως ανάλογο με την ευαισθησία της.

Τα τελευταία 20 χρόνια, ο τομέας της παρακολούθησης μέσω βίντεο έχει δει πολλές τεχνολογικές εξελίξεις. Οι κατασκευαστές των συστημάτων διαθέτουν ομάδες έρευνας και ανάπτυξης, που δουλεύουν συνεχώς για να προσφέρουν ακόμα υψηλότερου επιπέδου επιδόσεις σε αυτό το τομέα. Οι αναλύσεις έχουν αυξηθεί από τις 330 τηλεοπτικές γραμμές στα σημερινά HD και 4K/UHD streams, ενώ διατίθενται επίσης κάμερες με ακόμα υψηλότερες τιμές σε megapixels.Η ανάλυση όμως δεν αποτελεί τη μοναδική εξέλιξη. Η λειτουργικότητα έχει επίσης αυξηθεί. Στο παρελθόν, οι κάμερες παρακολούθησης προσέφεραν λίγες βασικές λειτουργίες επεξεργασίας εικόνας. Πρόσθετα χαρακτηριστικά, όπως το WDR, οι “μάσκες” προστασίας ιδιωτικότητας, το multi-streaming, το VMD και το IVA και γενικότερα τα video analytics, ξεκίνησαν ως εξεζητημένες επιλογές για τα κορυφαία συστήματα μόνο, πριν γίνουν βασικά χαρακτηριστικά.

Στο τομέα τώρα της αντιμετώπισης του χαμηλού φωτισμού, η ευαισθησία φωτισμού, είναι η  προδιαγραφή που καθορίζει την ικανότητα της κάμερας να προσφέρει σήμα βίντεο υψηλής ποιότητας σε χαμηλό φωτισμό και ως εκ τούτου είναι – ή τουλάχιστον πρέπει να είναι- μια πολύ σημαντική πληροφορία που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή μιας κάμερας.

Αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει μια προκαθορισμένη ή προτυποποιημένη μέθοδος μέτρησης της ευαισθησίας. Στο παρελθόν υπήρχε μία κοινή αποδοχή στην αγορά, ότι η ευαισθησία πρέπει να αντιστοιχεί στο χαμηλότερο επίπεδο φωτισμού, μετρήσιμη στο ορατό πεδίο, που επέτρεπε στην κάμερα να προσφέρει peak-to-peak σήμα 1 volt, με κάθε επεξεργασία απενεργοποιημένη. Αυτή η μέτρηση είχε ληφθεί χρησιμοποιώντας φακό F1.2. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο μέτρησης, οι εμπορικές έγχρωμες κάμερες συνήθως είχαν ευαισθησία 8-10 lux. Σήμερα όμως βλέπουμε ονομαστικές τιμές 0,001 lux. Μπορεί να ακούγεται ότι η μείωση στις προδιαγραφές ευαισθησίας από τα 10 lux στο 0,001 lux είναι σημάδι τεράστιας καινοτομίας και ραγδαίων εξελίξεων στην τεχνολογία. Όμως αυτό, δεν ανταποκρίνεται απόλυτα στην αλήθεια, αφού η συγκεκριμένη εξέλιξη της τόσο μεγάλης μείωσης οφείλεται σε κάποιο βαθμό στους διαφορετικούς τρόπους μέτρησης της ευαισθησίας από τους κατασκευαστές.

Η ευαισθησία μπορεί να επηρεαστεί από μία ευρεία γκάμα διαφόρων μεταβλητών. Αν οι μετρήσεις έγιναν στο ορατό πεδίο ή στην πρόσοψη, η ανακλαστικότητα του πεδίου, η ταχύτητα του κλείστρου και η ενσωμάτωση του καρέ, το άνοιγμα του φακού, η ποιότητα του σήματος βίντεο, κτλ. Ως εκ τούτου, δεν είναι ασυνήθιστο να βλέπουμε τιμές ευαισθησίας οι οποίες σε περαιτέρω ανάλυση δεν ανταποκρίνονται στις ανάγκες των πραγματικών εγκαταστάσεων. Πρέπει να θυμόμαστε ότι οι τιμές της ευαισθησίας δε σημαίνουν πάντα ότι το βίντεο που καταγράφεται στα δηλωμένα επίπεδα θα είναι κατάλληλο για τον σκοπό του.

Καθώς αυξάνεται η ποιότητα επεξεργασίας, πολλοί κορυφαίοι κατασκευαστές καμερών ενσωματώνουν εξειδικευμένες τεχνολογίες που βοηθούν στη βελτίωση της απόδοσης, σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Ακόμα και με αυτές τις πρόσφατες εξελίξεις, το θέμα που παραμένει είναι το πως θα αυξηθεί το επίπεδο του φωτισμού που πέφτει πάνω στα pixels του αισθητήρα. Η πρόκληση δυσκολεύει από το γεγονός ότι όσο αυξάνονται οι αναλύσεις, τα pixels μικραίνουν. Αυτό σημαίνει ότι η απόδοση σε χαμηλό φωτισμό απαιτεί να πέφτει περισσότερο φως σε μικρότερη επιφάνεια.

Ποια είναι η κατάλληλη επιλογή;

Για να μπορέσουμε να επιλέξουμε τη βέλτιστη λύση προκειμένου να δημιουργήσουμε τις κατάλληλες συνθήκες απόδοσης του συστήματος επιτήρησης σε περιβάλλοντα με χαμηλό φωτισμό, χρειάζεται να λαμβάνουμε υπόψη τις εκάστοτε ιδιαιτερότητες και να αναζητούμε τις λύσεις που ταιριάζουν στις ανάγκες της κάθε εφαρμογής.

Η προσθήκη περισσότερου φωτός είναι όπως είναι λογικό μια συνήθης επιλογή σε αυτή τη πρόκληση. Εκεί όπου δεν τίθεται θέμα υπερφωτισμού, το λευκό φως μπορεί να επιτρέψει τη διατήρηση έγχρωμων εικόνων. Επίσης, η περίπτωση εφαρμογής αυτόματης ενεργοποίησης πρόσθετου φωτισμού, κατά τον εντοπισμό μιας ύποπτης κίνησης θεωρείται μια λύση που δεν επιβαρύνει οικονομικά.

Όταν όμως ο υπερφωτισμός δημιουργεί κάποιο θέμα, ή αν κάπου προτιμάται μία πιο διακριτική λύση, ο υπέρυθρος φωτισμός είναι μια σταθερά αξιόπιστη επιλογή είτε αυτόνομα, είτε ενσωματωμένος στις κάμερες.

Ο αυτόνομος υπέρυθρος φωτισμός προσφέρει μεγάλη ευελιξία στην τοποθεσία της πηγής φωτισμού, μιας και μερικές φορές δεν είναι πάντα η καλύτερη επιλογή να υπάρχει το φως στον ίδιο άξονα με την κάμερα. Επίσης, οι αυτόνομες συσκευές υπέρυθρου φωτισμού προσφέρουν ευρύτερη γκάμα επιλογών όσον αφορά στην κάλυψη γωνιών και στη μέγιστη απόσταση. Ο ενσωματωμένος υπέρυθρος φωτισμός στις κάμερες  έχει ορισμένες φορές κάποιους περιορισμούς, που αφορούν είτε την τροφοδοσία είτε την προσαρμογή. Οι περισσότεροι κατασκευαστές προσφέρουν πλέον εκδόσεις PoE (Powered over Ethernet) τροφοδοσίας του φωτισμού, ενώ κάποιες κάμερες προσφέρουν τροφοδοσία μέσω δικτυακού καλωδίου RJ45.

Η θεωρία λέει ότι η απόδοση καμερών υψηλότερης ανάλυσης σε χαμηλό φωτισμό, συχνά δεν θα είναι τόσο υψηλή όσο σε κάμερες τυπικής ανάλυσης. Ο λόγος υποδεέστερης απόδοσης των καμερών υψηλής ανάλυσης σε χαμηλό φωτισμό, έχει σχέση με το μέγεθος και την πυκνότητα των pixels στο κύκλωμα. Το μέγεθος των pixel επηρεάζει τις δυνατότητες χαμηλού φωτισμού της κάμερας, που είναι ο λόγος για τον οποίο οι αισθητήρες 1/2 ιντσών έχουν συνήθως καλύτερες επιδόσεις σε χαμηλό φωτισμό από τους αισθητήρες 1/3 ιντσών.

Έχοντας αυτό υπ’ όψη, σκεφτείτε ότι μία κάμερα HD με αισθητήρα 1/3 ιντσών έχει περίπου 2 εκατομμύρια pixels, ενώ μία κάμερα 4K / UHD με μικρότερου μεγέθους κύκλωμα έχει πάνω από 8 εκατομμύρια pixels. Καθώς τα pixels είναι κατά συνέπεια πολύ μικρότερα, αποτελεί πρόκληση να πετύχουμε το απαιτούμενο επίπεδο φωτός που πρέπει να πέσει στο καθένα.

Φυσικά, η πολύ διαδεδομένη λύση του ενσωματωμένου υπέρυθρου φωτισμού στις κάμερες οφείλεται στην ευκολία εγκατάστασης και στην πιο απλή διαχείριση συνολικά μιας πλατφόρμας επιτήρησης. Επίσης οι περισσότεροι αξιόπιστοι κατασκευαστές ενσωματώνουν στα σύγχρονα μοντέλα λειτουργίες που βελτιώνουν την απόδοση και την επεξεργασία του σήματος σε χαμηλό φωτισμό. Οι προσεγγίσεις στην επεξεργασία διαφέρουν, περιλαμβάνοντας έξυπνη βελτίωση σήματος και συλλογή φωτός. Άλλες προσεγγίσεις, όπως ενσωμάτωση καρέ και sens-up, έχουν καθιερωθεί αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν αν το σύστημα έχει οριστεί ως συμβατό με 4K / UHD ή HD, καθώς αυτές οι τεχνικές μειώνουν ουσιαστικά το συνολικό αριθμό καρέ ανά δευτερόλεπτο.

Οι νεότερες εξελίξεις τα τελευταία χρόνια σχετικά με την αντιμετώπιση του χαμηλού φωτισμού βασίζονται στη τεχνολογία Starlight. Παρόλο που υπάρχει μια έντονη συζήτηση για την οικειοποίηση από διάφορους κατασκευαστές αυτής της τεχνολογίας και το κατά πόσο κάποιες κάμερες που εμφανίζονται ως Starlight καλύπτουν τις προδιαγραφές της συγκεκριμένης τεχνολογίας, είναι σίγουρο ότι το όνομα αυτής της τεχνολογίας θα το ακούμε ολοένα και περισσότερο. Θα πρέπει όμως να επισημάνουμε ότι η απόδοση από μια Starlight σε μια άλλη Starlight κάμερα μπορεί να διαφέρει σημαντικά.

Οι κάμερες υπερ-υψηλής ευαισθησίας Starlight προσφέρουν την επιπλέον πληροφορία του χρώματος ακόμα και κατά τη νύχτα (σε σύγκριση με τις απλές κάμερες που γυρίζουν στο ασπρόμαυρο και φωτίζουν με τα IR), αλλά παράγουν φωτεινή εικόνα κατά πολύ καθαρότερη ακόμη και πέραν των 30, 40 ή 50 μέτρων των απλών καμερών με IR. Ορισμένες κάμερες αυτής της τεχνολογίας προσφέρουν εικόνες που πραγματικά είναι πιθανόν κάποιος να μην μπορεί να διακρίνει αν είναι μέρα ή νύχτα. Επίσης οι κάμερες αυτές καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και.

Αν ξεφύγουμε από τους όρους του Marketing, μπορούμε να πούμε ότι οι κάμερες τύπου Starlight μπορούν να λειτουργήσουν σε περιβάλλοντα με πολύ χαμηλό φωτισμό ακόμη και χωρίς υποβοήθηση από ορατό ή υπέρυθρο φωτισμό. Η νέα αυτή καινοτομία έρχεται να δώσει μία άλλη διάσταση στην παρακολούθηση σε υπαίθριους χώρους, λιμάνια, φωτοβολταϊκά πάρκα, σταθμούς, εθνικούς κόμβους, δρόμους, πάρκινγκ  κ.α.

Φυσικά υπάρχει πάντα η επιλογή των θερμικών καμερών που είναι μια ξεχωριστή κατηγορία και έχουμε ήδη αναφερθεί αρκετές φορές μέσα από άρθρα στο security manager.