Χαμηλός φωτισμός; Ένα πρόβλημα που έχει λύσεις.

Μέχρι πριν από λίγα χρόνια ο μεγάλος αντίπαλος των συστημάτων επιτήρησης ήταν η μερική ή ολική έλλειψη από φως στο περιβάλλον της εγκατάστασης των καμερών. Πλέον, υπάρχουν αξιόπιστες προτάσεις για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος.

Ο καλός φωτισμός αποτελεί μία από τις βασικότερες προϋποθέσεις για την ποιοτική λήψη βίντεο από τις κάμερες ενός συστήματος CCTV.

Όσο δε οι απαιτήσεις των χρηστών για διεύρυνση των ωρών λειτουργίας ενός συστήματος επιτήρησης αυξάνονται (24ωρη λειτουργία), τόσο περισσότερο προκύπτει η ανάγκη οι κάμερες να χρειάζεται να λειτουργούν ακόμα και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού ή και σε εντελώς σκοτεινά περιβάλλοντα.

Οι εταιρείες που δραστηριοποιούνται στον κλάδο των συστημάτων CCTV έχουν αντιληφθεί αυτήν την ανάγκη. Ως εκ τούτου, έχουν επενδύσει σημαντικούς πόρους στην έρευνα για τη βελτίωση της συμπεριφοράς των καμερών υπό αυτές τις συνθήκες. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές, μέσω των οποίων έχει βελτιωθεί σημαντικά η ποιότητα των εικόνων που καταγράφουν οι κάμερες CCTV, ακόμα και σε εντελώς σκοτεινά περιβάλλοντα. Οπότε είναι απαραίτητο και οι επαγγελματίες του χώρου να κατέχουν τις τεχνολογικές εξελίξεις πάνω σε αυτό το θέμα, ώστε να μπορούν να δώσουν την καλύτερη δυνατή λύση στους τελικούς χρήστες.
Πριν όμως γίνει συζήτηση για τα επιτεύγματα της τεχνολογίας και με ποιους τρόπους οι κάμερες μπορούν να αποδώσουν ακόμα και όταν ο φωτισμός δεν είναι επαρκής, θα πρέπει κάποιος να έχει κατανοήσει τα βασικά γύρω από το φως και το πώς ένα αντικείμενο είναι ορατό. Καταρχήν το οπτικό στοιχείο ενός αντικειμένου – δηλαδή αυτό που βλέπουμε εμείς μέσω της όρασής μας – υλοποιείται με την πρόσπτωση φωτός πάνω στο αντικείμενο και την αντανάκλαση αυτού. Το φως είναι που δίνει σε ένα αντικείμενο τη φωτεινότητά του (luminance) και τη χρωματότητά του (chrominance). Αφαιρώντας την πηγή φωτός από ένα χώρο, τότε κανένα αντικείμενο μέσα στο χώρο δεν θα είναι ορατό. Εδώ υπεισέρχεται η τεχνολογία και προσπαθεί ακριβώς να δώσει λύσεις ώστε οι κάμερες να μπορούν να καταγράφουν ανεξαρτήτως συνθηκών φωτισμού. Οι βασικοί τρόποι αντιμετώπισης της έλλειψης φωτός είναι δύο: Ο πρώτος είναι η χρήση τεχνητών πηγών φωτισμού και ο δεύτερος η προσπάθεια ενίσχυσης του αποτελέσματος που δίνει ο υφιστάμενος φωτισμός. Εύκολα γίνεται αντιληπτό ότι η δεύτερη μέθοδος βρίσκει εφαρμογή όταν στο χώρο υπάρχει έστω και ένας ελάχιστος φωτισμός, ο οποίος δίνει κάποια ασθενή οπτικά αποτελέσματα.
Η τεχνολογία λοιπόν, μπορεί πλέον να δώσει λύσεις είτε με τη μία πρόταση είτε με την άλλη. Φυσικά όμως αυτές οι λύσεις έχουν και το κόστος τους. Κόστος το οποίο δεν είναι μόνο το οικονομικό – που εκφράζεται όπως είναι φυσικό με την αυξημένη τιμή αυτών των συστημάτων – αλλά το οποίο έχει και άλλες πτυχές όπως η μειωμένη ποιότητα των εικόνων που λαμβάνονται με αυτές τις συνθήκες.
Σε τέτοιες εφαρμογές λοιπόν, θα πρέπει να γίνεται πάντα μια εξισορρόπηση ανάμεσα στο οικονομικό κόστος και στην απόδοση που θέλουμε να έχει το σύστημα που θα επιλέξουμε. Είναι εύλογο ότι όταν ζητούμε ένα σύστημα CCTV που να παρέχει εικόνες υψηλής ποιότητας με πολύ μεγάλη λεπτομέρεια και πιστή χρωματική απεικόνιση ακόμα και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, θα χρειαστεί να αποδώσουμε το ανάλογο οικονομικό αντίτιμο. Αλλά από την άλλη, δεν είναι απαραίτητο όταν χρειαζόμαστε απλώς ένα σύστημα το οποίο να παρέχει στοιχειωδώς ικανοποιητικές εικόνες καθ’ όλη τη διάρκεια του 24ωρου, να καταφεύγουμε σε ακριβές λύσεις υψηλής τεχνολογίας. Εκείνο πάντως που πρέπει να έχουμε υπόψη μας, ασχέτως με το τι υπόσχονται ορισμένοι κατασκευαστές, είναι ότι δεν υπάρχουν πανάκειες λύσεις που να καλύπτουν όλες τις απαιτήσεις.

Χρωματική πιστότητα
Ένα από τα χαρακτηριστικά προβλήματα που προκύπτουν σε συνθήκες έλλειψης σωστού φωτισμού είναι η προβληματική απεικόνιση των χρωμάτων. Ειδικότερα, για να αναπαράγει μία κάμερα τα χρώματα με τη μεγαλύτερη δυνατή πιστότητα, απαιτείται η ύπαρξη λευκού φωτός Συνήθως όμως οι χαμηλού κόστους προτάσεις ενίσχυσης φωτισμού βασίζονται σε χρήση λαμπτήρων χαμηλής πίεσης νατρίου, οι οποίοι παράγουν φως το οποίο μόνο λευκό δεν είναι. Χωρίς λοιπόν το λευκό φως, η χρωματική πιστότητα επηρεάζεται δυσμενώς, οπότε είναι προτιμότερο να κάνουμε χρήση μονόχρωμης κατάστασης εγγραφής, ειδικά δε όταν οι μονόχρωμες κάμερες δίνουν δυνατότητες υψηλότερης ανάλυσης και έχουν βελτιωμένη ευαισθησία.
Τα τελευταία χρόνια έχουν διαδοθεί ιδιαίτερα οι κάμερες που έχουν τη δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ έγχρωμης και μονόχρωμης κατάστασης λειτουργίας. Αποτελούν μάλιστα την κύρια πρόταση των περισσότερων κατασκευαστών, ενώ χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες. Στην πρώτη ανήκουν οι κάμερες που αναφέρονται ως έγχρωμες/ μονόχρωμες (colour/ mono) και στη δεύτερη οι κάμερες που χαρακτηρίζονται ως ημέρας/ νύχτας (day/ night). Οι εγκαταστάτες οφείλουν να είναι ιδιαίτερα προσεκτικοί, καθώς υπάρχουν κάποιες σημαντικές διαφορές ανάμεσα σε αυτές τις δύο κατηγορίες.
Οι έγχρωμες/μονόχρωμες κάμερες χρησιμοποιούν μεθόδους ψηφιακής επεξεργασίας για να δημιουργήσουν τη μονόχρωμη τελική εικόνα, όταν φυσικά λειτουργούν σε κατάσταση μονόχρωμης λειτουργίας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Αντιθέτως, οι κάμερες ημέρας /νύχτας χρησιμοποιούν αποσπώμενα φίλτρα αποκοπής υπερύθρων. Τα φίλτρα αυτά αφαιρούνται όταν η κάμερα μεταβαίνει σε μονόχρωμη κατάσταση, επιτρέποντας έτσι την πλήρη εκμετάλλευση του υπέρυθρου φωτισμού. Συνήθως δε, οι κάμερες ημέρας/νύχτας είναι και ακριβότερες από τις κάμερες τύπου έγχρωμης/ μονόχρωμης κατάστασης. Φυσικά, αυτή η διαφορά αντανακλά και στην ποιότητα εγγραφής, καθώς έχουν καλύτερα αποτελέσματα με ποιοτικότερες εικόνες εγγραφής.
Εντούτοις, οι χρήστες δεν χρειάζεται να προχωρήσουν στην ακριβότερη επένδυση, επιλέγοντας κάμερες ημέρας/νύχτας όταν δεν χρησιμοποιούνται υπέρυθρες πηγές φωτός προς ενίσχυση του φωτισμού. Πρέπει να γίνει αντιληπτό ότι όταν για την ενίσχυση του φωτισμού χρησιμοποιούνται συμβατικές πηγές φωτός και όχι ειδικοί υπέρυθροι ενισχυτές, τότε οι κάμερες ημέρας/νύχτας δεν προσφέρουν κανένα πλεονέκτημα. Φυσικά, στην αντίθετη περίπτωση οι κάμερες ημέρας/νύχτας παρά το ακριβότερο κόστος τους, αποτελούν ουσιαστικά τη μοναδική πρόταση, διότι μόνο έτσι δικαιολογείται και το κόστος προμήθειας των υπέρυθρων πηγών. Μόνο με τη χρήση των συγκεκριμένων καμερών επιτυγχάνεται το βέλτιστο αποτέλεσμα, όσον αφορά στην ποιότητα των εικόνων τόσο σε συνθήκες φωτισμού ημέρας, αλλά και σε σκοτεινούς χώρους όταν γίνεται συνδυασμένη χρήση με τους υπέρυθρους προβολείς. Δύο είναι λοιπόν οι τρόποι με τους οποίους μπορούμε να πετύχουμε καλύτερα αποτελέσματα σε δυσμενείς συνθήκες φωτισμού. Η χρήση πρόσθετων πηγών φωτός και οι ψηφιακές λειτουργίες στην κάμερα, που σκοπό έχουν να βελτιώσουν το τελικό αποτέλεσμα χωρίς ενίσχυση του φωτισμού.

Προσθήκη φωτός
Μία λύση για την ενίσχυση του φωτός σε σκοτεινούς χώρους είναι η χρήση πρόσθετων πηγών υπέρυθρου φωτισμού. Είναι μία λύση που χρησιμοποιείται όλο και πιο συχνά τα τελευταία χρόνια, ενώ και το Security Manager έχει ασχοληθεί με αυτές τις εφαρμογές σε προηγούμενα τεύχη του. Όμως βρισκόμαστε πλέον σε μια έντονα μεταβατική περίοδο όσον αφορά στις πηγές φωτισμού. Είναι γενικότερα αποδεκτό ότι τα LED και η δημιουργία φωτός με πηγές στερεάς κατάστασης, θα αποτελέσουν την κυρίαρχη τάση όσον αφορά στα συστήματα φωτισμού. Όσο το αρχικό κόστος επένδυσης αλλά και τα κόστη συντήρησης μειώνονται, ενώ παράλληλα απλοποιούνται και οι διαδικασίες εγκατάστασης αυτής της κατηγορίας προβολέων, τόσο περισσότερο θα διευρύνεται η εμπορική τους απήχηση και θα μεγαλώνει το μερίδιο που κατέχουν στην αγορά.
Παράλληλα, η χρήση του υπέρυθρου φωτισμού θα αυξάνεται καθώς υπεισέρχονται και άλλοι λόγοι, κυρίως περιβαλλοντολογικοί, που μπορεί μεν να μην είναι ιδιαίτερα εμφανείς, πλην όμως παίζουν ρόλο, καθώς όλο και πιο συχνά ανακινείται το θέμα της φωτορύπανσης. Σε αυτόν τον τομέα οι πηγές υπέρυθρου φωτισμού έχουν ένα συγκριτικό πλεονέκτημα, καθώς είναι γνωστός ότι αυτού του είδους ο φωτισμός δεν γίνεται αντιληπτός από την ανθρώπινη όραση.
Οπότε το ερώτημα που προκύπτει όσον αφορά στην ενίσχυση φωτισμού σε ένα χώρο είναι αν θα χρησιμοποιηθούν πηγές λευκού ή υπέρυθρου φωτισμού. Σε πολλές περιπτώσεις η έξυπνη χρήση του λευκού φωτισμού είναι απολύτως αποδεκτή, αναλόγως φυσικά και με τις εκάστοτε συνθήκες της εφαρμογής, τη γεωγραφική θέση του χώρου στον οποίο χρησιμοποιείται το σύστημα CCTV αλλά και την ισχύουσα νομοθεσία. Όταν υπάρχει το δικαίωμα επιλογής, είναι φυσικό να επιλέγεται η χρήση του λευκού φωτός, διότι απλούστατα επιτρέπει την αναπαραγωγή των χρωμάτων από τα συστήματα επιτήρησης. Τα πλεονεκτήματα που συνοδεύουν αυτήν την πρόταση, εκτός των αυξημένων δυνατοτήτων αναγνώρισης – κάτι φυσιολογικό καθώς οι έγχρωμες εικόνες βοηθούν πολύ περισσότερο στην αναγνώριση ανθρώπων και αντικειμένων – είναι και το χαμηλότερο κόστος προμήθειας συμβατικών έγχρωμων καμερών σε σύγκριση με τις κάμερες day/night ή colour/ mono, οι οποίες και θα είναι περιττές.
Όταν όμως απαιτείται επιπρόσθετος φωτισμός και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθούν πηγές λευκού φωτός, τότε αναγκαστικά στρεφόμαστε στην επιλογή του υπέρυθρου φωτισμού. Μια νέα τάση η οποία αυξάνεται συνεχώς είναι η εμφάνιση καμερών με ενσωματωμένους υπέρυθρους προβολείς (IR illuminators). Με αυτόν τον τρόπο ουσιαστικά γίνεται δυνατή η επιλογή ενός προϊόντος που να ενσωματώνει όλα όσα επιζητά ο χρήστης. Εκείνο βέβαια που θα πρέπει να προσεχτεί κατά την επιλογή ενός παρόμοιου μοντέλου είναι η ποιότητα και οι δυνατότητές του. Σε αυτήν την κατηγορία υπάρχουν ορισμένες πολύ ποιοτικές συσκευές, αλλά υπάρχουν και μοντέλα χαμηλού κόστους τα οποία μπορεί να παρουσιάσουν προβλήματα στην ευθυγράμμιση των υπέρυθρων ακτινών με το πεδίο θέασης της κάμερας, ενώ άλλα εμφανίζουν λευκές κηλίδες στις εικόνες, λόγω της αντανάκλασης των υπέρυθρων στο περίβλημα της κάμερας.

Ψηφιακή επεξεργασία
Η άλλη λύση για τη βελτίωση της απόδοσης των καμερών σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού είναι η χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας. Όσο ο πόλεμος ανάμεσα στις εταιρείες παραγωγής καμερών για την εμφάνιση μοντέλων που να λειτουργούν και σε χαμηλό φωτισμό αυξάνεται, τόσο οι κατασκευαστές προσπαθούν να ενσωματώσουν ψηφιακές μεθόδους επεξεργασίας των εικόνων για τη βελτίωση αυτής της λειτουργίας. Δύο είναι οι πιο διαδεδομένες τεχνικές που συμβάλλουν σε αυτόν το σκοπό. Μία είναι η τεχνική που αποσκοπεί στην αύξηση του φωτός που προσπίπτει στον αισθητήρα της κάμερας, με λειτουργίες όπως η αύξηση του χρόνου κλεισίματος του διαφράγματος (slow shutter modes) ή η αύξηση της ευαισθησίας (sens up). Η άλλη προσέγγιση είναι η ενίσχυση του αδύναμου σήματος, ώστε να βελτιωθεί η τελική εικόνα (gain control).
Όμως όλες αυτές οι λειτουργίες είναι λογικό να έχουν πολύπλευρες επιπτώσεις στην ποιότητα μιας εικόνας, με αποτέλεσμα να απαιτούνται άλλες ψηφιακές διεργασίες για την αντιμετώπιση αυτών των επιπτώσεων. Παραδείγματος χάρη, η ενίσχυση της φωτεινότητας μέσω της λειτουργίας gain control προκαλεί περισσότερο θόρυβο στην εικόνα
Επιπλέον, δεν πρέπει να παρασυρόμαστε από τις εντυπωσιακά χαμηλές τιμές ευαισθησίας που ορισμένοι κατασκευαστές ισχυρίζονται ότι διαθέτουν οι κάμερές τους. Συνήθως αυτές οι τιμές προκύπτουν ως αποτέλεσμα της χρήσης των διάφορων ψηφιακών μεθόδων επεξεργασίας, οι οποίες είναι γνωστές με διάφορα ονόματα όπως sens-up, frame integration, lolux modes και ουσιαστικά αποτελούν εκδοχές της βασικής λειτουργίας, που δεν είναι άλλη από τη μείωση της ταχύτητας του διαφράγματος (slow shutter mode). Στην πράξη, μειώνοντας την ταχύτητα του διαφράγματος, αυξάνεται ο χρόνος, άρα και η ποσότητα του φωτός που πέφτει στον αισθητήρα. Αυτό βέβαια συνεπάγεται ότι η κάμερα δεν καταγράφει εικόνες σε πραγματικό χρόνο, ενώ ορισμένες κάμερες μειώνουν τόσο πολύ την ταχύτητα εγγραφής, που κάθε κινούμενο αντικείμενο μέσα στο φόντο καταγράφεται ως μία θολή απεικόνιση, καθόλου ευδιάκριτη.

Λύσεις με αντίτιμο
Όπως διαπιστώνουμε, δεν υπάρχει μία απλή και μονοσήμαντη λύση στα προβλήματα εγγραφής σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Μία άλλη εναλλακτική λύση είναι η χρήση φακών ασφαιρικής γεωμετρίας (aspherical lenses). Μπορεί να είναι ακριβότεροι, αλλά η χρήση τους και η δοκιμή σε διάφορα τεστ αποδεικνύει ότι μπορεί να αυξήσουν σημαντικά την απόδοση της κάμερας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Εκείνο που πάντα πρέπει να έχουμε υπόψη μας είναι ότι γενικά οι λύσεις που προτείνονται για εγγραφή σε αυτές τις συνθήκες, μπορεί να δημιουργήσουν άλλα προβλήματα ή να είναι ιδιαίτερα υψηλού κόστους σε σχέση με το όφελος που προσκομίζουν. Για αυτό, είναι απαραίτητο να γίνεται μία ενδελεχής οικονομοτεχνική ανάλυση, στην οποία να γίνεται εκτίμηση των ωφελειών αλλά και μειονεκτημάτων της κάθε πρότασης και ανάλογα με τις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής να λαμβάνεται η τελική απόφαση.

Του ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ ΛΥΜΠΕΡΟΠΟΥΛΟΥ