دوشنبه , ۲۹ مرداد ۱۳۹۷
خانه / مقالات / مقالات نظارت تصویری / آزمایش تاثیر بهره ‌/ AGC (کنترل بهره اتوماتیک) بر تصاویر نظارتی
Video surveillance and privacy issues

آزمایش تاثیر بهره ‌/ AGC (کنترل بهره اتوماتیک) بر تصاویر نظارتی

کنترل بهره (Gain) یک فاکتور مهم در شرایط نور کم در تصاویر نظارتی می‌باشد که اغلب نادیده گرفته می‌شود و تنها زمانی مورد توجه قرار می‌گیرد که جنبه‌های منفی ناشی از سطح بهره متجاوز، به نام نویز‌/ برفک در صفحه دیده شود.
در تصویر زیر که در یکی از آزمایشات در پارکینگ گرفته شده است یک مثال اولیه از این مشکل را می‌بینیم:

pic1

واضح است که نویز مشکل این تصویر می‌باشد و به طور ایده‌آل شما می‌خواهید آن را بر طرف کنید. این باعث پدید آمدن سوالات مهمی حول چگونگی استفاده موثر از کنترل بهره می‌شود.
در یک ویدیو ما توضیحی از کنترل بهره ارائه داده‌ایم. برای یادگیری بیشتر ما چند سری آزمایش در صحنه‌های مختلف ترتیب دادیم. برای هر صحنه ما ویدئو، عکس و میزان مصرف پهنای باند را یادداشت کردیم. این‌ها صحنه‌هایی است که ما آزمایش کردیم:
• سیاه و سفید Lux5 (تیره)
• سیاه و سفید Lux20 (کم نور)
• رنگی Lux4 (نسبتاً تیره)
• رنگی Lux300 (روشنایی روز)
آزمایش ما توسط ۳ دوربین HD از شرکت‌های اویجیلون ، اکسیس و بوش ، به منظور مشاهده رنج عملکرد‌ها انجام گرفت.
ما نتایج و پاسخ سوالات کلیدی زیر را به اشتراک می‌گذاریم:
• چگونه کیفیت عکس به طور چشمگیری با تنظیمات متفاوت کنترل بهره، تغییر می‌کند؟
• آیا شما باید از کنترل بهره استفاده کنید؟
• تنظیمات صحیح کنترل بهره برای استفاده، چگونه می‌باشد؟
• شما باید به دنبال چه گزینه‌هایی برای استفاده از کنترل بهره باشید؟
• چگونه تولید‌کنندگان به کنترل بهره‌های متفاوت دست می‌یابند؟
• کنترل بهره چگونه بین مودهای سیاه و سفید و رنگی تغییر می‌کند؟
• تاثیر پهنای باند در تنظیمات مختلف بهره چگونه است؟ سطح نور چه تاثیراتی بر تاثیر پهنای باند خواهد داشت؟
• مودهای VBR و CBR چه تاثیراتی در استفاده از کنترل بهره دارند؟
یافته‌های کلیدی:
بیایید با یافته‌های کلیدی آزمایشمان شروع کنیم:
• اهمیت فراوان کنترل بهره: در تمامی صحنه‌های شب، تصاویر نظارتی بدون کنترل بهره بسیار تیره خواهند بود و عملاً بلا‌استفاده می‌باشند. در حالی که عموماً کنترل بهره نادیده گرفته می‌شود، نقش آن بسیار حیاتی است و در شرایط نور کم تلاش برای خاموش کردن کنترل بهره برای از بین بردن رگه‌/ نویز تنها باعث بدتر شدن کیفیت تصویر خواهد شد.
• کنترل بهره اتوماتیک است: همان‌طور که از اسمش پیداست، کنترل بهره اتوماتیک، به طور اتوماتیک توسط تمامی دوربین‌ها کنترل می‌شود. در حالی که این قابلیت می‌تواند مقدار زیادی نویز تولید کند، غیر فعال کردن آن عموماً شرایط را بدتر می‌کند.
• AGC متجاوز: برخلاف تصویر‌برداری تبلیغاتی که کنترل بهره به میزان کم و متعادل استفاده می‌شود، تولیدکنندگان دوربین‌های نظارتی تمایل دارند از میزان زیادی کنترل بهره استفاده کنند. این الزامی است چرا که برخلاف تصویر‌برداری کنترل نور صفحه در نظارت بسیار مشکل است.
• تنظیم کنترل بهره: اگر شما می‌خواهید تاثیر پهنای باند و نویز تصویری ناشی از کنترل بهره را مینیمم کنید ۲ نوع تنظیم بهره ممکن می‌باشد:
۱) ثابت کردن بهره
۲) گذاشتن cap برروی بهره
اولین روش خطرناک است مگر اینکه شما بتوانید نورپردازی ثابت را ضمانت کنید اما روش دوم یعنی اختصاص دادن یک cap می‌تواند مفید باشد.
• بهره برای حالت سیاه و سفید و رنگی: هم حالت سیاه و سفید و هم رنگی از مشخصات مشابه نمایش و بهره استفاده می‌کنند، مانند لبه‌های تیز پهنای باند، نویز تصویری و ….. تفاوت بزرگ این است که دوربین‌ها بهره را برای حالت رنگی در سطوح بسیار بالاتری از نور نسبت به حالت سیاه و سفید فعال می‌کنند. (‌رنگی در lux50 و سیاه و سفید در lux20)
• بهره و پهنای باند بسیار هم‌بسته افزایش می‌یابند: همان‌طور که بهره افزایش می‌یابد پهنای باند نیز در یک منحنی به شکل چوب هاکی افزایش می‌یابد. جالب توجه است که این افزایش بدون توجه به سطح نور و یا حالت مورد استفاده اتفاق می‌افتد.
• از CBR یا VBR با یک cap استفاده کنید: تا زمانی که پهنای باند گارانتی شده است تا هنگام افزایش بهره، با لبه‌های تیز افزایش یابد. استفاده از CBR و VBR با یک cap پهنای باند می‌تواند تاثیرات جانبی منفی کنترل بهره را مینیمم کند.
در ادامه به یافته‌های کلیدی در آزمایشات می‌پردازیم:
پیکربندی و بهینه‌سازی بهره
بهره عموماً به دو روش کنترل می‌شود:
• سطوح: برای مثال، بالا، متوسط، پایین – این یک کنترل دانه درشت است.
• dbs: برای مثال، db0، db15، db30 و….، رنج یک کنترل بهره مناسب تمایل دارد بین db0 (خاموش) و db30 (خیلی زیاد) تغییر کند.
علاوه بر این روش‌ها دو گزینه اغلب در دسترس می‌باشند:
• ثابت: طبق پیش فرض، اغلب دوربین‌ها به طور اتوماتیک تشخیص می‌دهند که سطح بهره باید چه میزان باشد. به عنوان یک گزینه کاربر می‌تواند بهره را برروی یک سطح مشخص قفل کند (به عنوان مثال همیشه db6). این ممکن است خطرناک باشد، اگر شما این کار را در سطح بسیار پایین مثل db6 ‌انجام دهید و صحنه نسبتاً تاریک شود (مثلاً lux5)، کیفیت تصویر ضعیف خواهد شد. از سویی دیگر اگر شما بهره را در سطح بالا (مثلاً lux27) تنظیم کنید و صحنه روشن شود عکس توسط نویز/ برفک خراب خواهد شد.
• Cap: برخی دوربین‌ها به کاربر اجازه می‌دهند تا بیشترین بهره انتخابی دوربین cap بگذارد، این به دوربین اجازه می‌دهد بهره را نوسان دهد ولی به آن اجازه نمی‌دهد که برای ترجیح کاربر به سطوح بسیار بالا برود. این کار برای کاهش بعضی از نویزهای تصویری و جهش‌های پهنای باند مفید می‌باشد. اگرچه، این را در نظر داشته باشید که وجود cap تصویرساز را نسبت به ماکسیمم بهره تیره‌تر می‌سازد.
در ادامه به توضیح چگونگی استفاده از بهره و بهینه‌سازی آن با استفاده از دوربین‌های اکسیس و بوش می‌پردازیم:
نمایش کنترل بهره متغیر:
برای فهم چگونگی تاثیر کلی بهره برروی کیفیت تصویر، تصویر زیر صحنه‌های مشترک با نورپردازی مشترک با سطح بهره متفاوت را نشان می‌دهد. بالا‌ترین عکس بیشترین میزان بهره را داشته و هرچه به سمت پایین می‌آییم سطح بهره‌ها کمتر می‌شود. نگاهی بیاندازید:

pic2

در تصویر ۲ تقریباً همه موافق هستند که بالاترین عکس بهترین است. با این صحنه تاریک، داشتن بهره بالا برای نمایش همه جزئیات بحرانی است، درواقع حتی با گین db3 صحنه بسیار تاریک است.
حال بیایید تصاویر دیگری را با ۴۰ برابر میزان نور مقایسه کنیم، نگاهی بیاندازید: (تصویر زیر)

pic3

شما فکر می‌کنید کدام بهتر است؟ این تصاویر بسیار پیچیده‌تر از تصاویر اولی با زیر lux1 ‌نورپردازی می‌باشد. در این تصاویر با lux20 عکس با بیشترین بهره بسیار تیره است و از میزان زیادی نویز تصویری رنج می‌برد. در واقع عکس با بهره کمتر بهتر به نظر می‌رسد، اگرچه می‌توان بر سر اینکه کدام عکس با بهره کم بهتر است بحث کرد. در نظر داشته باشید که ما تنظیمات بهره اتوماتیک دوربین‌ها باری این تصاویر را چیزی حدود ۶ تا ۹ db تخمین زده‌ایم.
حالت رنگی – تاثیر بهره
همان مبادلات با واریانس بهره در حالت رنگی اتفاق می‌افتد. تفاوت بزرگ، همان‌طور که مقایسه زیر نشان می‌دهد(تصویر زیر)، در مود رنگی بهره در سطوح نوری بالاتر مورد نیاز است. طبق پیش فرض، در lux4، هر ۳ دوربین به طور اتوماتیک کنترل بهره خود را در بالاترین سطح تنظیم می‌کنند. شما می‌توانید این را با یک نویز کاملاً مشخص در هر عکس ببینید.

pic4

در مقابل، با غیر فعال کردن گین عکس‌ها تیره‌تر شده و رنگ‌ها بیشتر کمرنگ شده (بوش)، از دست رفته (اویجیلون) و یا تغییر یافته است (‌در عکس با دوربین اکسیس).

تاثیر بهره بر پهنای باند:

یکی از مشکلات نورکم در صنعت نظارت که بارها به آن اشاره شد، افزایش مصرف پهنای باند می‌باشد. شاید جالب‌ترین نتیجه بدست آمده از این آزمایش، بدون در نظر گرفتن حالت دوربین و یا سطح نور صحنه، همبستگی شدید سطح بهره و پهنای باند باشد. نمودار زیر که رابطه را نشان می‌دهد، اعداد بر اساس lux5 و در حالت سیاه و سفید دوربین اکسیس می‌باشد و الگوی مشابه با سطح نور بالاتر، حالت رنگی با دوربین اویجیلون نمایش داده می‌شود:

pic6

حد غیر مجاز پهنای باند به طور فزاینده‌ای با افزایش سطح بهره شیب می‌گیرد.
ما به بعضی دوربین‌ها با نویز بسیار زیاد و مصرف پهنای باند زیاد و در نور کم توجه کردیم. این به نظر نتیجه انتخاب یک ماکسیمم متجاوز برای کنترل بهره اتوماتیک از سوی تولید‌کنندگان می‌باشد. بر این مبنا ما به شما توصیه می‌کنیم تا مصرف پهنای باند خود را در نور کم بررسی نمایید. اگر خیلی بالا بود، ببینید که آیا cap برای کنترل بهره وجود دارد یا خیر و سعی کنید آن را از ماکسیمم پیش فرض کارخانه پایین‌تر بیاورید.

گزینه دیگر استفاده از جریان CBR یا VBR با یک cap برای ماکسیمم پهنای باند می‌باشد. تصویر زیر نتایج آزمایش‌های ما را در عکس‌برداری از صحنه‌هایی با ماکسیمم بهره و پهنای باند محدود به Mb/s1 نشان می‌دهند. کیفیت کلی عکس تغییری نکرده است، اما در کسری از پهنای باند.

pic7

تاثیر بهره از طریق دوربین‌ها:
در نهایت، ما یک مقایسه خلاصه از بهره و سطح نور، تنظیمات بهره و آزمایشات دوربین‌ها داریم. نگاهی بیاندازید و خودتان تفاوت‌ها را مقایسه کنید: (تصویر زیر) pic8

شاید جالب‌ترین چیزی که این جا در نور زیاد دیدیم (‌۳۰۰ لوکس در انتهای مقایسه)، این بود که اویجیلون مشخص‌ترین جزئیات را در عکس‌ها ارائه می‌دهد اگرچه در بهره پایین تصاویر دوربین اویجیلون اساساً ناپدید می شوند.

کنترل بهره (Gain) یک فاکتور مهم در شرایط نور کم در تصاویر نظارتی می‌باشد که اغلب نادیده گرفته می‌شود و تنها زمانی مورد توجه قرار می‌گیرد که جنبه‌های منفی ناشی از سطح بهره متجاوز، به نام نویز‌/ برفک در صفحه دیده شود. در تصویر زیر که در یکی از آزمایشات در پارکینگ گرفته شده است یک مثال اولیه از این مشکل را می‌بینیم: واضح است که نویز مشکل این تصویر می‌باشد و به طور ایده‌آل شما می‌خواهید آن را بر طرف کنید. این باعث پدید آمدن سوالات مهمی حول چگونگی استفاده موثر از کنترل بهره می‌شود. در یک ویدیو ما…

User Rating: Be the first one !

پیشنهاد برای مطالعه:

Coax-Cabling-175881451

ارتقاء سیستم های نظارت تصویری با کمک فناوری اچ دی روی کابل کواکسیال

مترجم: سارا ایزدیار در طول دهه­ ی گذشته فناوری دوربین‌های تحت شبکه بیشتر مباحث را …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *