دوشنبه , ۲ بهمن ۱۳۹۶
خانه / مقالات / مقالات نظارت تصویری / آموزش مقدماتی کاربرد مادون‌قرمز در نظارت تصویری
house_inset_infrared2

آموزش مقدماتی کاربرد مادون‌قرمز در نظارت تصویری

تقریباً تمام دوربین‌های نظارت تصویری در نور کم عملکرد ضعیفی نسبت به نور روز دارند. یکی از راهکارهای مرسوم برای غلبه بر این مشکل استفاده از ‌مادون‌قرمز‌ است. انتخاب‌ها و مسائل مختلفی در رابطه با مادون‌قرمز وجود دارد که در این مقاله به آنها می‌پردازیم‌:

  • طول موج مادون‌قرمز
  • تاثیرات کات فیلتر دوربین‌های رنگی
  • انتخاب ال‌ای‌دی مربوط به مادون‌قرمز
  • فاصله قابل دید
  • مسایل مربوط به آشکارسازی بیش از حد
  • امکانات پیشرفته آشکارسازهای مادون‌قرمز
  • مادون‌قرمز یکپارچه در مقایسه با مادون‌قرمزهای جداگانه

______________________________________________________________________________________

مقدمه‌ای درباره مادون‌قرمز

مادون‌قرمز نوری است که دوربین می‌تواند ببیند ولی انسان نمی‌تواند. چشم انسان نور مرئی در رنج ۳۹۰ تا ۷۵۰ نانومتر را می‌تواند ببیند. هرچند دوربین‌های نظارت تصویری علاوه بر نور مرئی می‌توانند رنج تابش مادون‌قرمز با دامنه بالاتری در حدود ۸۵۰ تا ۹۴۰ نانومتر را نیز ببینند.

pic1

شکل۱٫ نمونه جدول پاسخ‌دهی یک دوربین

در حالی که در نظارت تصویری می‌توان از نور مرئی‌/ سفید به عنوان یک انتخاب جایگزین استفاده کرد، تنها تعداد کمی از پروژکتورهای نور مرئی برای این کار در کنار دوربین‌ها استفاده می‌شوند. همین‌طور می‌توان از چراغ‌های روشنایی معابر نیز استفاده کرد. گذشته از در دسترس بودن محصولات مناسب، مزیت اصلی استفاده از تابشگرهای مادون‌قرمز آلودگی نوری کم و مخفی بودن نسبی آن است.

مرسوم‌ترین شعاع نوری مورد استفاده در نظارت تصویری، ۸۵۰ نانومتر، کاملاً مخفی نمی‌باشد و هنگامی که در شب به دوربین نگاه می‌کنید یک نور قرمز مرئی دیده می‌شود. هرچند تابش ۹۴۰ نانومتر این موضوع را کاهش می‌دهد اما فاصله تحت پوشش‌دهی آن تا نصف کاهش میابد و همچنین قیمت دوربین هم افزایش میابد. از همین رو آنها فقط در پروژه‌هایی که جنبه حیاتی دارند و در آنها مهم است که محل نصب و قرار‌گیری دوربین (بواسطه نور قرمز منتشر شده از مادون‌قرمز دوربین‌) مشخص نشود مورد استفاده قرار می‌گیرند. نهایتاً تابشگرهای ۱۰۳۰ نانومتر نیز موجود هستند که به عنوان نامرئی فروخته می‌شوند. هرچند قیمت بالای این نوع دوربین‌ها و امکان هماهنگی کمتر آنها با بقیه سیستم‌ها استفاده از آنها را بسیار محدود می‌کند.

تاثیر کات فیلتر برروی DIN و دوربین رنگی

بسیاری از دوربین‌های حرفه‌ای از کات فیلتر‌ مادون‌قرمز‌ استفاده می‌کنند و نور مادون‌قرمز  را فیلتر می‌کنند، که می‌تواند تاثیر بسزایی روی استفاده از تابشگرهای مادون‌قرمز‌ بگذارد. جلوگیری از رسیدن تابش‌های مادون‌قرمز ‌به سنسور تصویر دوربین در طول روز، در به حداکثر رساندن کیفیت تصاویر مهم است. از همین رو، بسیاری از دوربین‌ها این چنین عمل می‌کنند. ۳ نوع استفاده از این مورد وجود دارد‌:

  • یک کات فیلتر دائمی که همیشه اشعه‌های مادون‌قرمز را فیلتر می‌کند. این کار معمولاً در دوربین‌هایی که به نام “‌رنگی‌” یا “‌فقط رنگی‌” معروف هستند انجام می‌شود. این دوربین‌ها نسبت به اشعه‌های مادون‌قرمز کاملاً نابینا هستند. اگر شما یک تابشگر مادون‌قرمز به این دوربین‌ها اضافه کنید هیچ تفاوت یا بهبودی احساس نمی‌کنید.
  • یک کات فیلتر مادون‌قرمز مکانیکی که بنا به نیاز به داخل یا خارج حرکت می‌کند و اشعه‌های مادون‌قرمز را فیلتر می‌کند. این کار در دوربین‌هایی که به عنوان “‌روز / شب‌” معروف هستند انجام می‌شود، چون در طول روز فیلتر روشن است و اشعه‌های مادون‌قرمز را فیلتر می‌کند و در طول شب خاموش است و اجازه ورود اشعه‌های مادون‌قرمز را می‌دهد، اگر شما یک تابشگر مادون‌قرمز اضافه کنید تا زمانی که آن‌را برروی “‌حالت شب‌” قرار داده باشید تصاویر دوربین به نظر شفاف‌تر می‌آیند. در زیر تصویر یک کات فیلتر مادون‌قرمز را مشاهده می‌کنید.

pic2

چون کات فیلترهای‌ مادون‌قرمز باعث افزایش اندازه و قیمت دوربین‌ها می‌شوند، در اکثر دوربین‌ها از آنها استفاده نمی‌شود و فقط تابشگرهای مادون‌قرمز را در داخل محفظه دوربین قرار می‌دهند. این دوربین‌ها هیچ‌گونه کات فیلتری برای مادون‌قرمز ندارند و تابش‌های مادون‌قرمز را در طول روز و شب دریافت می‌کنند که می‌تواند باعث کاهش کیفیت تصاویر در روز شوند. اگر یک دوربین، ال‌ای‌دی‌های تابشگر مادون‌قرمز را در خود دارد اما نمی‌گوییم که یک دوربین “روز‌/ شب “‌است، به نظر می‌رسد که هیچ کات فیلتری برای مادون‌قرمز نداشته باشد. این مساله معمولاً در مورد دوربین‌های ارزان قیمت مادون قرمز صدق می‌کند.

از بین این سه نوع، دوربین‌های روز‌/ شب با کات فیلتر مکانیکی مرسوم‌ترین جایگزین به جای استفاده از مادون‌قرمز‌ها می‌باشد، چون معمولا بهترین کیفیت تصاویر را در نور کم در مقایسه با هر نوع دوربین مادون قرمز ارائه می‌دهند.

مقایسه ال‌ای‌دی‌های مادون‌قرمز

برخی فروشندگان برای فروش، تعداد بیشتر ال‌ای‌دی‌ها را به عنوان یک مزیت کیفیتی عنوان می‌کنند، مثلاً می‌گویند “‌دوربین من ۲۴ عدد ال‌ای‌دی دارد ولی آن دوربین فقط ۵ عدد دارد‌”. در استفاده از این مورد به عنوان معیاری برای تعیین کیفیت دقت کنید.

دو نوع کلی ال‌ای‌دی مادون‌قرمز در سیستم‌های نظارت تصویری وجود دارند:

  • ال‌ای‌دی‌های کم مصرف و ارزان قیمت
  • ال‌ای‌دی‌های گران قیمت حرفه‌ای با توان بیشتر (‌۱۰ برابر یا بیشتر‌)

در زیر تصویر این نوع ال‌ای‌دی‌ها را در کنار هم مشاهده می‌کنید.

pic3.jpg

به همین علت، با وجود اینکه برخی دوربین‌ها  تعداد کمتری ال‌ای‌دی‌ دارند، معمولاً می‌توانند فاصله بیشتری را پوشش دهند. بعلاوه‌ ال‌ای‌دی‌های بزرگتر و گران قیمت‌تر ممکن است قابل اطمینان‌تر باشند و عمر بیشتری نسبت به ال‌ای‌دی‌های کوچکتر و ارزان‌تر داشته باشند.

برای مثال اکثر تابشگرهای مادون‌قرمز از ال‌ای‌دی‌های حرفه‌ای‌تر و گران قیمت‌تر استفاده می‌کنند، در حالی که دوربین‌های ارزان قیمت مادون‌قرمزدار، از ال‌ای‌دی‌های ارزان قیمت استفاده می‌کنند. در سال‌های اخیر برخی از دوربین‌های مادون قرمز گران قیمت از ۳ تا ۵ عدد از ال‌ای‌دی‌های حرفه‌ای در داخل دوربین استفاده می‌کنند.

مشخصه‌های اساسی مادون‌قرمز

تمام تابشگرهای مادون‌قرمز دو مشخصه اصلی دارند. یکی از آن‌ها که می‌تواند مورد اطمینان باشد، پهنای تابش است، و دیگری که نمی‌تواند مورد اطمینان قرار گیرد، فاصله است.

پهنای تابش

پهنای میدان تحت پوشش تابش چند درجه باید باشد (مثلا ۱۰، ۳۰ یا ۶۰ درجه). این معیار به علت سادگی تعیین آن، می‌تواند یک معیار قابل اعتماد باشد. اینجا مساله اساسی منطبق بودن پهنای میدان دید دوربین و تابشگر است. اگر پهنای میدان تابشگر خیلی عریض باشد، مقداری از آن به هدر می‌رود و حداکثر فاصله تحت پوشش کاهش میابد. همچنین اگر خیلی هم کم عرض باشد اطراف تصویر تاریک می‌شود و در مرکز تصویر نقطه‌ای بسیار روشن خواهیم داشت، همانطور که در تصویر زیر دیده می‌شود.

pic4

شکل۲٫ پهنای تابش مادون قرمز نسبت به میدان دید دوربین بسیار کم عرض است

فاصله

یک تابشگر تا چه فاصله‌ای را می‌تواند روشن کند (‌مثلاً تا فاصله ۱۵۰،۹۰،۳۰ متری از منبع خود).

این معیار نمی‌تواند خیلی مورد اطمینان باشد چون دو فاکتور، آن ‌را تحت تاثیر قرار می‌دهند‌:

فضای داخلی یا خارجی : دیوارهای سفید که معمولاً در فضاهای داخلی به کار می‌روند اشعه‌ مادون‌قرمز را به خوبی بازتابش می‌کنند و حداکثر فاصله تحت پوشش را افزایش می‌دهند. در حالی که تابشگرهای مورد استفاده در فضاهای باز مانند پارکینگ و زمین‌های بازی و غیره، حداقل سطح موجود برای بازتابش را دارند و در شرایط کاملاً یکسان نسبت به فضای داخلی، فاصله کمتری‌ قابل پوشش دادن است.

متاسفانه بسیاری از تولیدکنندگان تابشگرها و دوربین‌های مادون‌قرمز محصولات خود را در اتاق‌های بزرگ با دیوارهای سفید رنگ تست می‌کنند و این بهترین سناریوی موجود است.

تابش موجود‌: مانند هر تابشی، قدرت تابش‌های مادون‌قرمز با مجذور فاصله از منبع کاهش میابد، این بدان معناست که تابش مدام در حال کاهش است. میزان تابش در حداکثر فاصله نامی معمولاً به حدی کم است که تنها می‌توان یک شکل کلی از شخص مشاهده کرد. به یاد داشته باشید، مانند نور مرئی اگر اشعه مادون‌قرمز کافی نداشته باشید، تصویر شما تیره و دارای نویز خواهد بود.

شما می‌توانید خودتان میزان تابش مادون‌قرمز را اندازه گیری کنید، اما آنچه که تولید‌کنندگان ارائه می‌دهند، حداقل میزان قابل قبول است که هیچ استاندارد معینی هم برای آن وجود ندارد.

به عنوان یک قانون، انتظار یک سوم یا یک دوم میزان فاصله نامی را برای فضاهای خارجی داشته باشید. و از آنجایی که میزان نامی هم خیلی نمی‌تواند مورد اطمینان باشد، قبل از انتخاب دوربین یا تابشگر آنرا شخصا تست کنید.

آشکارسازی بیش از حد

به راحتی می‌توان مقدار زیادی اشعه مادون‌قرمز داشت، همان‌طور که در روز ممکن است با نور زیاد خورشید دید شما مختل شود، در واقع این مشکل مرسومی در تابشگرهای مادون‌قرمز است.

در نظارت تصویری، تابشگرهای مادون‌قرمز مانند یک چراغ قوه یا پروژکتور ساخته می‌شوند، یک منبع نوری متمرکز و کوچک تا فضای کمتری اشغال شود و نصب آن نیز آسان‌تر باشد. مشکل زمانی پیش می‌آید که یک شیء به تابشگر خیلی نزدیک می‌شود، با توجه به میزان قدرت خروجی، دوربین تقریباً با نور بازتابشی زیاد کور می‌شود، مانند زمانی که یک نفر با چراغ قوه نوری به چشم شما بتاباند. مانند تصویر زیر :

pic5

به همین خاطر تابشگرها معمولاً عمق میدان کمی دارند. اگر یک شیء به منبع نوری خیلی نزدیک شود، دچار آشکارسازی (‌روشن شدن‌) بیش از حد می‌شود و اگر خیلی دور باشد میزان اشعه کافی برای آشکارسازی وجود نخواهد داشت. این مورد خیلی مشکل‌سازتر از نور خورشید یا نور پرژکتورها است، که تابش خیلی بیشتری هم دارند.

مشکل اصلی زمانی است که می‌خواهیم فردی را در فاصله خیلی دور یا خیلی نزدیک با جزییات ببینیم. تابشگری که فاصله تحت پوشش نامی آن ۱۰۰ متر است. اشیا را در فاصله ۷۵ متری به خوبی پوشش می‌دهد اما اگر شیء به فاصله ۲۵ متری بیاید و میزان تابش در همان مقدار باقی بماند، تصویر بیش از حد روشن می‌شود و چیزی قابل دیدن نخواهد بود.

امکانات پیشرفته تابشگرهای مادون‌قرمز

امکانات پیشرفته زیادی برای تابشگرهای مادون‌قرمز وجود دارد که یکی از آنها مربوط به مشکل آشکارسازی بیش از حد می‌شود.

 

مادون‌قرمز هوشمند‌/ قابل تغییر

امروزه‌ تعداد کمی از دوربین‌های مجهز به مادون‌قرمز، اگر شی به دوربین نزدیک شود، میزان توان پرتوهای مادون‌قرمز را کاهش می‌دهند و با این کار باعث افزایش کیفیت تصویر و از بین رفتن مشکل آشکارسازی بیش از حد می‌شوند.

این امکان فوق‌العاده است، اما دو مورد را در ذهن داشته باشید.

  • با کاهش توان، جزئیات اشیایی که در همان لحظه در همان صحنه و در فاصله‌ای دورتر قرار دارند، به علت کاهش توان پرتوهای مادون‌قرمز قابل رویت نخواهد بود.
  • این امکان باید در داخل خود دوربین قرار گیرد، چون دوربین ابتدا باید تشخیص دهد که آیا یک شیء وجود دارد و بعد میزان تابش مادون‌قرمز را تنظیم کند. همچنین این مورد به تصمیم‌گیری صحیح دوربین نیز بستگی دارد.

تنظیم خودکار پهنای میدان تابش

تنظیم پهنای میدان تابش و میدان دید دوربین می‌تواند یک مشکل باشد. امروزه دوربین‌های دارای مادون‌قرمز داخلی و امکان فوکوس خودکار می‌توانند میدان دید دوربین را چک کنند و میدان تابش مادون‌قرمز را با توجه به آن تنظیم کنند.

مادون‌قرمز و صرفه‌جویی در پهنای باند

هرچند ادعاهای فروشندگان مادون‌قرمز در مورد کاهش پهنای باند مصرفی محصولاتشان باعث ترغیب خریداران می‌شود اما آزمون‌های ما نشان می‌دهد که این ادعاها بسیار فراتر از واقعیت هستند.

زمانی که نور کم باشد، دوربین‌ها برای ارائه تصاویر باید میزان بهره خود را افزایش دهند. کنترل بهره باعث ایجاد نویز دیجیتال می‌شود که کد کردن را بسیار مشکل می‌کند و معمولاً باعث افزایش پهنای باند مصرفی می‌شود.

مادون‌قرمز، مانند نور مرئی، نور لازم برای دوربین را افزایش می‌دهد. با نور بیشتر، دوربین به کنترل بهره کمتری نیاز دارد، و در نتیجه پهنای باند مصرفی کاهش میابد. هرچند دو محدودیت اصلی وجود دارند‌:

  • تابش‌های مادون‌قرمز باید تمام صحنه را پوشش دهند. اگر برخی نقاط همچنان تاریک باقی بمانند، دوربین برای روشن شدن آن مناطق کنترل بهره را افزایش خواهد داد، و همچنان به پهنای باند بالایی نیاز دارد.
  • برای کاهش پهنای باند مصرفی در نور کم می‌توانید از دوربین‌های CBR یا دوربین‌های Cap to VBR استفاده کنید. بیت ریت کمتر هیچ تاثیری برروی کیفیت تصاویر نخواهد داشت چون پرش‌های ایجاد شده در پهنای باند برای کد کردن نویز هیچ‌گونه جزییات موثری را به شما نخواهد داد.

 

مادون‌قرمز‌های یکپارچه در مقایسه با مادون‌قرمز‌های جداگانه

دو انتخاب کلی برای استفاده از مادون‌قرمزها وجود دارد‌: دوربین‌هایی که تابشگر مادون‌قرمز داخل محفظه دوربین قرار دارند، که به آنها مادون‌قرمزهای یکپارچه می‌گوییم و تابشگرهای مادون‌قرمز که جداگانه و در کنار دوربین نصب می‌شوند. در گذشته تعداد کمی از دوربین‌های آی‌پی همراه خود تابشگرهای مادون‌قرمز داشتند بنابراین بسیاری از کاربران در صورت نیاز مجبور به استفاده از تابشگرهای جداگانه بودند. امروزه، اکثر دوربین‌های آی‌پی دارای مادون‌قرمز  یکپارچه هستند.

مزایای دوربین‌های دارای مادون‌قرمز یکپارچه

  • قیمت نسبتاً پایین‌: دوربین‌های با مادون‌قرمز یکپارچه معمولاً تنها ۱۰۰ دلار بیشتر از یک دوربین مشابه بدون مادون‌قرمز قیمت دارند.
  • نصب‌آسان‌: چون تابشگرهای مادون‌قرمز در داخل دوربین قرار دارند و نیازی به نصب قطعه‌ای جداگانه نیست.
  • سیم‌کشی آسان‌: معمولاً مادون‌قرمز‌های یکپارچه از همان PoE مورد استفاده برای دوربین استفاده می‌کنند.
  • امکانات پیشرفته‌: برخی دوربین‌های گران قیمت‌تر امکاناتی نظیر مادون‌قرمز هوشمند‌/ تطبیق‌پذیر و تنظیم پهنای تابش خودکار را ارائه می‌دهند که به وسیله تابشگرهای مادون‌قرمز جداگانه امکان‌پذیر نمی‌باشد.

معایب دوربین‌های مادون‌قرمز یکپارچه

  • فاصله تحث پوشش محدود‌: تقریباً هیچ مادون‌قرمز یکپارچه‌ای فاصله‌ بیشتر از ۳۰ متر را پوشش نمی‌دهد و اکثراً تا فاصله ۹ متری تصاویری قابل استفاده ارائه می‌دهند. اگر دیدن فاصله بیشتر مهم است در انتخاب این دوربین‌ها بیشتر دقت کنید.
  • مشکلات مربوط به تجمع حشرات اطراف دوربین
  • مشکلات مربوط به تعمیرات و نگهداری

با پیشرفت روز افزون دوربین‌های دارای مادون‌قرمز‌ یکپارچه و امکانات پیشرفته‌ای که ارائه می‌دهند، یافتن مزیتی برای مادون‌قرمزهای جداگانه خیلی مشکل است و تنها عامل ترغیب کننده‌ برای استفاده از آنها فاصله زیاد پوشش‌دهی آنها است.

تقریباً تمام دوربین‌های نظارت تصویری در نور کم عملکرد ضعیفی نسبت به نور روز دارند. یکی از راهکارهای مرسوم برای غلبه بر این مشکل استفاده از ‌مادون‌قرمز‌ است. انتخاب‌ها و مسائل مختلفی در رابطه با مادون‌قرمز وجود دارد که در این مقاله به آنها می‌پردازیم‌: طول موج مادون‌قرمز تاثیرات کات فیلتر دوربین‌های رنگی انتخاب ال‌ای‌دی مربوط به مادون‌قرمز فاصله قابل دید مسایل مربوط به آشکارسازی بیش از حد امکانات پیشرفته آشکارسازهای مادون‌قرمز مادون‌قرمز یکپارچه در مقایسه با مادون‌قرمزهای جداگانه ______________________________________________________________________________________ مقدمه‌ای درباره مادون‌قرمز مادون‌قرمز نوری است که دوربین می‌تواند ببیند ولی انسان نمی‌تواند. چشم انسان نور مرئی در رنج ۳۹۰…

User Rating: Be the first one !

پیشنهاد برای مطالعه:

videoanalytics

قابلیت‌ها و مزایای فناوری ویدئو آنالیتیک

در عصر دیجیتال، سرعت هیچ گاه تا این اندازه اهمیت نداشته است. مشتریان نیاز دارند …

پاسخ دهید

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