ИК-подсветка помогает уменьшить шум изображения, снижая требования к пропускной способности сети и сокращая объем видеоархива

Хеймиш Добсон и Вильям Райан, Bosch Security Systems, Inc.

Рис. 1. Зависимости битрейта (Мб/с) от освещенности (лк)

Рис. 2 Сравнение инфракрасной подсветки.
На верхнем кадре при выключенной инфракрасной подсветке интенсивность видимого света равна 0,08 лк, а битрейт составляет 13,4 Мб/с. При включении ИК-подсветки значение освещенности не меняется – 0,08 лк, а битрейт становится равным 1,21 Мб/с – происходит снижение на 91%.

Исследование показывает, что трафик от IP-камер без дополнительного инфракрасного освещения увеличивается по мере того, как меркнет свет. Применение ИК-подсветки поддерживает трафик на одном уровне.

Практически все камеры видеонаблюдения обеспечивают качественное изображение в дневное время, но по мере наступления сумерек некоторые IP видеокамеры сталкиваются с проблемами качества изображения и управления пропускной способностью. И, поскольку от систем безопасности требуется круглосуточная работоспособность, то ночное видеонаблюдение – это функция, определяющая общую эффективность системы.

ПЗС и КМОП-матрицы разработаны специально, чтобы видеть свет и снимать фотографии или видео. Если нет света, не может быть изображения. Сегодня многие камеры имеют очень низкие значения чувствительности, часто в диапазоне от 0,1 лк. Хотя эти камеры и работают при низкой освещенности, но специалисты рынка безопасности соглашаются с тем, что слабая освещенность ведет к шумным изображениям низкого качества. С ростом шума изображения происходит увеличение требований к пропускной способности сети или числу бит, передаваемых в одну секунду.

Чтобы понять причины высокой пропускной способности при низкой освещенности, следует рассмотреть функцию автоматической регулировки усиления видеосигнала (АРУ), действие которой заключается в усилении изображения при низком освещении. Тем не менее, эффект проявляется не только в усилении видеосигнала, но и в росте шума. Наступают сумерки, включается АРУ, что создает больше шума. В конце концов, «снег» и «зернистость» заполоняют ночные изображения. В этих условиях битрейт статических изображений становится в несколько раз выше, чем днем.

Этот рост битрейта напрямую зависит от взаимного влияния функции АРУ и методов компрессии, используемых в IP системах видеонаблюдения. Основной принцип сжатия состоит в устранении излишней информации для уменьшения размера файла. Сжатие требует компромисса между качеством изображения и размером файла. Максимальная степень сжатия создает файл меньшего размера, но более низкого качества изображения. Низкая степень сжатия создает более качественные изображения, но большего размера.

Наиболее популярные алгоритмы сжатия используют один из двух принципов преобразования данных:

• Удаление лишней информации видеосигнала, не заметной человеческому глазу, как, например, близкие градации цвета.
• Удаление избыточной информации, которая дублируется в одном кадре или между кадрами, такие, как крупные области, окрашенные в один цвет.

Алгоритмы сжатия неправильно интерпретируют шум и зернистость изображений, вызванные АРУ, как полезную информацию, которая не может быть сжата, как ненужная или избыточная. Таким образом, в ночное время изображения менее эффективно сжимаются, что приводит к большим размерам файлов, которые к тому же содержат меньше полезной информации.

Кажется, что проще всего решить эту проблему, отключив АРУ. Тем не менее, в результате этого мы бы получили в ночное время плохое или даже совсем бесполезное изображение.

Во многих приложениях интеграторы будут изменять частоту кадров и разрешение в соответствии с размером полосы пропускания сети или ограничениями в хранении. Например, если пропускной способности сети или объема для видеоархива недостаточно, общая стратегия будет состоять в сокращении частоты кадра, разрешения или сразу двух параметров. Однако у такого подхода есть недостатки. Снижение частоты кадров и разрешения ведет к созданию "дерганого" видео с низким качеством, в котором можно упустить критически важные моменты при наблюдении. Кроме того, низкая частота кадров и разрешение значительно ухудшают производительность программного обеспечения видеоаналитики, если оно используется.

Эффективность ИК-подсветки

Лучшим решением при создании высокопроизводительной ночной системы видеонаблюдения будет - применение инфракрасного освещения сцены.

На самом примитивном уровне, инфракрасное освещение - это свет. Несмотря на то, что этот свет невидим для человеческого глаза, ИК-подсветка является формой света, которую современные камеры наблюдения могут использовать для формирования изображений. Интеграция работы IP камеры с инфракрасной подсветкой будет обеспечивать изображения высокого сигнала с низким шумом. В этих условиях, функция АРУ становится ненужной и процесс сжатия работает эффективнее. В результате, подключив в систему ИК-подсветку, битрейт может снизиться на 90 %, в результате чего требования к пропускной способности будут соответствовать дневному уровню.

Использование ИК-подсветки не менее важно и на этапе хранения. Если камера передает по сети видео с определенным битрейтом, то видео будет занимать на диске точно такой же объем. Например, 1 Мбит/с видеопотока будет использовать 1 Мб в секунду, или примерно 1/8 = 0.125 мегабайт в секунду, что соответствует 0,125 х 3600 = 450 мегабайт в час - около 11 Гб в сутки или 75 Гб в неделю. Поскольку существует прямая зависимость между битрейтом и требованиями к архиву для хранения видеозаписи, ИК-подсветка может быть эффективной стратегией для сокращения потребности в хранении видео. Этот вопрос является особенно важным, поскольку диски являются достаточно дорогими расходными компонентами системы наблюдения.

В результате инфракрасное освещение не только повышает качество записанного видео, но также снижает объем видеоархива, повышает эффективность ширины пропускания и совершенствует видеонаблюдение ночью.

Существуют IP камеры уже со встроенной ИК-подсветкой и автономные инфракрасные прожекторы, устанавливаемые рядом с камерами видеонаблюдения. С добавлением инфракрасного освещения без значительных затрат повышается пропускная способность существующих IP систем наблюдения. А для новых систем ИК-подсветку следует проектировать на каждом объекте со сложными условиями освещения, который требует круглосуточного наблюдения.

Об авторах: Хеймиш Добсон является менеджером продукции Bosch Security Systems. Виллем Райан является менеджером по маркетингу продукции активного инфракрасного освещения, видео-оборудования для экстремальных условий и систем регистрации номерных знаков Bosch.