Dnr видеонаблюдение что такое
Выбор камер видеонаблюдения
Технологии и условные обозначения: WDR, DNR, BLC, HLC и другие
В других статьях мы обсудили физические параметры матрицы – её размеры, мегапиксели, светочувствительность. Теперь поговорим о процессоре. Он нужен, чтобы на лету обрабатывать изображение: сжимать, исправлять контрастность, гамму, реагировать на блики и свет ламп или фар. С его помощью даже недорогая камера покажет классную картинку. Если его функции настроены неправильно, напротив – может ерунда получиться.
Так случилось с Игорем. Пришел он и говорит: «продайте ваш комплект камер для дома. Барахло с Али мне не нужно, готовый ширпотреб-комплект тоже. Дайте хорошую камеру. Только без монтажа – сам установлю». Без монтажа, так без монтажа – продали. Звонит через два дня: «ах вы [нехорошие люди], что вы мне продали, ничего не видно»! Приезжаем. Правда, ничего не видно – сплошное белое пятно. Оказалось, что AGC не включен, Shuttle не настроен, WDR как надо не работает, и так далее. Подкрутили параметры, видеонаблюдение заработало — клиент доволен.
Если вы тоже подыскиваете камеру, нелишне узнать, как камеры на лету преобразовывают изображение и что при этом меняется в кадре. Мы расскажем о назначении основных алгоритмов.
Цифровые опции камер видеонаблюдения
Shutter (Затвор) настраивает скорость закрытия затвора. Ручная настройка пригодится, чтобы снимать быстрые движения при недостатке света.
Скорость закрытия затвора обозначается долями секунды: 1/1600, 1/500, 1/60 и так далее. Чем дольше затвор открыт, тем больше света попадет на матрицу и кадр получится светлым.
AGC (Automatic Gain Control, автоматическая регулировка усиления, АРУ) регулирует уровень сигнала, усредняя слишком яркие и темные участки кадра. Настройка одного этого параметра позволит добиться приемлемой картинки в офисе с лампами дневного света.
D-WDR (Digital Wide Dynamic Range, программный расширенный динамичный диапазон). Когда в кадр попадает яркий объект – окно или лампа – остальной кадр становится темным. Правильная настройка WDR сглаживает яркость сохранением контрастности. Поэтому окно перестанет быть белым пятном, а люди в кадре – черным.
Аппаратный WDR работает иначе: делает два кадра – с высокой и низкой экспозицией, а затем накладывает их друг на друга. Обозначение D-WDR указывает на программную обработку, но некоторые производители сбивают с толка, называя его просто WDR.
BLC (Backlight Compensation, компенсация задней засветки). Эта функция борется с прямыми источниками света – солнцем или лампой, направленной в объектив. Когда камера решает использовать BLC, она повышает уровень экспозиции картинки. Минус BLC в том, что яркие объекты становятся ещё ярче, поэтому то, если за объектом наблюдения яркая область, она потеряет контрастность. Для борьбы с этим, BLC используется совместно с WDR. Также для BLC можно настроить рабочие зоны.
HLC (High Light Compensation, компенсация яркой засветки) работает подобно BLC. Спасает камеру от слепоты в момент включения лампы или включённых фар. Вместо того, что резко изменить экспозицию, камера решает, затемнить, игнорировать источник света – будто накладывает на него трафарет.
DNR, 3D-DNR (3 Dimension Signal Noise Reduction) – шумоподавление. Классическая DNR сопоставляет соседние пиксели и решает, и отсеивает то, что посчитает шумом. 3D DNR – усовершенствованная технология она несколько раз сравнивает ряд кадров и на основании этого решает, что считать шумом. Добавочная польза шумоподавления – она уменьшает размер каждого кадра. В результате архив занимает на 30-60% меньше места.
White balance (баланс белого) особенно актуален для внутренних камер, чтобы убрать паразитные оттенки: желтизну или синеву. В простых случаях автоматическая регулировка справляется с задачей. В сложных – интенсивность каждого оттенка регулируется вручную.
Советы покупателям
Вернемся к Игорю. Он убедился, что технологии из списка должны работать, а не красоваться на рекламном буклете. Экстрабюджетные камеры из Китая или готовые комплекты в магазинах могут продаваться с сырой прошивкой и без надежд на её доработку. Часть функций, AGC или WDR, в них присутствует номинально. Сюрприз в том, что они не настраиваются и реализованы для галочки.
Это иллюстрирует случай на подземной парковке. В камере не было ручной регулировки перехода в режим с ИК-подсветкой. При плохом освещении камера сохраняла цвет, а изображение становилось шумным и прерывистым – отчасти из-за нехватки света, а отчасти оттого, что процессор не справляется с удалением шумов в реальном времени. Защищать от угона видеонаблюдение не могло.
В другой ситуации заказчик сам купил дешевые китайские камеры, хотя и на 5Mpx, а у нас приобрел видеорегистратор и монтаж. Регистратор так и не смог их увидеть. Мы снизили разрешение до 2Mpx – о чудо, всё заработало. Но заказчику-то было нужно 5Mpx! Разбирались долго. Оказалось, что камеры работают на строго заданном канале. В норме канал можно поменять, но у прошивки камеры просто не было для этого опции равно как и другой, нормальной прошивки. В результате, камеры пришлось заменить.
Избежать этого очень просто – доверяйте, если не монтаж, то хотя бы подбор оборудования, особенно камер людям с большим опытом. Что дает нам наш опыт? Мы тестируем много оборудования и сталкиваемся со множеством ситуаций, вроде описанных выше. Поэтому можем подобрать комплектующие правильно. К тому же, делаем это в подарок.
Наши рекомендации при покупке камеры
Настраивайте камеру, чтобы улучшить качество съемки. Лучше поручите это тем, у кого есть опыт.
Алгоритмы фильтрации шумов в видеонаблюдении. Отличие 3D-DNR от DNR.
DNR расшифровывается как Digital Noise Reduction. Это один из самых популярных алгоритмов, созданных специально для подавления шумов в системах видеонаблюдения. Дело в том, что именно DNR позволяет избавиться от шумов я связанных с недостаточным освещением. В итоге готовое видео попадает на сжатие и обработку в чистом виде, что значительно отражается на его качестве. Именно поэтому компания Microdigital использует его на своих камерах типа MDS-H309-2H.
Два способа подавления шумов
В современных системах видеонаблюдения используется два способа подавления шумов. Они основаны на использовании одинаковых алгоритмов, но имеются и комплексные отличия. Поэтому стоит рассмотреть каждый из них отдельно, чтобы получить общее представление для последующего сравнения.
Стандартный DNR очень часто называют 2D DNR. Это двумерное подавление шума, которое было очень распространено в современных системах безопасности и используется до сих пор. У него есть один существенный недостаток, который для некоторых становится камнем преткновения при выборе модели. Дело в том, что после обработки сигнала изображение получается намного расплывчатым.
2D DNR разделяют на пространственное и временное подавление шума. Они также имеют определенные отличия.
Пространственное шумоподавление
Данный тип алгоритма 2D DNR производит анализ исключительно пространственной область сигнала. Временной фактор при этом не учитывается. Фактически выполняется обработка объема изображения с устранением дефектов и размытых зон.
Временной фильтр
Этот алгоритм обработки производит анализа пикселей в разном временном направлении. Общее пространство при этом игнорируется. Выделяют два способа подобного анализа:
Адаптивный. Выполняется изучение пикселей, которые занимают одни позиции в разных кадрах.
Компенсационный. Производится анализ траектории движения пикселей. Оценка изображения при этом производится по фактическим результатам.
3D DNR
Этот тип фильтра более прогрессивный. Он использует реальные преимущества стандартных методов анализа пространственного и временного алгоритма, полностью устраняя их недостатки.
При использовании 3D DNR система подавления шумов снижает даже эффект аддитивного гауссовского влияния. Это достигается путем исследования большого количества последовательных кадров, но при этом применяется временная фильтрация.
Фактически это выглядит так:
Иными словами фильтр просто просматривает серию кадров, а если учесть то, что шумы являются нестатичными и не ярко выраженными, то пиксели с их присутствием будут сильно отличаться даже на соседних кадрах. Если такой анализ произвести несколько раз, то по количеству совпадений станет понятно, какой пиксель оставить, а какой необходимо убрать на финальном кадре.
Дополнительный эффект
В неблагоприятных условиях ведения съемки качество изображения сильно страдает от шумов. Они создают дополнительную нагрузку на матрицу и воспринимаются в качестве своеобразного информационного потока. Таким образом увеличивается объем файла записи.
При использовании фильтра 3D DNR достигается не только улучшение качества картинки, но и снижения размера файла. При использовании формата JPEG такая экономия может достигать 40%, а если вы ведете запись в MPEG, то это значение доводится до 70%.
Вместо вывода
На основании данных о разных алгоритма фильтрации шумов можно сделать вывод, что наличие системы DNR на устройствах видеонаблюдения просто необходимо. Ухудшение условий освещения может произойти моментально, а наличие такого фильтра позволяет получать качественную картинку даже в экстремальных условиях.
Рассмотренные две системы фильтрации сравнивать между собой не имеет смысла, поскольку 3D DNR является эволюционным продолжением линии DNR. Фактически это новое поколение алгоритма обработки сигнала, взявшее от своего прародителя все самое лучшее, оставив недостатки далеко позади. Поэтому вопрос выбора для многих очевиден.
1.Начнем с 3D DNR.
В переводе с анлийского 3D adaptive Noise Reduction Filter.
Функция 3DNR (3D-DNR) предназначена для уменьшения искажений до приемлемого уровня или их полного устранения.
В ходе эксплуатации камер внутреннего или наружного видеонаблюдения возникают помехи, которые снижают качество изображения. Вследствие этого какие-то детали могут остаться незамеченными. Особенно это касается объектов с усиленным режимом охраны и мест с большим количеством техники, создающей помехи.
Помимо стороннего оборудования (станков, электроприборов, кабелей, антенн и т. д.), помехи и искажения вызываются и самой камерой, в которой происходит постоянное течение электрического тока.
В зависимости от вызывающих их причин помехи бывают нескольких видов:
Преимущества 3D DNR
Следует отметить, что, очищая изображение от шумов, можно его испортить. Процедура очистки может исказить цветопередачу или привести к размытию изображения. Однако правильное применение технологии 3D DNR дает немалые выгоды.
Во-первых, она обеспечивает более чистый сигнал, что позволяет при его сжатии экономить дисковое пространство.
Кроме того, камеры, оснащенные технологией 3D DNR, дают более резкое изображение, что облегчает идентификацию тех, кто попал в кадр.
2.DWDR
Дело в том, что количество градаций серого (полутонов), которые может передать видеокамера, составляет лишь часть полного спектра, от чисто белого до чисто чёрного цвета. И если в кадре одновременно присутствуют яркие и тёмные участки (например, яркое небо в солнечный день и объект в тени), то видеокамера вынуждена рассчитывать экспозицию, пытаясь охватить максимум градаций яркости. В результате, яркие объекты оказываются темнее (ближе к серому), а тёмные — светлее (тоже ближе к серому). Таким образом, теряется контрастность изображения.
Технология расширения динамического диапазона как раз и позволяет передать все градации серого во всех участках кадра с максимальной достоверностью, сохранив контрастность, но при этом происходит потеря детализации.
Способность камеры применять специальные средства – цифровую обработку исходящего сигнала, для расширения динамического диапазона, называют функцией DWDR.
Разница между DWDR и WDR
DWDR и WDR фактически выполняют одну и ту-же функцию. Они реализуют расширение динамического диапазона, но радикально отличаются принципом действия:
WDR – использует аппаратные средства для реализации расширения динамического диапазона – цифровой сигнальный цветной сопроцессор. Эта функция более качественно и быстро обрабатывает поступающую со светочувствительной матрицы информацию. Распознает объекты, которые расположены в местах проблемных для съемки. Однако, модели видеокамер где реализована эта технология значительно дороже сопоставимых по качеству изображения изделий с функцией DWDR;
DWDR – применяет программные алгоритмы обработки видео. Это дает вполне удовлетворительный уровень распознания объекта в темноте, но довольно посредственное качество распознания засвеченных участков.
3. BLC
Во включенном режиме, микропроцессор будет выравнивать (сглаживать) освещенность по всему полю зрения камеры. Часто применяется на объектах с ярким задним фоном.
Видеокамеру часто сравнивают с органами зрения человека — она также имеет свою четкость, светочувствительность, воспринимает определенное количество кадров в секунду. Когда мы смотрим на предмет, находящийся между нами и ярким источником освещения, не всегда выходит рассмотреть его подробности. Причина засветки кроется в том, что отдельные пиксели, из которых состоит матрица, способны воспринять определенный максимум света. Если его больше, на изображении, выведенном на экран, появится просто светлое пятно.
Однако и до того, как максимум достигнут, происходит своеобразное насыщение. К примеру, солнце за спиной у человека «нагружает» матрицу настолько, что ее мощности становится недостаточно для четкого восприятия других элементов. Пиксели не успевают накопить достаточный заряд, поэтому в лучшем случае фото объекта получается менее освещенным, чем на самом деле.
Это создает определенные проблемы и в охранном видеонаблюдении: Не всегда получается распознать номер автомобиля, если у последнего включены фары; Яркий свет мешает рассмотреть лицо человека, проникшего на территорию; Сложно рассмотреть мелкие детали (надписи на коробках с товаром).
Расскажем о том, как эта компенсация работает на практике. Всего есть 3 варианта:
Использование диафрагмы, которая бы в случае увеличения потока света сверх некого предела, сужалась. Подобное и происходит в мире живых существ — при недостаточном освещении диафрагма максимально раскрывается, а при чрезмерном — сужается до предела;
Автоматическая регулировка усиления — предварительная обработка изображения, основанная на настройках максимального уровня освещения. Если они превышены на отдельном участке, оно искусственно занижается. На выходе (экране телевизора, мониторе) оператор увидит уже обработанные данные;
Применение затвора, который бы периодически закрывался, отсекая источник света от чувствительной матрицы. Если он был открыт непродолжительное время, то вероятность засвечивания снижается. Обычно применяется комбинированный вариант, в котором сочетаются все перечисленные способы.
Что значит BLC для видеонаблюдения? Это возможность вести его в условиях неблагоприятной освещенности, вызванных природными и другими факторами. В той или иной степени функция используется в большинстве современных камер.
Что такое 2D и 3D динамическое шумоподавление (DNR)?
Динамическое шумоподавление вызвано усилением усиления при обработке камеры безопасности. Искажение сигнала, или «шум», является неизбежным побочным продуктом усилителей при цифровой обработке для камер. Даже при работе на оптимальном уровне цифровые усилители, используемые в аудио- или видеоприложениях, создают некоторый шум. Это происходит как в аналоговых камерах видеонаблюдения, так и в цифровых SDI-камерах / IP-камерах безопасности, поскольку все они используют программное обеспечение для усиления сигнала в оборудовании цифрового сигнального процессора.
Видео «шум» может принимать форму «статического», тумана, спеклов (снега), дымки, нечеткости, прозрачных цветовых блоков и других визуальных артефактов, которые делают изображения с вашей камеры безопасности менее прозрачными. Поэтому снижение шума является важным аспектом дизайна и выбора камеры наблюдения. Это становится еще более важным по мере развития технологии отображения и дает людям возможность просматривать изображения с более высоким разрешением, такие как UHD (4K) и 8K CCTV.
На протяжении многих лет с помощью аппаратного и программного обеспечения использовались различные методы для очистки видео, генерируемого видеодатчиками CMOS и CCD. Одна из самых простых форм шумоподавления сравнивает один кадр с другим и удаляет любые странности, которые не появляются в каждом кадре. Сложные алгоритмы точно определяют, что такое «странность», которую нужно удалить. Это пример «временного шумоподавления».
2D-DNR лучше всего работает для очистки переднего плана изображения. Это можно заметить, например, когда вы смотрите на кадры с камеры наблюдения уличного фонаря ночью. Область, ближайшая к камере видеонаблюдения, будет прозрачной, а области, расположенные дальше, будут «солеными и пряными». Движущиеся объекты также могут быть проблемой в строго 2D-системе DNR, они могут выглядеть размытыми или оставлять следы затухания. Движение может «запутать» систему 2D-DNR. 3D-DNR был разработан, чтобы снять это ограничение.
3D-DNR добавляет «пространственное шумоподавление» к методам 2D-DNR. Этот тип шумоподавления сравнивает пиксели в том же кадре, а также между кадрами. Он устраняет зернистость
изображения при слабом освещении, обрабатывает движущиеся объекты, не оставляя следов, и делает изображения более четкими и четкими. Вся обработка усиления может также добавить некоторые уровни размытия при движении и задержки затвора, поэтому усиление всегда следует использовать с осторожностью.
Даже если качество изображения не является основной целью, есть еще одна причина, по которой стоит выбрать камеру с хорошим шумоподавлением. Если охранный видеорегистратор записывает видео с вашей камеры наблюдения, то он также записывает шум. Шум, когда он достигает вашего DVR, вызывает две проблемы, о которых вы хотите знать.
Во-первых, видео шум увеличивает размер файла, так как DVR записывает изображение плюс шум. Преимущественно чёрное изображение в ночное время, которое обычно создает небольшие компактные файлы, будет работать намного больше в зависимости от переменного шума. Кодеки сжатия, такие как h.265 и h.264, будут вынуждены сохранять все пятна соли и перца, помутнение и шаблоны смещения, возникающие из-за шума при значительно больших размерах файлов. Со временем размер файла увеличивается, и все жесткие диски имеют ограниченное пространство для хранения. Это проблема, которую можно предотвратить с помощью хорошего WDR.
Во-вторых, видео-шум может вызвать обнаружение движения, если видеорегистратор настроен на его использование. Это может вызвать ложные тревоги, раздражающие электронные письма от автоматизированной системы уведомлений и создать жалобы на потребление памяти.
Непрерывный баланс усиления с помощью регуляторов усиления сигнала и цифровых фильтров, таких как WDR, является важной частью этапов программирования. Программы контроля качества, такие как «MACROSCOP», гарантируют, что ваши пользователи будут пользоваться лучшими доступными настройками.
Обязательно предоставьте своим клиентам камеры самого высокого качества, прежде чем у них возникнут эти проблемы. Получение плохого видеоизображения часто достаточно, чтобы люди захотели купить высококачественную камеру. Если это не так, то платите больше места на жестких дисках или хотите приобрести высококачественную систему обнаружения движения, которая позволяет избежать ложных срабатываний, часто передумывает.
В ходе эксплуатации камер внутреннего или наружного видеонаблюдения возникают помехи, которые снижают качество изображения. Вследствие этого какие-то детали могут остаться незамеченными. Особенно это касается объектов с усиленным режимом охраны и мест с большим количеством техники, создающей помехи.
Помимо стороннего оборудования (станков, электроприборов, кабелей, антенн и т. д.), помехи и искажения вызываются и самой камерой, в которой происходит постоянное течение электрического тока. Функция 3DNR (3D-DNR) предназначена для уменьшения искажений до приемлемого уровня или их полного устранения.
В зависимости от вызывающих их причин помехи бывают нескольких видов:
Импульсные, которые визуально отображаются в виде точек белого цвета. Их можно представить в виде одной дельта-функции.
Помехи в виде пятен белого или серого цвета. Представляют собой 2 дельта-функции.
Гауссовы шумы, вызывающие снижение четкости картинки, изменение цветности. Обычно причина их появления связана с токами внутри самой видеокамеры.
Особенности и преимущества технологии
Использование технология 3DNR — способ уменьшить сторонние шумы. Она основана на сравнении отдельных кадров друг с другом. В автоматическом режиме проверяются объекты на снимках и различия в их расположении, величине и других параметрах.
Система сама анализирует их и отличает естественные процессы (перемещение человека, увеличение размера авто при его приближении и другие) от вызванных помехами (цветные точки, рябь). Сторонние детали в таких случаях удаляются, картинка приводится к максимально корректному виду.
Раньше повсеместно использовалась методика DNR — первая версия, предназначенная для выделения наиболее грубых ошибок. Однако она могла работать лишь с элементами, приближенными к камере. Все, что вдали, воспринималось в качестве фона и обработке не подвергалось. Нередко бывали случаи, когда система проводила анализ неверно и только ухудшала качество изображения.
В 3-DNR все ошибки были исправлены, и теперь она является незаменимым помощником каждого оператора видеонаблюдения. Ее преимущества:
удается обработать все объекты на картинке;
значительно повышается четкость изображения, снижается «зернистость»;
уменьшается размер кадра — экономится дисковое пространство для хранения;
улучшается видимость в условиях недостаточного освещения;
детектор движения начинает работать более эффективно.
Область применения 3DNR
Каждый специалист в области видеонаблюдения знает, что это 3-DNR. Об этой технологии полезно услышать и владельцам всех объектов, где она может быть использована:
объекты с большой территорией;
подъезды жилых домов, иные места со слабым освещением;
объекты с особым режимом охраны.
Что значит 3-DNR для организации видеонаблюдения у вас на предприятии, дома или в ином месте?
В первую очередь, это возможность контролировать обстановку при любых условиях — ночью, во время грозы, при наличии иных помех. Камера слежения с этой опцией способна прослужить не один год. Достаточно правильно выбрать место установки и правильно настроить систему. Поручить это желательно специалисту, способному предоставить гарантии качества выполнения работ.