динамический диапазон wdr что это
Что такое WDR и для чего это нужно в видеорегистраторе?
Видео, снимаемое автомобильным регистратором, не лишено некоторых изъянов. Те участки кадра, на которые во время съёмки попал более интенсивный световой поток, будут выглядеть чересчур светлыми, а участки кадра с недостаточным освещением, наоборот, могут быть сильно затемнены. Это связано с тем, при одной и той же выдержке камера вынуждена фиксировать и освещённые, и затемнённые участки. Испортить видео может как чересчур сильный световой поток, попадающий на матрицу камеры, так и недостаток освещения.
Как это работает? Первый кадр видеокамера делает с минимальным временем выдержки, благодаря чему чересчур сильный световой поток не успевает засветить участки картинки. Второй кадр камера делает с максимальной выдержкой и за это время матрица успевает запечатлеть изображение самых затенённых участков. Таким образом получаются два кадра: один максимально адаптирован для просмотра освещённых предметов, другой позволяет детально рассмотреть чересчур тёмные предметы. Дальше происходит совмещение этих двух кадров в один. Получающийся кадр обладает положительными сторонами каждого из двух исходных и в то же время лишён их недостатков.
Ещё одной ситуацией, способной испортить видеокартинку, является съёмка дороги в вечернее или ночное время и ослепление камеры регистратора фарами встречных автомобилей. Обычные видеорегистраторы не способны сделать качественное видео в подобных условиях. Видеорегистраторы, снабжённые функцией WDR, максимально сбалансируют кадры видео и сделают возможным их просмотр.
Какие видеорегистраторы поддерживают функцию WDR? Советуем обратить внимание на NEOLINE WIDE S30 и предлагаем видео, демонстрирующее возможности такой съёмки в ночное время.
Расширение динамического диапазона – WDR. Технологии от Axis, Samsung, Smartec, Vision Hi-Tech
Яркий дневной свет – критический вызов пользователям видеонаблюдения. Особенно свет, попадающий в затемненное помещение из дверного проема. Изображение, получаемое видеокамерой, получается размытым – распознать черты лица входящего человека бывает крайне затруднительно. Ирония в том, что видеофиксация людей на входе в здание является одним из приемов организации эффективной системы видеонаблюдения
Производители камер охранного видеонаблюдения предлагают различные методы решения проблемы засветки изображения. Принято называть их «расширение динамического диапазона» (WDR). Технология WDR должна обеспечивать качественное изображение как затемненных фрагментов сцены, так и засвеченных.
Однако для сравнения функций WDR от разных производителей не существует ни общепризнанных стандартов, ни каких-либо других подходов. Несмотря на то что динамический диапазон измеряют в децибелах (например, WDR 65 дБ или 110 дБ), каждый производитель волен предложить и свою методику измерения, поэтому сопоставлять функции WDR от различных разработчиков порой просто бесполезно.
Чтобы помочь покупателям и пользователям в выборе моделей оборудования с функцией WDR, представители ведущих в России поставщиков видеокамер – Axis, Samsung, Smartec и «Система СБ» (Vision Hi-Tech) – рассказали о принципах технологий WDR, используемых в своих продуктах, их ключевых отличиях и примерах реализации.
П.А. Рожков
Инженер поддержки продаж компании Axis Communications
Принцип метода WDR
Расширенный динамический диапазон WDR (как и DR) – отношение яркости самых светлых и темных объектов съемки – оценивается в децибелах. Считается, что чем выше значение WDR, тем лучше продукт мы имеем и тем более точное изображение мы получим. На сегодня существует большое количество алгоритмов определения данного отношения, но нет единого. Есть динамический диапазон сцены, за которой ведется наблюдение, динамический диапазон монитора, который нам ее отображает, а есть динамический диапазон матрицы камеры и результирующего изображения, которое камера передает.
Согласитесь, что для задачи видеонаблюдения в условиях сложной освещенности нам важно получить наиболее пригодное изображение, степень пригодности которого измерить в децибелах на практике представляется задачей затруднительной.
Попытаюсь объяснить на примере нашей новой камеры AXIS Q1604. В продукте используется технология получения изображения с несколькими выдержками (их длительность динамически определяется по мере освещенности отдельных пикселей) и специальные алгоритмы обработки изображения (в том числе алгоритм тонального отображения – Tone Mapping). Матрица камеры позволяет использовать динамический диапазон до 120 дБ. Из указанного значения мы вычитаем:
В итоге (в зависимости от условий) мы используем около 100 дБ и выше для автоматического подбора наиболее подходящих настроек.
Ключевые отличия
Мы обеспечиваем лучшее или как минимум не уступающее аналогам качество изображения с точки зрения видеонаблюдения и пригодности получаемого видеоматериала. Добиваемся мы этого за счет использования эффективных алгоритмов обработки изображения и за счет подбора подходящего динамического диапазона.
Выбор алгоритмов обработки изображения и динамического диапазона в продуктах AXIS зависит от сцены, за которой ведется наблюдение, и будет различаться для разных сцен. В результате обеспечивается изображение очень высокого качества (больше полезных деталей, меньше шума, а также более низкое влияние таких артефактов, как смазывание динамичных объектов (Motion Blur), мерцание от флуоресцентных источников света и пр.), не за счет использования заданных (статичных) настроек. Мы разработали WDR-камеры таким образом, что они сами выбирают оптимальные настройки в зависимости от условий их использования (сцены, за которой ведется наблюдение).
Примеры реализации
Наилучшего результата работы WDR на сегодняшний момент мы добились в камерах AXIS Q1604/-Е.
Внастоящее время готовится подробная публикация на эту тему, которая будет доступна на нашем сайте в разделе White papers axis (.com/ru/corporate/)
А.А Виталисов
Ведущий эксперт компании «АРМО-Системы»
Принцип метода WDR
В аналоговых телекамерах торговой марки Smartec реализовано три способа расширения динамического диапазона.
Ключевые отличия
В линейке телекамер Smartec применяются основные известные сегодня на рынке методы расширения динамического диапазона. Представляется интересным сравнить их между собой.
Примеры реализации
Программный и аппаратный методы расширения динамического диапазона известны довольно давно – сами технологии разработаны в конце 1990-х гг. В оборудовании Smartec они используются с момента появления линейки телекамер этой марки, а именно с 2006 г. В настоящий момент программный режим WDR реализован во всех телекамерах Smartec, созданных на базе процессора Sony Effio-E (например, STC-3019, STC-3512 и др.), а также на базе процессора Samsung Winner5 (это популярная линейка устройств Ultimate).
Аппаратный расширенный динамический диапазон применяется в телекамерах на базе процессора Sony Effio и матрицы Double Scan, например в моделях премиум-класса STC-3014, STC-3514 и STC-3518.
М.А. Савельев
Менеджер по продажам компании Samsung Techwin
Принцип метода WDR
Компания Samsung Techwin предлагает два метода расширения динамического диапазона – SSDR/eXDR и WDR.
Режим SSDR (Samsung Super Dynamic Range) реализован в телекамерах с процессором W5/SV5. Аналогичная технология под названием eXDR (eXtended Dynamic Range) используется в камерах с процессором A1. Благодаря анализу видеосигнала и коррекции яркости повышается видимая детализация затемненной области изображения при сохранении четкости и детализации более освещенной его области. Классический WDR-режим реализуется в телекамерах с процессорами SV5 и А1. Данный режим наиболее эффективный – используется ПЗС с прогрессивным сканированием, что позволяет реализовать получение изображений при разных значениях экспозиции с последующей компиляцией средствами DSP эталонного изображения с более равномерным распределением освещенности. Данная технология позволяет добиться 128-кратного расширения динамического диапазона для телекамер, работающих в стандарте PAL, и 160-кратного – в NTSC. Работа WDR-режима может быть настроена пользователем в меню камеры – есть возможность задать уровень WDR и чувствительность, определяющую контраст между светлыми и темными зонами изображения.
Ключевые отличия
Методы не являются уникальными на рынке систем безопасности (практически каждый производитель предлагает схожие решения, иногда придавая им уникальные названия и возможности), однако их эффективность напрямую зависит от мощности процессора обработки сигнала.
Примеры реализации
Компания Samsung Techwin начала использовать режим WDR порядка 5 лет назад с выпуском процессоров SV4, предлагая стационарные, поворотные и IP-камеры с этой функцией.
SSDR появился с выпуском процессоров 5-го поколения W5 и SV5 в 2009 г. Как уже отмечалось выше, телекамеры на основе процессоров SV5 и А1 имеют обе технологии – SSDR/eXDR и WDR и являются наиболее эффективными для решения задач видеонаблюдения в условиях сложного освещения.
Н.И. Чура
Технический консультант ООО «Система СБ»
Принцип метода WDR
Основной поставщик камер для компании «Система СБ», южнокорейский производитель Vision Hi-Tech, применяет в своих изделиях различные варианты технологий WDR.
В ассортименте моделей имеются варианты WDR с технологией PIXIM на основе оператив ного управления активными пикселями CMOS-матрицы, традиционной системы двойного сканирования Double Scan WDR. В свое время выпускались камеры с «цифровым» вариантом WDR на основе DSP NextChip. Но они разочаровали не только нас, но и производителя.
В настоящее время базовым вариантом технологии WDR от Vision Hi-Tech можно считать функцию WideLux. Практически это система двойного сканирования, выполненная на типовой матрице Super HAD II. По эффективности она напоминает известные системы Double Scan WDR, но существенно дешевле, поскольку вместо специальной матрицы двойного сканирования используется типовая матрица.
Ключевые отличия
Мы не будем рассматривать технологию PIXIM, реализованную на матрицах CMOS с поэтапным многократным (5 и более раз) съемом сигнала, и Digital WDR, не предполагающую управление сканированием или накоплением.
Основное отличие технологии WideLux от типового Double Scan – это реализация режима двойного сканирования с типовой матрицей Super HAD II и в каждом полукадре изображения. Данная технология обеспечивается с помощью уникального встроенного тактового генератора, позволяющего матрице работать на двойной скорости сканирования при расширении динамического диапазона.
В системе WideLux реализовано сближение временных интервалов накопления, что расширило возможности камеры при высоком контрасте изображения. Благодаря этому оба интервала накопления умещаются в течение одного полукадра, что сохраняет максимальным вертикальное разрешение камеры в сравнении с режимом Double Scan. При снижении освещенности камера WideLux переходит в режим одиночного сканирования с увеличением чувствительность более чем в 2 раза. Таким образом, камера WideLux использует режим двойного сканирования в условиях значительного перепада яркости в кадре и режим одиночного сканирования для условий с недостаточной освещенностью.
Примеры реализации
Как базовый вариант технологии расширения динамического диапазона, функция WideLux была предложена компанией Vision Hi-Tech в 2010 г. и реализуется в моделях видеокамер наблюдения цветного изображения высокого разрешения с режимом «день/ночь» серии S практически всех конструктивных вариантов.
Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #5, 2011
Как выбрать камеру видеонаблюдения по завуалированным характеристикам
Все мы умеем выбирать камеру, но не все умеем делать это правильно. В то время как сеть завалена обзорами на любую технику, исчезающее мало становится материалов, в которых действительно грамотно раскрываются возможности устройств.
Оптические приборы в этом отношении пострадали больше всего. Каждый человек знает про мегапиксели и разрешение, но когда речь заходит о более тонких материях, начинает «плавать». Если вы задумываетесь о покупке камеры (и не являетесь экспертом в этой области), полезно будет разобраться, что на самом деле означают непонятные аббревиатуры в характеристиках. Разобраться – это значит не только прочитать описание.
Про очевидное
Если начать гуглить «по каким характеристикам выбрать камеру видеонаблюдения», удастся познакомиться с удивительным миром интернета нулевых. Там, где еще обитают черно-белые камеры, аналоговые камеры, важность светочувствительности в люксах. Некоторые характеристики накладываются друг на друга (и взаимно аннигилируют) – не стоит об этом забывать.
Поэтому мы сосредоточимся на современных IP-камерах, поддерживающих облачный сервис Ivideon, и не будем касаться очевидных характеристик. Скорее всего, вы понимаете разницу между разрешением 1080р и720р, диагональным и горизонтальным углами обзора, а также знаете об инфракрасной светодиодной подсветке.
Однако часто в описании камер можно встретить аббревиатуры: 3DNR, AWB, AGC, WDR и другие. Что это такое и почему нельзя ориентироваться только на мегапиксели, разрешение и угол обзора? Важно ли вообще понимать все характеристики или достаточно один раз посмотреть пример видеозаписи выбранной камеры?
WDR (Wide Dynamic Range)
WDR (Wide Dynamic Range) – широкий динамический диапазон. Эта технология позволяет получать высокое качество изображения при любом перепаде уровней освещенности.
Динамический диапазон – это параметр камеры, характеризующий ее способность передать в изображении каждого кадра очень яркие и очень темные элементы сцены. Величину динамического диапазона обозначают в децибелах (дБ).
Динамический диапазон (ДД) реального участка территории обычно значительно превышает собственный ДД камеры, который в большинстве случаев находится на уровне 52−60 дБ: безоблачный солнечный день на улице – это 180 дБ, а хорошо освещенное помещение – от 126 дБ до 140 дБ.
Один из способов устранить этот недостаток – использовать математический алгоритм обработки каждого кадра изображения, в результате чего удается перераспределить яркость таким образом, чтобы весь кадр стал информационно насыщенным. Такая технология получила название Wide Dynamic Range, хотя на самом деле ничего общего с динамическим диапазоном она не имеет.
Камера без WDR не способна дать четкое изображение находящихся в тени объектов там, где есть как очень светлые, так и затененные участки или же свет падает сзади, например, если человек стоит на фоне ярко освещенного окна.
Типичные ситуации, когда сложно обойтись без WDR:
BLC (Back Light Compensation)
Back Light Compensation – компенсация встречной засветки. Технология позволяет скомпенсировать ярко освещенный задний план для хорошей проработки объектов, расположенных на переднем плане. Из-за BLC теряется информация в ярко освещенных участках сцены, зато объекты на переднем плане становятся хорошо проработанными.
При BLC микропроцессор выравнивает (сглаживает) освещенность по всему полю зрения камеры. Большинство камер сегодня имеют поддержку BLC, но она не идет ни в какое сравнение с возможностями Wide Dynamic Range. В лучшем случае BLC помогает сбалансировать условия освещения, чтобы выяснить, что находится на переднем плане изображения, однако фон остается размытым.
3DNR (3-Dimensional Noise Reduction)
3-Dimensional Noise Reduction (3DNR) – трехмерное шумоподавление. Технология 3DNR подавляет в изображении шумы, проявляющиеся при слабом освещении в условиях, когда в кадре присутствуют быстро двигающиеся объекты. 3DNR анализирует различия между последовательными кадрами видеоизображения и подавляет шумы с помощью перемешивания данных на кадре.
К недостаткам алгоритма можно отнести дополнительные дефекты и смазывания, проявляющиеся при движении в кадре. Однако, если режим шумоподавления включается только для отдельных кадров, то итоговое изображение получается и не шумным, и качественным.
AWB (Auto White Balance)
AWB – автоматический баланс белого цвета. Функция компенсирует искажения цветов, вызванные разными источниками освещения (солнечный свет, лампа накаливания или флуоресцентный свет), отсекая ненужный спектр света. При этом камера устанавливает температуру изображения цвета таким образом, чтобы получившиеся цвета на изображении имели те же оттенки и выглядели в точности так же, как происходит их восприятие невооруженным глазом.
Существует несколько различных алгоритмов AWB, но большинство из них подразделяются на две категории. Глобальные алгоритмы используют все пиксели изображения для оценки цветовой температуры. Локальные алгоритмы используют только подмножество пикселей на основе предопределенных правил отбора для этой задачи. Существуют также гибридные алгоритмы, которые выбирают лучший алгоритм на основе содержимого изображения.
AGC (Automatic Gain Control)
AGC – автоматическая регулировка усиления сигнала. Технология предназначена для улучшения качества изображения при недостаточном или чрезмерном освещении.
AGC начинает работать, когда освещенность на объекте имеет низкий уровень, а полностью открытая диафрагма не в состоянии компенсировать недостаток освещенности. Камера автоматически усилит видеосигнал, полученный в условиях более низкой освещенности, чтобы оптимизировать четкость изображения на плохо освещенной сцене. Однако чем больше будет усиливаться сигнал, тем выше будет и уровень помех на экране.
ROI (Region Of Interest)
Region Of Interest – область интереса. Технология позволяет устанавливать повышенное качество изображения в выделенных областях, выбранных на экране. Выделенная на кадре область записывается с максимальным качеством, остальная часть изображения записывается с меньшим разрешением. Использование данной функции значительно снижает трафик и место, занимаемое под архив.
Smart IR
ИК-подсветка засвечивает лицо, затрудняя опознание, когда человек близко подходит к камере. Smart IR – это технология, которая позволяет регулировать интенсивность ИК светодиодов камеры для компенсации расстояния до объекта. При съемке в темноте адаптивная ИК подсветка Smart IR автоматически регулирует мощность излучения в зависимости от расстояния до наблюдаемого объекта в кадре, позволяя получить изображение без пересвеченных областей.
HLC (High Light Compensation)
Реализации технологии HLC в камерах Hikvision
High light compensation — компенсация яркой засветки. В автоматическом режиме отслеживается точка яркой засветки и делается повторный кадр с игнорированием данных от ячеек матрицы в этом месте. HLC применяется для устранения отрицательного влияния на работу камеры ярких источник света попадающих в объектив. Наиболее часто этот режим используется при борьбе со светом автомобильных фар. Кроме того, HLC помогает устранить хоть небольшую, но заметную засветку вокруг уличных фонарей.
Заключение
На видео выше представлены записи с двух камер видеонаблюдения (Hikvision и Nobelic), у которых технические характеристики практически идентичны. Как видите, запись камеры ведут по-разному. Нельзя однозначно сказать, что какой-то поток видеоданных получился хуже другого. Тем не менее, разница видна невооруженным взглядом. На каком решении остановить свой выбор – зависит только от ваших потребностей, личного мнения и соотношений по другим параметрам (например, по цене).
Какое изображение лучше?
Мы перечислили далеко не все дополнительные возможности камер, но разобрали те моменты, которые вызывают больше всего вопросов у наших пользователей. Есть вы хотите улучшить свои знания в теории, есть множество разных источников – например книга А. Гонта «Практическое пособие по видеонаблюдению». Однако одной лишь теории не хватит, чтобы выбрать камеру видеонаблюдения. Всегда смотрите примеры видео!
WDR в видеорегистраторе что это и чем отличается от HDR
Наличие функции WDR в автомобильном регистраторе – это признак хорошего видеорегистратора. Стоимость таких моделей немного выше, чем устройств дешевого сегмента, но заплатив больше денег, получите качественную картинку с хорошей детализацией видеосъемки.
Что это такое
В двух словах, WDR в видеорегистраторе – это функция, делающая изображение равномерно освещенным, контрастным и максимально детализированным. Она позволяет снимать в трудных условиях: ночная съёмка, дождь, сумерки и т.д. Другими словами – улучшает изображения программным или аппаратным путем. Своего рода – «улучшайзеры» картинки.
Достигается такой эффект за счет программной «начинки» и аппаратного «железа» регистратора. Функция работает с динамическим диапазоном матрицы.
Динамический диапазон – это соотношение светимости наиболее яркого и темного объекта в кадре. Это способность записывать контрастное изображение без засветов и слишком темных участков. Измеряется в децибелах «dB», чем выше это значение, тем лучше. Запомните этот показатель, он имеет непосредственное отношение к сегодняшней теме.
Как это работает
Съемка с функцией WDR является финальным изображением результата совмещения кадров в разной экспозиции, яркости.
Одновременно делается два кадра, один с максимальной яркостью, второй с минимальной. На первом выбираются максимально яркие объекты, по ним выставляется уровень экспозиции для этого снимка, на втором – максимально темные, устанавливается уровень освещенности по полученным значениям. Затем происходит совмещение двух кадров программными средствами видеорегистратора. В результате получается сбалансированное изображение.
В отличие от HDR, WDR работает за счет аппаратных возможностей регистратора, за счет матрицы с более широким динамическим диапазоном от 100 dB, именно так переводиться аббревиатура – Wild Dynamics Range («Широкий динамический диапазон»).
Матрица способна за один кадр сделать 2-4 сканирования с разной выдержкой. Одно – с длинной выдержкой позволяет увидеть темные участки изображения, светлые засвечиваются. Второе – с короткой выдержкой помогает «увидеть» светлые элементы кадра. При сложении, получаем разборчивую картинку.
Какое оно бывает
Функция WDR делиться на два типа реализации:
Первый тип предпочтительнее. Электронная «начинка» регистратора выполняет функции расширения динамического диапазона эффективнее, чем программное обеспечение.
Как понять, по какому принципу работает WDR в вашем видеорегистраторе?
Это не написано в описании к выбранной модели, при покупке, тип реализации ни где не прописан. Так как узнать? – Внимательно изучаем технические характеристики или ищем в интернете описание матрицы.
В технической документации можно встретить такие аббревиатуры:
В технических характеристиках встречается надпись «Dynamic Range». Если это значение меньше 100 dB, значит, это DWDR, если больше – аппаратное. Например, TrueWDR 120 dB.
Что лучше HDR или WDR
Однозначно ответить нельзя. Обе функции полностью привязаны к техническим и программным возможностям моделей разных поколений регистраторов. Их реализация зависит от связки матрица-процессор.
Если что-то из этой пары не тянет или некорректно работает ПО, работы с динамическим диапазоном, не будет, как бы функция не называлась.
Обе опции должны помочь снять максимально контрастное видео без засвеченных областей. HDR делает больше уклон в сторону программного обеспечения, WDR – чаще опирается на возможности технической начинки устройства.
Вывод
С ростом технологий в будущем HDR будет заменено WDR, эта функция станет нормой для современных видеорегистраторов. Сегодня широко используются обе эти функции. Выбор между ними нужно делать, сравнивая изображения с регистраторов, оборудованных той или иной технологией.
Сравнивать видеосъемку нужно в момент въезда или выезда из тоннелей, подземных паркингов, когда происходит резкое изменение освещения. Потому что в рекламных видео производители используют для съемки идеальные условия.
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.