امروزه ، یکی از ویژگی هایی که دوربین های تحت شبکه را منحصر به فرد میسازد low light بودن ، یا قابلیت و قدرت  کارکرد آنها در شرایط نوری بسیار ضعیف است  که به همین دلیل این دوربین ها را با نام  های گوناگونی چون Low Light یا Starlight رده بندی میکنند.

در این مقاله سعی بر آن داریم تا نحوه کارکرد این دوربین ها را در حداقل نور ممکن و فاکتورهای لازم برای عملکرد در این شرایط رابررسی نمائیم.

“حساسیت به حداقل نور ” تعریفی است که پائین ترین سطح نور ممکن را برای ارائه تصویر شفاف در یک دوربین با قابلیت low light تعیین میکند.اکثر دوربین های معمولی درشرایط نوری مناسب و یا نرمال ، تصاویر را دریافت میکنند اما ، هنگامی که صحنه تاریک است و نور مناسب یا کافی وجود ندارد ، چه نوع دوربین هایی به کمک خواهند آمد و چه ویژگی هایی باید داشته باشند.

برای تعیین میزان حساسیت دوربین های low light و اینکه در چه میزان از حداقل نور ممکن قادر به کار کردن هستند ، هنوز استاندارد دقیقی وجود ندارد اما استاندارد کلی برای ایجاد مشخصه های حداقل نور در دوربینها تحت عنوان Lux مطرح شده است و حداقل سطح نور را توسط آن بیان میکنند. اما معیارهای بیشتری به جز Lux در این امر دخیل هستند.

Lux

شدت روشنایی یا روشن سازی در واحد های متریک تعیین میشود .به منظور تعریف مشخص تر آن ، Lux ( لوکس) نور واقعی موجود در فاصله داده شده است .یک لوکس برابر با یک لومن ( واحد تابش ) در هر متر مربع است.

در زیر نمونه های عملی ازمیزان های لوکس متفاوت را میتوانید بررسی کنید.

۱۰ لوکس             نور خیابان

۱۰۰-۱.۰۰۰ لوکس      نور محیط کاری

۱۰۰۰۰ لوکس          نور اتاق جراحی

۵۰۰۰۰ لوکس          نور تابش خورشید

 

عواملی که  بر حساسیت نور دوربین تاثیر میگذارد؟

اندازه عناصر سنسور، لنز ، سیگنال نویز امپلی فایر دوربین و سرعت شاتر ، عواملی هستند که بر حساسیت نور و عملکرد دوربین تاثیر میگذارند.

 

سنسور CCDیا CMOS دوربین ، میتواند به گونه ای ساخته شود که حساسیت بیش تری نسبت به نور داشته باشد ، برخی از سنسورها نور بیش تری نسبت به سنسورهای دیگر دریافت میکنند. بر اساس یک قاعده تجربی ، هر چه عناصر پیکسل بزرگ تر باشد، نور بییشتری در طول زمان دریافت میگردد. اگر اندازه این عناصر یا المنت ها ی موجود در سنسور را دوبرابر کنیم ، نور بیشتری خاهیم داشت. بعنوان مثال سنسور های CCD ½ اینچ ، نور بیش تری نسبت به سنسور های CCD ¼ دریافت میکنند.

شماره f لنز

هر چه دیافراگم لنز بزرگ ترو شیشه آن شفاف تر باشد ، انتقال نور در آن بهتر صورت میپذیرد.قابلیت انتقال نور درلنز توسط شماره f اندازه گیری میشود. هر چه اندازه f لنز پائین تر باشد ، نور بیشتری به سنسور دوربین عبور خواهد کرد. به طور معکوس شماره f بالاتر و یا بیشتر نیز ، نشان دهنده انتقال نور کم تر است .این بدان معنی است که لنزی با شماره f 2.8 نوری را  که انتقال میدهد به اندازه ۴/۱ لنزبا شمار f  ۱.۴ میباشد.

نسبت سیگنال به نویز

سیگنال های کوچک الکتریکی از چیپ سنسور تقویت میشوند و بنابراین میتوان دیده شوند.سیگنالی که از سنسور می آید ممکن است بسته به نور محیط متفاوت باشد بنابراین تقویت نور بیشتری زمانی که تصویر تاریک است مورد نیاز می باشد، اما به خاطر داشته باشید که این کار نویز تصویر را بیشتر میکند.

ویژگی های تصویر معمولات این میزان از تقویت سیگنال را بیان میکند . استاندارد اندازه گیری سیگنال  با نام IRE شناخته میشود . ۱۰۰IRE حداکثر سطح است و سگنال در ۱۰۰ درصد می باشد.۳۰IRE ، قدرت امپلی فایر را در ۳۰ درصد نشان میدهد. از آنجایی که سطح نویز میتواند تا ۱۰ درصد گردد ، نویز بیشتری درمیزان کم تر IRE در تصویر مشاهده خواهد شد.

نویز الکتریکی به شکل دانه های ریزی در تصویر دیده می شود ، مدارها ی الکترونیکی بهتر ، سیگنال را تقویت میکنند درحالی که نویز کم تری به تصویر اضافه میکنند. نتیجه توسط معیاری تحت عنوان signal –to – noise ratio ( S/N) نشان داده میشود که در واحد dB است. هرچه ما نسبت سیگنال به نویز بالاتری داشته باشیم بهتر است.

 میزان فریم و سرعت شاتر

زمانیکه شاتر باز است ، میزان نور ورودی به سنسور را کنترل میکند. بنابراین هر چه شاتر بازتر باشد ، نور بیشتری توسط سنسور دریافت خواهد شدو تصاویر بهتری خواهیم داشت.سرعت شاتر همچنین ، حداکثر میزان فریم را نیز مشخص میکند . اگر یک دوربین میزان فریم ۳۰ در ثانیه داشته باشد، حداکثر ۳۰/۱ ام ثانیه را برای گرفتن نور و تبدیل آن به سیگنال تصویری را داراست.اگر دوربین در میزان فریم ۱۰ بر ثانیه کارکند ، چیپ سنسور ۳برابر بیشتر کار میکند

زاویه لنز

لنز با زاویه بازیا عریض یا لنز متغیر نور را از تمام صحنه دریافت خواهد کرد. شماره f لنز تحت تاثیرر زاویه لنز قرار میگیرد . لنزclose up یا بسته نور را فقط از یک ناحیه کوچک یا ناحیه کم تری دریافت خواهد کرد. به طور طبیعی لنزی که باز است تصاویر روشن تر ی نسبت به لنزی که زوم است میدهد. این تفاوت در محیط هایی که نور بسیار کمی دارند مشاهده خواهد شد. فاصله کانونی لنز ها نیز بر حساسیت دوربین تاثیر میگذارد.

مشخصات دوربین های low light

دوربین های low light ، با فراهم کردن حداقل لوکس بهترین شرایط را برای ارائه تصویری شفاف فراهم میکنند. امااین پروسه چندان ساده نیست .آنها باید در یک میزان مشخصی از f-stop لنز ، فریم و میزان تقویت IRE لوکس مورد نظر را ارائه دهند.متاسفانه فرمول یکسان و یا مشخصی برای این هنوز ثبت نشده است و تنها با بیان ساختار زیر میزان لوکس مشخص میشود:

COLOR     ۰.۱LUX ,F1.2

B/W     ۰.۰۲LUX,F1.2

در این فرمول سطح تقویت سیگنال ، سرعت شاتر مشخص نشده است ، اما ممکن است برای سازنده دیگری ، فرمول به طریق دیگری بیان شود.

LOW ILLUMINATION چیست

دوربین LOW ILLUMINATION  تصاویری شفاف در کم ترین میان از نور را دریافت میکنند. Illumination و یا شدت نور ، اصطلاح فنی است که به میزان نور کلی قابل مشاهده در ناحیه گفته میشود. دوربین های متفاوت دارای لوکس های متفاوت و یا کارکرد illumiationمتفاوتی هستند و بر این اساس 0Lux به معنی عدم نور یا تاریکی مطلق است که دوربین در این تاریکی تصویر را دریافت میکند و به طور معمول میزان لوکس دوربین از ۰  یا ۰.۱ لوکس است و به میزان دریافت نور توسط لنز (اندازه f) بستگی دارد.

هرچه مقدار f کم تر باشد ، لوکس کم تری مورد نیاز است. لوکس دوربین های رنگی بین ۰.۰۰۰۴ تا ۱  است و دوربین های B/W از ۰.۰۰۰۳ تا ۰.۱ لوکس است (البته زمانی که منابع نوری و یا نور مصنوعی اضافه شوند ، لوکس به ۰  می رسد.

نواحی مختلف با میزان لوکس مختلف :

۰.۱لوکس: تاریکی

۰.۰۱لوکس: روشنایی ماه

۰.۰۰۱: روشنایی با نور ستاره

سنسور تصویر LOW ILLUMINATION

شرکت سونی سنسور تصویر HAD CCD را توسعه داده است که بااستفاده از این سنسور، حداقل شدت نور میتواند به ۰.۰۱ لوکس و حداقل نور B/W به ۰.۰۰۱ لوکس برسد.

Sense up /slow shutter/DSS

Sense up یا digital slow shutter ، تکنولوژی ای به کار گرفته شده در دوربین ها هستند که عملکرد low illumination را ارتقا میدهند، و دلیل کارکرد آنها افزایش میزان نوردهی سیگنال –فریم CCD به منظور ارتقای حساسیت دوربین است. با این روش حساسیت دوربین در شرایط نوری بسیار کم نسبت به کم ترین نور افزایش می یابد.

هنگامی که SENSE-UP/DSS در حال کارکردن است ، نویز تصویر افزایش می یابد ، اما با استفاده از DNS یا کاهش نویز دیجیتا ، کیفیت تصویر بهتر خواهد شد. دوربین های Sony effio دارای کاهش نویز تصویر سه بعدی هستند (۳D-DNR) و با استفاده از تکنولوژی DSS ،۳DDNR و کنترل AGC ، روشنایی تصویر را ارتقا داده ، تصاویر تیره هنگام حرکت و نویز تصویر را کاهش میدهد که بهترین و ایده آل ترین عملکرد در محیط های با نور کم است.

IR-CUT FILTER

فیلتر IR-CUT قطعه مکانیکی –ماشینی است که بین لنز و سنسور تصویر قرار گرفته است و یک قطعه درون ساخته به شمار می رود که تصاویر روز و شب واقعی را با سوئیچ خودکار و اتوماتیک ایجاد میکند. در حالت شب ، فیلتر داخلی کنار رفته و بنابراین با عبور نور به داخل سنسور ، عملکر LOW ILLUMINATION را افزایش میدهد. در حالت روز نیز ، فیلتر داخلی بین لنز و سنسور تصویر قرار میگیرد تا نور های غیر طبیعی که وارد سنسور می شوند را فیلتر نموده و رنگ طبیعی برای تصاویر ایجاد شود.