WDR در دوربین مداربسته

WDR یکی از مهم‌ترین و متمایز‌ترین توانایی‌های دوربین‌های نظارتی می‌باشد که برای تضمین کیفیت بالای تصاویر در بسیاری از کاربردهای نظارت تصویری بسیار پر اهمیت است.

بنابراین هر تولید کننده‌ای (حتی با اینکه عملکرد واقعی ضعیف باشد) ادعا می‌کند که دوربینی با قابلیت WDR ارائه می‌دهد. در این مقاله ما WDR را به بخش‌های زیر تقسیم کرده و توضیح می‌دهیم:

WDR چیست؟
• چگونه میتوانید مقدار WDR را اندازه بگیرید؟
• مشکلات WDR در دوربین مداربسته
•WDR در مقابل رزولوشنر ( رابطه WDR با رزولوشن تصویر )
• نصب و راه‌اندازی WDR

WDR توانایی ایجاد تصویر با کیفیت بالا در سراسر رنج نوری موجود در محیط می‌باشد. این اصطلاح برای “‌رنج دینامیک گسترده” Wide Dynamic Range بکار می‌رود و کلمه گسترده به رنج سطوح نور اشاره دارد. به جای این اصطلاح، که البته در صنعت نظارت کمتر مرسوم است، از اصطلاح HDR یا رنج دینامیک بالا نیز استفاده می‌شود. هر دو اصطلاح در صنعت نظارت اساساً به یک توانایی اشاره دارند.

WDR می‌تواند یک تفاوت بزرگ ایجاد کند. این یک مثال از شخصی است که از در وارد می‌شود:

تصویر زیر توضیح می‌دهد که منظور ما از سطوح نور چیست؟ صحنه در قسمت‌های وسطی بسیار روشن و در قسمت‌های کناری تیره‌تر استو یک رنج نوری بین این دو منطقه وجود دارد.

اندازه‌گیری WDR:

دانستن این موضوع که یک صحنه چه میزان گستردگی رنج سطوح نور را پشتیبانی می‌کند بسیار مهم است. واحدی که عموماً در صنعت نظارت برای اندازه‌گیری آن قابل قبول است دسی‌بل می‌باشد. (مثلاً db58، db113 و …) سطح بالاتر نشان دهنده عملکرد قوی‌تر WDR می‌باشد. متاسفانه این اندازه‌گیری استاندارد نشده است و به صلاح دید هر تولید کننده‌ای می‌باشد و نباید به آن اعتماد کرد.

تولید کننده گان برای اندازه‌گیری دسی‌بل یک آزمایش خاص در نظر دارند. آنهااز یک نمودار سیاه و سفید با تعداد مشخصی سایه از سفید تا سیاه استفاده می کنند. هرچه دوربین بتواند سطوح بیشتری را نمایش دهد، نرخ دسی‌بل آن بالاتر و عملکرد WDR آن بهتر خواهد بود. در ادامه یک مثال از “اندازه‌گیری WDR در صفحه سفید پیکسم را می‌بینید:

متاسفانه این واحد اندازه گیری به خوبی مشخص کننده توانایی دوربین در مورد این قابلیت نیست . ‌مثلاً با WDR 70 db من باید چه انتظاری از دوربین جلوی در ورودی خود داشته باشم. و حتی این روش ضمانت کننده این نیست که مقدار اندازه‌گیری شده توسط تمامی تولید‌کنندگان بیانگر یک کارکرد برابر در دنیای واقعی باشد.

یک روش جایگزین:

در آزمایش‌ها، ما یک روش جایگزین را در دنیای واقعی ایجاد کردیم تا بتوانیم پیچیدگی و سختی یک صحنه WDR را اندازه‌گیری کنیم. با استفاده از یکای lux‌ما روشن‌ترین و تاریک‌ترین نقاط هر صحنه را ثبت می‌کنیم. نرخ هر کدام از این دو شاخص مهم، برای نمایش وضعیت صحنه می‌باشد.

در یک راهرو با نمایی از فضای بیرون، با یک نمای کوچک از فضای بسته، رنج داینامیکی نور معمولاً بالاست، همان‌طور که در تصویر ۴ نمایش داده شده است:

نرخ WDR حدود ۶٫۵ برابر می‌باشد، چرا که فضای باز در lux1300 و فضاهای بسته مجاور در lux200 می‌باشد. هرچه نرخ WDR به ۱ نزدیکتر شود، احتمال نیاز به توانایی WDR کمتر خواهد شد. علاوه بر این، هرچه نرخ پایین‌تر، شخص به قابلیت WDR با قدرت کمتر نیاز خواهد داشت.

البته، حتی با روش ما نیز شما به اندازه‌گیری احتیاج پیدا خواهید کرد، اما این کار توسط یک تکنولوژی صحیح و با یک اندازه‌گیر lux با قیمت 4۰۰-7۵۰ هزار تومان انجام می‌شود. با این حال، مطمئن شوید‌ که این کار را هنگامی که خورشید قوی‌ترین تابش را دارد انجام دهید چرا که نرخ WDR با حرکت خورشید در طول روز تغییر خواهد کرد.

مشکلات WDR دوربین:

دوربین‌های معمولی اغلب با رنج گسترده نور مشکل دارند چرا که به یک نوردهی تک وابسته هستند. دوربین برای گرفتن عکس به نور احتیاج دارد. اگرچه نورخیلی زیاد باعث ساییده شدن تصویر خواهد شد و نور خیلی کم باعث می‌شود تصویر بسیار تاریک باشد.
اگر شما صحنه‌ای با نورپردازی زوج دارید هیچ مشکلی پیش نمی‌آید، دوربین به راحتی سایز باز شدن عنبیه‌اش را و یا سرعت شاترش را برای گرفتن میزان نور کافی تنظیم می‌کند. به همین دلیل است که تولیدکنندگان معمولاً نسخه آزمایشی دوربین خود را در صحنه‌های با نورپردازی زوج ارائه می‌دهند. اما اگر صحنه رنج گسترده‌ای از نور را پوشش دهد، دوربین چالش سختی را خواهد داشت. اگر میزان نور را محدود کند برای صحنه‌های روشن بهینه می‌شود و صحنه‌های با نور کم خیلی تاریک خواهد شد. اما اگر روش مخالف را انتخاب کند، یعنی بهینه‌سازی برای صحنه‌های کم نور، سمت روشن ساییده خواهد شد، بنابراین کاری باید برای غلبه بر این مشکل انجام شود.

WDR در مقابل رزولوشن (رابطه WDR با رزولوشن تصویر)

جالب توجه است که مشخص شده رزولوشن بالاتر WDR را بهبود می‌بخشد. این بهترین و یا پیچیده‌ترین روش نیست، اما افزایش تعداد پیکسل‌ها به ثبت جزئیات بهتر حتی در مناطق تاریکتر/روشن‌تر کمک می‌کند. مثالی از آزمایش ما را ببینید:

بدترین عکس با کیفیت SD است حتی با اینکه WDR واقعی است عملکرد درستی را به نمایش نگذاشته است. عکس ۵ مگاپیکسل غیر WDR به راحتی آن را کنار می‌زند چراکه جزئیات بیشتری را ثبت کرده است. در نهایت دوربین HD با WDR واقعی بهترین عملکرد را ارائه می‌دهد.

درحالی که پیکسل بیشتر، می‌تواند به تصویربرداری در شب آسیب برساند، اما به WDR کمک می‌کند. این یک عنصر مهم در درک عملکرد بهترین دوربین‌های WDR می‌باشد. بزرگترین چالش برای دوربین‌های WDR واقعی، قابلیت نوردهی چندگانه می‌باشد.

WDR واقعی در مقابل تقلبی

از آنجا که هدف اصلی برای صحنه‌های WDR ، تنظیم مناسب نوردهی برای ثبت مناطق تاریک و روشن است، ساده ترین راه‌حل استفاده از نوردهی چندگانه و ترکیب تصاویر حاصل از آن‌ها برای داشتن عکس با کیفیت بهتر می‌باشد. نوردهی کوتاه، مناسب صحنه‌های روشن است در حالی که نوردهی زیاد مناسب صحنه‌های تاریک می‌باشد. مثال زیر را ببینید:

مشکلات نوردهی چندگانه در نور کم

یک ایراد معمول در پیاده‌سازی WDR با نوردهی چندگانه، عملکرد بد در شرایط نور کم می‌باشد. استفاده از نوردهی چندگانه معمولاً میزان کند بودن شاتر را، محدود می‌سازد. لذا وقتی تاریک است شاتر کند‌تر اجازه عبور نور بیشتری را به همراه دارد و تصویر روشن‌تری خواهیم داشت. هنگامی که از دوربین WDR استفاده می‌کنید، مطمئن شوید که WDR را در شب، برای داشتن بهترین عملکرد در نور کم غیر‌فعال کنید. بعضی دوربین‌ها این کار را اتوماتیک انجام می‌دهند، برخی دیگر تنظیمات را دستی ارائه داده و تعداد بسیار کمی هیچ گزینه‌ای ندارند. اگر که نور کم یک اولویت در موقعیت باشد، حتما این گزینه را برای بررسی کنید.

پیکسیم
در واقع شناخته شده‌ترین دوربین‌های کلاسیک WDR از یک تراشه پیکسیم استفاده می‌کنند. پیکسیم ادعا می‌کند که آن‌ها نوردهی را به طور اختصاصی برای هر پیکسل تنظیم می‌کند و این گونه نیست که فقط از ۲ یا ۳ نوردهی برای کل صحنه استفاده شود. در حالی که این در دنیای دوربین‌های SD کیفیت بالاتری را برای تصاویر ارائه می‌دهد، اما پیکسیم هیچ پیشنهادی برای دوربین‌های مگاپیکسل ندارد. در آزمایشات ما دوربین‌های مگاپیکسلی با WDR واقعی، از پیکسیم پیشی گرفته‌اند.

(نکته: در سال ۲۰۱۲ سونی پیکسیم را بدست آورد و ممکن بود در آینده ارائه HD پیکسیم را ببینیم اما چیزی اعلام نشد)

دیگر تکنیک‌های شبه WDR

دو شبه تکنیک WDR اغلب به عنوان جایگزین توسط تولیدکنندگان ارائه می‌شود، اگرچه آن‌ها در بهترین حالت خود نیز ضعیف هستند.
•BLC یا جبران نور پس زمینه به راحتی نوردهی تک را برای دوربین تنظیم می‌کند. این روش تنها زمانی که شما بخواهید در مناطق تاریک و یا روشن تصویر‌برداری کنید مناسب است و نه هردو. با استفاده از BLC شما قسمتی از صحنه را به قیمت داشتن یک صحنه بد دیگر خواهید داشت.

• eWDR، DWDRیا WDR الکترونیک، نشان دهنده تلاش‌های پردازش تصویر است که حتی به توانایی‌های WDR واقعی نزدیک هم نمی‌شود. اگر ادعای eWDR یا WDR بر پایه الکترونیک را شنیدید هوشیار باشید. برخی تولید‌کننده گان به صورت همزمان WDR و DWDR را ارائه می‌دهند، این ورژن معمولاً به طور چشمگیری در شرایط بد نوری نسبت به ورژن غیر WDR بهتر عمل می‌کند. از سویی دیگر این ورژن اغلب چند صد هزار تومان بیش از غیر WDR هزینه دارد.