Компенсация встречной засветки (Backlight compensation, BLC) - функция видео- и фотоустройств, позволяющая исключить ситуацию, когда изображение объекта, находящийся на фоне яркого источника света, получается затемненным. Если говорить о функции BLC по порядку, то прежде нужно коснуться причин того, почему объект, находящийся на ярком фоне, может получиться затемненным на изображении. Дело в том, что когда объектив камеры бывает направлен на яркий источник освещения, то в части пикселей светочувствительной матрицы наступает насыщение и те пиксели, на которые должно проецироваться изображение объекта, не успевают накопить заряд. Отсюда эффект затемнения, с которым многие, наверняка, сталкивались.

Компенсация встречной засветки предназначена как раз для решения такой проблемы. Теперь разберемся с тем, как работает BLC. Для этого специальным образом настраиваются автоматическая регулировка усиления, электронный затвор и автодиафрагма.

• Автоматическая регулировка усиления (АРУ) - если изъяснятся простым языком, это процесс при котором то, что мы имеем на выходе (уровень освещения на картинке) отличается от того, что было на входе (уровень освещения в действительности). То есть, когда внешний уровень освещения слишком яркий и он может «перегрузить» матрицу видеокамеры или фотоаппарата, АРУ позволяет некоторым образом ограничить уровень нагрузки на матрицу.
• Электронный затвор - это устройство, которое регулирует время, в течение которого световой поток проецируется на фотоматрицу. Грубо говоря, чем дольше затвор открыт, тем больше света попадет на матрицу. Таким образом, мы можем предотвратить засвечивание изображения, используя автоматическую настройку затвора так, что камера «сама» отводит столько времени, сколько нужно, чтобы не было избытка освещения.
• Автодиафрагма - устройство в объективе камеры, которое позволяет изменять размеры отверстия, через которое свет проникает на матрицу. Что-то подобное есть и в природе: когда мы смотрим на яркий свет, наши зрачки сужаются. То же самое делает автодиафрагма, когда мы используем функцию BLC.

Итак, для компенсации встречной засветки цифровая фото (видео-) камера настраивает все три вышеприведенных параметра так, что информация об уровне освещенности проецируется на матрицу лишь частично. То есть функция BLC делает так, что уровень яркости остается примерно одинаковым на всем получившемся изображении. Конечно, самый простой способ для этого - отрегулировать уровень «входящего» освещения. Благо, цифровая техника продвинулась в этом плане очень далеко - электронные затворы цифровых камер позволяют даже установить различное время экспозиции для разных участков снимаемого изображения.

Для повышения качества видеофиксации и увеличения информативности видеозаписи, в видеонаблюдении применяются специальные технологии динамического улучшения изображения. Различными производители видеокамер используют в видеокамерах различные алгоритмы повышения качества видеосигнала, которые базируются на общих принципах обработки.

Для повышения качества изображения используются:

1. Цифровое шумоподавление (фильтрация шума)
2. Автоматическая компенсация засветки
3. Расширение динамического диапазона
4. Автофокусировка (автоматическая фокусировка объектива)
5. Автоматический баланс белого
6. Переключение режима день/ночь (автоматическое или ручное)

Цифровое шумоподавление (DNR, Digital Noise Reduction)

Визуально шум проявляется в виде «снега» на изображении с камеры.

Высокое соотношение сигнал/шум камеры наблюдения, а, следовательно, и качественное видеонаблюдение, достигаются, в том числе, цифровой фильтрацией шумов .

Существуют способы подавления цифрового шума на уровне сенсора и трактов цифровой камеры, а также шумоподавление может производиться при дальнейшей цифровой обработке видеосигнала программным обеспечением видеонаблюдения.

Подавление цифрового стохастического шума при постобработке проводится усреднением яркости пикселя по некоторой группе пикселей, которые алгоритм считает "похожими". При этом незначительно уменьшается детальность изображения. Алгоритмы отложенного шумоподавления наиболее эффективны для фильтрации мелкозернистого и среднезернистого шума.

Чем больше значение отношения сигнал/шум для видеосигнала, тем меньше помех и искажений имеет изображение на экране монитора. Значения отношения от 45 до 60 дБ соответствуют приемлемому качеству видеосигнала, значение менее 40 дБ означает высокий уровень шумов в видеосигнале и, как следствие, низкое качество видеоизображения.

Автоматическая компенсация засветки (BLC, Back Light Сompensation)

Компенсация засветки – это функция, позволяющая избежать чрезмерного затемнения объектов при встречном освещении, то есть в момент, когда объект наблюдения находится между видеокамерой и источником света.

Принцип компенсации засветки основан на сочетании автоматической регулировки усиления , регулировки диафрагмы и электронного затвора .

Автоматическая регулировка усиления (АРУ)

Автоматическая регулировка усиления - это, фактически, регулировка чувствительности матрицы видеокамеры. В случае, если уровень освещенности превышает определенный порог, АРУ позволяет ограничить нагрузку на матрицу, изменив коэффициент усиления.

Электронный затвор

Электронный затвор регулирует время проецирования кадра на матрицу видеокамеры, а точнее - время накопления электрического заряда. Чем дольше открыт затвор (чем длиннее экспозиция), тем больше света попадает на матрицу, тем больше ее засветка. При избыточном освещении экспозиция автоматически сокращается. Электронный затвор некоторых современных видеокамер обеспечивает скорость фиксации кадра до 1/100000 секунды.

Автодиафрагма

Диафрагма – это устройство в объективе видеокамеры, которое отвечает за размеры отверстия, через которое свет проникает на матрицу. Она выполняет те же функции, что и зрачок человеческого глаза, который при избыточном свете сужается, ограничивая доступ света к сетчатке. Диафрагма видеокамеры при засветке тоже сужается, тем самым снижая световую нагрузку на матрицу видеокамеры.

Для компенсации встречной засветки в цифровой видеокамере автоматически настраиваются три описанных выше параметра так, что уровень яркости остается примерно одинаковым на всей площади изображения, что позволяет избежать затемнения объектов в контражуре.

Расширение динамического диапазона (WDR, Wide Dynamic Range)

WDR (Wide Dynamic Range) - функция расширения динамического диапазона видеокамеры, которая обеспечивает балансировку цветности и яркости, с сохранением общей контрастности изображения при видеонаблюдении. Технология WDR позволяет одновременно сохранять качество видеозаписи на сильно засвеченных участках, на участках с низким уровнем освещенности и при интенсивно изменяющемся, в том числе цветном, освещении.

Эффект достигается за счет двойного открытия затвора для формирования каждого кадра видеозаписи. Первое открытие затвора происходит с высокой скоростью, второе – с меньшей. При цифровой пост-обработке полученных кадров процессором видеокамеры, изображение, полученное средствами их объединения, не содержит засвеченных и затемненных участков.

По сравнению с технологией компенсации засветки (BLC ), расширение динамического диапазона (WDR ) является более современной и более совершенной технологией улучшения изображения. В некоторых видеокамерах эти технологии могут использоваться в сочетании для достижения максимального результата.

Автоматический баланс белого (AWB , Auto White Balance )

Баланс белого (AWB ) для систем видеонаблюдения – это функция, устанавливающая в автоматическом режиме так называемую «температуру изображения» и устраняющая искажение цветовой передачи.

Функция автоматического баланса белого наиболее актуальная при видеонаблюдении в помещениях , где в течение дня меняются источники света: дневной свет, поступающий через оконные и дверные проемы в вечернее время сменяют лампы накаливания и флуоресцентные лампы.

При настройке функции баланса белого (AWB ), устанавливается контрольная цветовая температура, и в процессе работы видеокамера подстраивается таким образом, чтобы минимизировать отклонение цветовой температуры изображения от заданной, отсекая участки светового спектра.

Применение функции баланса белого (AWB ) позволяет значительно улучшить цветопередачу при видеонаблюдении в помещениях с искусственным освещением и декоративной подсветкой.

Разные производители камер видеонаблюдения могут по различному именовать данную функцию, поэтому в некоторых вариациях она обозначена другими буквенными значениями, например, Blaсk Mask BLC (BMB) или Eclipse, но принцип работы остаётся неизменным.

Как известно, видеокамеры анализируют уровень освещенности объекта и отрабатывают данные параметр для достижения стабилизации путём выдержки затвора или изменения диаметра отверстия диафрагмы на объективе. Так вот в случаях попадания слишком ярких участков в поле зрения устройства, вызывается нарушение работы данного механизма стабилизации и настройка затвора или диафрагмы приводит к тому, что большая часть затемнённой области вокруг засветлённой становится неразличимой. Например, при съёмки проходной области в ночное время, в область обзора попадает подъехавший автомобиль с включенным светом фар. Яркие фары авто засвечивают картинку практически полностью, поэтому на мониторе невозможно рассмотреть ни номер, ни авто в целом, ни детали заднего плана.

Если в таком случае исключить засвеченные участки изображения из расчёта среднего освещения, то остальные детали изображения будут лучше видимы и различимы. Именно подобной технологией и наделена функция компенсации яркой засветки. Фактически, функция просто маскирует слишком освещённые участки кадра накладывая на них серый участки, что приводит к снижению общей яркости кадра и улучшению видимости деталей в тёмных областях изображения.

Недостатки:

В целом функция очень полезная и представляет наилучшее решение во многих условиях, однако при использовании камеры в помещении холла со стеклянными дверьми, которые попадают в область обзора, лучше применять не HLC, а другие функции, например, BLC, а в идеале WDR. Вся «соль» заключается в том, что с использованием данной функции не будет видно улицу и объекты на заднем фоне (то есть за стеклянной дверью), так как обычно в таких местах фон светлее. Таким образом, технология компенсации яркой засветки не правильно воспримет яркость заднего плана и освещённость улицы и закрасит большую часть данных участков серым цветом для устранения пересвещённости. В настройках многих видеокамер наблюдения можно найти конфигурации данной функции, однако особых изменений в данном случае они не принесут, так как на улице, в дневное время, всегда будет светлее, чем в помещении.

Ещё одно неудобство может постигнуть тех, кто желает определять номерные знаки автомобилей через систему видеонаблюдения с применением инфракрасной подсветки. Все автомобильные номера покрываются светоотражающим покрытием, чтобы в темное время суток их было лучше видно при свете фар или другом направленном освещении. Так вот это покрытие отражает лучи света в точном обратном направлении, поэтому при действии ИК-подсветки, инфракрасные лучи будут отражаться и номер будет достаточно ярким, что в свою очередь приведёт к срабатыванию функции компенсации яркой засветки. Единственным решением данной проблемы может стать перемещение выносного ИК-прожектора в сторону, чтобы изменить угол преломления отражённых инфракрасных лучей.

Руководитель группы технической поддержки Бенедикт Максименко.

Расшифровка BLC звучит как Back Light Compensation. Считается, что данная функция устанавливается на всех современных камерах. Она позволяет получать более светлое изображение (без затемнения) впереди стоящего объекта при наличии сильного источника света на заднем плане. Однако компания Microdigital оснащает функцией BLC не все камеры. Некоторые ее модели вообще лишены подобных возможностей, а в таких изделиях как предусматривается ее отключение. Попробуем в этом разобраться.

Принцип работы BLC

Данный метод получения изображения был известен еще фотографам позапрошлого века. Если на заднем фоне присутствует сильный источник света, который затемняет объект, то достаточно немного больше приоткрыть диафрагму, чтобы его осветлить. Однако при этом сильно засвечивается и сам задний план, порой превращаясь а монотонное белое пятно.

В современных камерах данная функция при включении работает в автоматическом режиме. Устройство самостоятельно определяет уровень освещенности объекта и производит расчет диаметра, на который открывается диафрагма.

Применение в видеонаблюдении

Такие компании как Microdigital прекрасно понимают все достоинства и недостатки данной функции, связанные с системой видеонаблюдения. Камерам в данной области использования необходимо:

четкое изображение объектов как на переднем, так и на заднем плане;

отсутствие темных зон, созданных путем искусственного воздействия на матрицу;

хорошая узнаваемость объектов съемки в не зависимости от погодных условий и времени суток.

Учитывая это, на более дешевых моделях данная функция не используется. Дело в том, что без программной компенсации другого типа она дает только хорошее изображение переднего плана, практически полностью скрывая то, что происходит сзади. Для видеонаблюдения это совершенно недопустимо.

В более дорогих моделях функция BLC реализована вместе с другими дополнениями, которые частично компенсируют засвет и снижают эффект размытия заднего фона. Особенно хорошо сочетается баланс задержки выдержки и зазора диафрагмы для достижения хорошего качества. Поэтому очень часто BLC используют вместе с DSS.

Перспективное решение для видеонаблюдения

В современных моделях типа MDS-i3091-2H функция BLC реализована намного иначе. Учитывая то, что мы имеем дело с цифровой матрицей, а не обычной пленкой, то существует возможность реализовать подобный эффект программным методом в разных зонах кадра. Фактически мы используем BLC именно там, где это необходимо.

В итоге получается полностью избавиться от эффекта засветки на впереди стоящих объектах. При этом задний план практически не пострадает от потери контрастности. Все объекты, располагающиеся на нем также будут видны. Однако подробные функции доступны только в дорогих изделиях, поскольку для их быстрой реализации требуется современное оборудование.

Необходимость или роскошь

Учитывая большую стоимость камер видеонаблюдения с реализацией разных функций многие люди задаются вопросом о том, нужно ли тратиться на BLC или достаточно обычного устройства. Отвечая на это, специалисты рекомендуют сначала определиться с местом установки. Дело в том, что если вам необходимо устройство для работы в помещении, то вы всегда сможете выбрать такой угол монтажа, при котором свет с улицы или от приборов освещения не будет попадать в объектив. Также это применимо и к приборам наружного наблюдения, которые находятся на одном месте, не имеют автоматического или ручного поворота, а также оснащены специальным козырьком. В этих случаях использование BLC не обязательно.

Если же вы хотите чтобы камера могла менять точку обзора и при этом не терять качество съемки при попадании мощного света, то стоит задуматься о приобретении такой модели как MDS-i3091-2H. В случаях, когда необходимо вести наблюдение за объектом строго под определенным углом, а место монтажа устройства предполагает, что перед камерой находится источник освещения, то наличие функции BLC просто необходимо.

Вместо вывода

Благодаря BLC мы можем получить изображение хорошего качества даже при попадании на объектив пучков света. В современных видеокамерах наблюдения данная функция реализована на таком уровне, что даже устраняется побочное действие, делающее предметы на заднем плане размытыми. Большинство экспертов считает, что наличие BLC просто необходимо при создании профессиональной системы безопасности. Поэтому если вам важно получить качественное изображение даже в самых сложных и порой критичных условиях, то такое дополнение будет как раз кстати.