Опубликовано Оставить комментарий

Матрица в камерах видеонаблюдения

Когда стоит выбор, какую камеру приобрести для системы видеонаблюдения, многие обращают внимание прежде всего на разрешение, фокусное расстояние и дальность работы ик-подсветки. Но мало кто реально обращает внимание на самую главную часть любой камеры – матрица. Ведь именно от неё зависит качество картинки, которую выдаёт камера. Не производительный процессор, который просто влияет на скорость оцифровки видео, а именно матрица. В характеристиках камеры можно увидеть такую строку:

Матрица – 1/3″ Progressive Scan CMOS

У человека, впервые столкнувшегося с задачей установить у себя систему видеонаблюдения, возникнет много вопросов при взгляде на эту таблицу, и скорей всего он упустит важность данной информации, а посмотрит на разрешение и другие явные характеристики камеры. В этот статье я постараюсь пролить свет на то, почему именно матрица играет важнейшую роль при определении качества и цены той или иной камеры.



Матрица и ее разновидность

Существует два типа матрицы, которые были применены в камерах видеонаблюдения. Это CCD и CMOS матрицы.

CCD матрица использовалась повсеместно в камерах видеонаблюдения до появления CMOS.

Преимуществами CCD можно считать:

  • более качественная картинка;
  • отличная светочувствительность;
  • мало шумов при съёмке видео.

Недостатки у CCD матрицы:

  • сложный и медленный процесс съёмки видео, нужны дополнительные устройства для отображения видео;
  • высокое энергопотребление;
  • требовательны при эксплуатации;
  • дорогие в производстве.

CCD матрицы на сегодняшний день не выдерживают конкуренции с CMOS матрицами из-за самого принципа работы – считывание по ячейкам проходит слишком медленно и камера с CCD-матрицей, снимающая в высоком разрешении, не сможет удовлетворить требования по скорости срабатывания на различные тревожные события.

CCD-матрицы до сих пор производятся крупными компаниями:

  • ON Semiconductor (поглотившая небезызвестную компанию Aptina);
  • OmniVision;
  • Samsung;
  • Sony.

Помимо них для себя матрицы изготавливают компании Canon и Hikvision.
Также CCD матрицы производят молодые китайские производители. К примеру компания SOI (Silicon Optronics, Inc.) и другие. Сложно прогнозировать, насколько полезными окажутся их матрицы на рынке, где вовсю доминируют CMOS-матрицы. Возможно они смогут предложить рынку что-то совсем новое, но пока этого не произошло, CMOS-матрицы сегодня весьма популярны за счёт своей низкой цены и простоты производства.

Крупные компании вроде Hikvision и Dahua, работают в основном с известными производителями или сами изготавливают матрицы для своих устройств. Другие бренды могут задействовать разработки китайских молодых производителей или воспользоваться матрицами от именитых компаний. К примеру, бюджетные камеры Tecsar оснащаются матрицами от ON Semiconductor, OmniVision и Sony. В других брендах – Partizan, Oltec, можно встретить камеры, оснащённые матрицами от SOI.



Структура и принцип работы CMOS-матрицы

Технология CMOS-матриц предполагает расположение электронных составляющих (конденсаторы, транзисторы, и т.д.) во всех пикселях матрицы.

Отдельно взятый пиксель и CMOS-матрица

Из-за такого расположения уменьшается полезное пространство и светочувствительность матрицы, значительно повышается появление шумов. Вместе с этим в матрице формируется сигнал с большей скоростью и передача видео происходит без задержек, что очень важно в системах видеонаблюдения. Благодаря этому свойству сегодня CMOS матрицы повсеместно распространены в камерах и не имеют конкурентов.

В отличие от CCD, в CMOS матрице есть возможность «на ходу» менять качество изображения, благодаря чему у камер видеонаблюдения значительно снижено потребление электроэнергии.

Для того, чтобы получить цветную картинку, в матрице применяются светофильтры, которые разделяют общий световой поток на красный, зелёный и синий цвет.

Принцип захвата изображения в матрице, где P – светочувствительный элемент, T – электронный компонент

На видео ниже можно увидеть устройство и принцип действия CMOS-сенсора от компании Canon:

Работа CMOS матриц от различных производителей основана на вышеописанных общих принципах. Отличия могут быть только в размере самой матрицы, или, как его ещё называют – формате. Размер матрицы в характеристиках указывается в виде дроби и в дюймах. К примеру – 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2″ и т.д.

Выбирая камеру, стоит руководствоваться первым и самым простым правилом – чем больше физический размер сенсора, тем лучше и качественнее матрица. На большой матрице пиксели крупнее, тем самым камера захватывает гораздо больше света. Также пиксели расположены не слишком плотно на такой матрице, следовательно на картинке создаётся меньше помех и шумов, что очень сильно повлияет на качество картинки. Помимо этого благодаря большому размеру матрицы камера получает больший угол обзора с одинаковым фокусным расстоянием.

CMOS-матрица от ON Semiconductor
CMOS-матрица, вмонтированная в плату камеры

К сожалению, большие матрицы в камерах видеонаблюдения используются нечасто, в виду того, что производство таких матриц стоит дороже, объективы под них должны иметь более крупную линзу. В дешёвых камерах видеонаблюдения применяются матрицы 1/2″, 1/4″ – они являются самыми маленькими в ассортименте. Если Вы покупаете камеру с такой матрицей, тем более произведённой компанией SOI, с применением маленького объектива, пластиковой линзы, будьте готовы к тому, что Вы не получите желаемой детализации, особенно если съёмка происходит в условиях плохого освещения.

При выборе камеры, оснащённой матрицей от Sony с размером 1/2.8″ можно с уверенностью сказать – Вы получите качественную картинку, которая будет соответствовать системе видеонаблюдения, удовлетворять различные задачи, стоящие перед ней. Светочувствительность такой камеры будет значительно лучше, благодаря чему её можно будет применять в условиях плохого освещения и погоды. Учтите один нюанс – при выборе камеры высокого разрешения светочувствительность будет ниже. Если Вам необходимо задействовать круглосуточное наблюдение на территории или в помещении, где нет уличного освещения – используйте камеру со стандартным разрешением, но большой светочувствительностью.

Насколько важен параметр светочувствительности?

Сама же характеристика светочувствительности показывает способность камеры воспринимать объекты в сложных условиях плохого освещения или кромешной темноты. Принцип восприятия камеры с хорошей светочувствительностью кажется на первый взгляд простым – чем меньше световой энергии необходимо для получения картинки матрицей, тем лучше светочувствительность. Но с применением инфракрасной подсветки этот параметр долгое время перестал восприниматься как важный параметр при учитывании возможностей камеры снимать отчётливое изображение в темноте. На данный момент этот параметр показывает способность камеры снимать цветное изображение в темноте без включения ик-подсветки.

Проще говоря, старайтесь использовать камеры в местах, где лучше освещение, тогда матрица сможет захватить более качественное изображение. Потому как в характеристиках камер в основном указывается минимальный порог освещённости, при котором камера сможет хоть как-то передать изображение. Не качественное, а хоть какое-то. Для того, чтобы камера могла выдавать нормальное изображение, необходимо ставить её в место с уровнем освещения в 10-20 раз превышающий минимальный порог, заявленный в характеристиках.

Технологии улучшения восприятия света от производителей камер

В последнее время производители начали обращать внимание на этот нюанс и внедрили несколько технических новшеств для улучшения ситуации с видеонаблюдением в плохих условиях освещения. Производители решили сдвинуть светочувствительный элемент ближе к микролинзе, которая захватывает свет, исходящий из окружающей среды. Компания Sony представила собственную разработку под названием Exmor, благодаря которой свет проходит гораздо быстрее за счёт сокращения количества «препятствий»:

Позже производители стали применять матрицы с обратным засветом, которая позволяет не только ускорить восприятие света матрицей, но также увеличить полезное пространство светочувствительного слоя, расположив его над электроникой в сенсоре:

Обратная засветка максимально улучшает светочувствительность камеры, из чего стоит делать выводы – если позволяет бюджет, лучше купить камеру, которая оснащена матрицей с такой технологией, чем без неё.

Бюджетный сегмент также не обошли стороной и производители решили применить различные уловки. К примеру, медленный затвор, или, другими словами – большая выдержка. Но при захвате кадра с движущимся объектом возникает размытие изображения, что является неприемлемым моментом для систем видеонаблюдения.

Большой прогресс в области видеонаблюдения в темноте принесла компания Bosch в 2012 году. Тогда мир впервые познакомился с технологией Starlight, которая позволяла увеличить чувствительность матрицы до показателей 0,0001 – 0,001 люкс, задействовать эффективную систему подавления шума, благодаря чему камера могла снимать цветное изображение отличного качества при плохом освещении или ночью.

На картинке отчётливо видно, как благодаря технологии Starlight можно получить цветное изображение, увидеть множество деталей, в том числе различить цвет автомобиля, одежды и другие важные признаки, которые могут помочь опознать нарушителя. Обычная камера позволяет увидеть детали лишь во время включения ик-подсветки.

Видео, на котором наглядно демонстрируется работа камеры Starlight

Выводы

Когда будете выбирать камеру для системы видеонаблюдения, обратите внимание на параметры матрицы, именно от неё зависит, получите ли Вы качественную картинку и будете ли довольны вложенными средствами. Также советуем делать выбор, основываясь на проверенных брендах, в которых применяются последние технологии для улучшения качества видео.

Также немаловажно будет обратить внимание на бренд матрицы. Те же Sony, Omnivision и ON Semiconductor предоставляют подробную информацию о спецификациях матриц, которые они выпускают. А что касается китайских «умельцев» в лице SOI – Вы вряд ли найдёте подробную информацию о выпускаемых ими матрицах. А этот факт, в свою очередь, вызывает много вопросов о качестве оборудования.

Итог таков – не удивляйтесь тому, что дешёвая камера будет снимать некачественное изображение с минимумом деталей. Для серьёзных задач нужны серьёзные вложения. А серьёзные технологии стоят немалых денег. При скудном бюджете и постановке вопроса о защите своей собственности рекомендуем не гнаться за дешёвым оборудованием. Ведь правило «скупой платит дважды» здесь ещё больнее ударит по Вашему кошельку. Выбирайте с умом!

Добавить комментарий