Naga prawda o kamerach IR

Chyba każdy zajmujący się monitoringiem zauważył w ostatnich latach zdecydowany wzrost ofert na kamery z oświetlaczami podczerwieni.

Pojawiły się kamery określane jako „dzień/noc” z dwoma przetwornikami. Kamery nazywane „dualnymi”, czyli reagujące zarówno na światło widzialne jak i podczerwień. Kamery z mechanicznymi filtrami podczerwieni. Kamery z wmontowanymi oświetlaczami LED oznaczanymi często jako diody IR (infra red).

Zainteresowanie kamerami pracującymi w podczerwieni wynika z prostego faktu, że monitoring potrzebny jest często w warunkach nocnych, gdzie występuje z natury deficyt światła widzialnego wymaganego do normalnego funkcjonowania kamer. Możliwość obserwacji w tychże warunkach za pomocą fal podczerwonych jest niezwykle kusząca. To nic, że jakość obrazu jest zdecydowanie gorsza. Użytkownik wychodzi z założenia, że lepiej widzieć obiekt z gorszą jakością niż nie widzieć go wcale.

Kupując kamerę z wbudowanym oświetlaczem jak i obiektywem mamy ten komfort psychiczny, że odpowiedzialność za dobranie trzech elementów: przetwornika kamery, obiektywu oraz oświetlacza IR spada na producenta i nie musimy się zastanawiać nad długością fali oświetlaczy lub czy dany obiektyw posiada filtr podczerwieni czy też go nie ma.

Mamy również nadzieję, że kąt świecenia diod jest właściwie dobrany do kąta widzenia obiektywu.

Różnorodność typów oferowanych przez prawie każdego dystrybutora może przysporzyć o zawrót głowy. Aby porównać je miedzy sobą sięgamy po podawane parametry techniczne i tu następuje mała konsternacja. Czułość wszystkich kamer podawana jest 0 luxa.

Rzadko kiedy podawana jest czułość przetwornika dla światła widzialnego.

Parametr 0 luxa, co by tu nie mówić jest prawdziwy, bo przy zerowym oświetleniu sceny (światłem widzialnym) mamy w kamerze widoczny obraz oświetlony światłem podczerwonym. Jak wiec porównać kamery o tym samym przetworniku? Jakość obrazu zależy w takich przypadkach zarówno od czułości samego przetwornika jak i mocy oświetlacza.

Niektórzy producenci podają ilość wmontowanych diod LED. Oczywiście ma się to nijak do jakości obrazu, bo istnieją diody o różnej mocy emitowanego oświetlenia.

I tu z pomocą pojawia się w danych technicznych kamery - tajemniczy parametr „zasięg” (wyrażony w metrach).

Zastanówmy się, o jaki zasięg może chodzić. Nie ma takiego parametru w normach technicznych. Nie może chodzić o maksymalną odległość, z jaka kamera może obserwować obiekty, bo możemy skierować ją na księżyc i obserwować to wspaniałe ciało niebieskie a wiec zasięg miałby wtedy tysiące kilometrów. Możemy się domyślać, że chodzi o zasięg wbudowanego w kamerze oświetlacza podczerwieni.

Można by przyjąć, iż chodzi o odległość, z jakiej w ciemności uzyskano obraz o jakości sygnału wizyjnego 100, 50 lub 30 IRE. Powstaje pytanie, o jaką wartość chodzi, przy jakim stosunku sygnału do szumu i przy jakim współczynniku odbicia sceny? (Wątpliwe by przeprowadzano testy w idealnie białym pomieszczeniu i na tej podstawie określano „zasięg”)

Możemy się tylko domyślać, że chodzi o zasięg w pomieszczeniu, gdyż rozproszenie światła podczerwonego na zewnątrz jest kilkukrotnie większe. Sporadycznie podawany jest enigmatyczny zasięg na zewnątrz budynku.

Współczesny marketing ( nie tylko kamer) polega na takim zaciemnieniu danych technicznych urządzeń, by klient nie mógł porównać je ze sobą i zdał się na opinię producenta, który oczywiście własny produkt uzna za najwspanialszy.

Żaden z producentów testowanych przez nas kamer nie umieścił w karcie katalogowej warunków pomiaru.

Jak jednak zmierzono ów „zasięg”? Przy próbie odpowiedzi powstają dziesiątki pytań dotyczące definicji zasięgu. Jeżeli kamera podany ma zasięg 5 m to wcale nie oznacza, że promieniowanie oświetlacza kończy się na tym dystansie. Wielkość tego promieniowania maleje z kwadratem odległości i może być wykryta detektorem podczerwieni w odległości kilkudziesięciu razy większej.

Intuicyjnie zasięg oznaczałby raczej możliwość rozpoznania jakiegoś obiektu z odległości 5 metrów w całkowitych ciemnościach. Powstaje jednak pytanie, jaki to ma być obiekt i na jakim tle oglądany?

Prawdę powiedziawszy w naszych rozważaniach i domyślaniach definicji tajemniczego „zasięgu” błądzimy w zupełnych ciemnościach. Idźmy jednak dalej, być może pojawi się jakieś „światełko” w tunelu.

Ponieważ większość kamer wykorzystywana jest w monitoringu, a ten z kolei w nocy nastawiony jest najczęściej na monitorowanie człowieka lub pojazdu (rzadziej procesu produkcyjnego), możemy wysnuć przypuszczenie, że chodzi raczej o odległość, z jakiej możemy zobaczyć ludzką postać. (Wątpliwe jest by była to ocena widoczności samochodu)

Doszliśmy wiec drogą eliminacji do wniosku, że najprawdopodobniej chodzi tu o obserwację ludzkiej postaci. Nasuwa się wiec kolejne pytanie. W jakich warunkach producent kamery obserwował daną postać i czy chodzi o rozpoznawanie twarzy, czy o rozpoznanie obecności np. jakiegoś intruza w polu widzenia kamery? O ile w domofonach może mieć miejsce rozpoznawanie twarzy, to w kamerach szerokokątnych (taka jest większość kamer z oświetlaczami podczerwieni) rozpoznawanie twarzy jest raczej niemożliwe. Pozostaje wiec domniemywać, że chodzi o odległość, z jakiej jesteśmy w stanie wykryć ludzką postać oświetloną wbudowanymi diodami. W tych warunkach najlepsze rezultaty dałby oczywiście rosły Murzyn poruszający się na tle białej ściany. My jednak poszliśmy trochę innym tropem.

Ponieważ ani w literaturze, ani w Internecie nie znaleźliśmy nic na temat porównań kamer z podczerwienią, postanowiliśmy zrobić nieśmiały, pierwszy krok w tym kierunku.

Podstawowa zaletą i celem takiego testu jest to, że wszystkie kamery będą testowane w tych samych warunkach. I nie ważne jest, czy pomieszczenie testowe będzie miało współczynnik odbicia sceny 0.5 czy 0.8, Ważne jest to, że wszystkie kamery będą testowane w identycznym środowisku, co pozwoli porównać je ze sobą.

Najpierw jednak kilka słów o warunkach, w jakich wspomniane testy wykonaliśmy.

Dla wykonania pomiarów sporządziliśmy kilka plansz testowych.

Jedna z nich to ekran panoramiczny o wymiarach ok. 315x80 cm zawieszony na wysokości ok. 180 cm nad ziemią i umieszczony na okręgu o średnicy 2m. Kamera umieszczona na statywie w środku owego okręgu i skierowana na środek ekranu pozwala na pomiar kąta widzenia oraz pomiar równomierności oświetlenia promieniowania podczerwonego.

Centralne umieszczenie kamery powoduje, że światło emitowane przez diody wraca pod takim samym kątem do obiektywu i jest mniej rozpraszane niż w przypadku płaskiej planszy.

Rozmiary planszy panoramicznej pozwalały na test kamer o kącie do 90⁰ co w praktyce zupełnie wystarczało. Promień 2m pozwala również na ocenę ustawienia ostrości, gdyż dla tej odległości wszystkie kamery posiadały już głębię ostrości (lub dało się ją wyregulować).

Inne plansze pomiarowe to naturalnej wielkości wydruki sylwetki mężczyzny o wzroście 180 cm umieszczone od kamery w odległościach 4, 6, 8, 10, 12m.

Pod każda sylwetką umieściliśmy duże cyfry formatu A4 informujące o odległości planszy od kamery. Dla zwiększenia kontrastu plansze umieszczone były na czarnym tle.

W prezentowanych wynikach pomiarów wycięte zostało tło, by porównywać wyłącznie plansze pomiarowe.

Rozmieszczenie oraz wymiary pola testowego pokazuje rysunek poniżej.

Aby porównać jakość poszczególnych kamer, dla każdej kamery sporządziliśmy dwa zrzuty ekranowe przy pomocy laptopa i wbudowanej w nim karty przechwytywania. Jeden to obraz skierowany na planszę panoramiczną, gdzie możemy stwierdzić, czy kąt oświetlacza pokrywa się z kątem widzenia kamery. Drugi zrzut to kamera skierowana na planszę z sylwetką mężczyzny, oddaloną o 8 m od statywu. Oba kierunki pokazane są kolorem czerwonym. Plansze są rozmieszczone jak najbliżej siebie w taki jednak sposób, by się wzajemnie nie zasłaniały. Takie rozmieszczenie spowodowało iż kąt pomiędzy lewą planszą (12m) a prawą (4m) wyniósł 23 stopnie. Ponieważ większość obiektywów posiada szerszy kąt niż 23⁰, prawie każdy zrzut ekranowy obejmował wszystkie plansze pomiarowe.

Deklarowane przez producentów odległości zasięgu były oczywiście większe od 12m (najdalej oddalona plansza ze względu na nasze warunki techniczne) niemniej jakość obrazu na 12m kapitalnie oddaje możliwości poszczególnych kamer.

W sumie testom poddane było kilkanaście kamer dla których wyniki przedstawione są poniżej w kolejności alfabetycznej wraz z krótkim komentarzem.

Dla powiększenia zrzutu ekranowego do naturalnej wielkości wystarczy kliknąć w dowolny obrazek.

Kamera B3622	Kamera B3622 posiada dość dobry oświetlacz niemniej elementem który ją dyskwalifikuje jest jakość klosza zakładanego na kamerę. Przetestowaliśmy trzy losowo wybrane kamery i niestety w każdej - zdecydowanie pogarsza się ostrość po założeniu klosza. Innym negatywnym elementem jest przedostawanie się światła podczerwonego do wnętrza kamery. Po założeniu klosza widać odbicie wewnętrznej elektroniki. Bez klosza kamera działa prawidłowo. W dzień, kiedy diody LED są wyłączone obraz z nałożonym kloszem jest w miarę poprawny.
	Niektóre klosze były tak fatalnie wykonane, że obraz z kamery był całkowicie nieostry.

Kamera C-3132/IRD	Podawany przez producenta zasięg 15 m jest conajmniej wątpliwy. Praktycznie przy 12m nie można już rozróżnić sylwetki człowieka.

Kamera C-3134/IRD	Kamera nieco lepsza od C-3132/IRD niemniej podawany zasieg 30m jest mocno przesadzony.

Kamera C-3532/IRD	Kamera wypadła trochę lepiej w testach niż podobne jej C-3132/IRD i C-3134/IRD prawdopodobnie dlatego, że posiada obiektyw 6.mm czyli mniejszy kąt widzenia. Zdecydowanie równomierniej dla tego obiektywu oświetlają diody LED.

Kamera Grand-IP	Oświetlacz w tej kamerze służy wyłącznie dla celów marketingowych. Ledwie widoczna jest plansza panoramiczna (odległość 2 m), natomiast zupełnie niewidoczne są plansze z mężczyzną. Można przyjąć, że kamera ustawiona przy komputerze widziałaby w nocy twarz człowieka z odległości 1m np. podczas telekonferencji. Pozostaje jednak pytanie czy telekonferencje odbywają się w całkowitych ciemnościach? Trzeba przyznać, ze przy dziennym oświetleniu kamera posiadała prawidłowy obraz jak na swoją jakość.

Kamera IRD-2330L	Trzeba przyznać, że jak na kamerę o szerokim kącie widzenia, kamera posiada dość równomierne oświetlenie i sporą moc emitowanego światła.

Kamera IRD-2331L	Podobie jak kamera IRD-2330L posiada ten sam oświetlacz i obraz z kamer o tej grupie cenowej jest naprawdę dobry.

Kamera SG-678HC/IRD	Mimo wąskiego kąta widzenia (4.3mm dla ¼ cala) deklarowany zasięg 15m jest raczej wątpliwy.

Kamera SN-IR141DC	Szerokokątna kamera o niezbyt silnym oświetlaczu, niemniej jakość plansz testowych była dobra.

Kamera WPH-2320L	Kamera o bardzo równomiernym oświetleniu. Z deklarowanymi 15-20metrami byłyby jednak kłopoty.

Kamera WPH-2331L	Bardzo silny oświetlacz jak na tę klasę kamery. Przy szerokim kącie 720 obraz można naprawdę uznać za dobry.

Kamera YC-27/IRD	Kamera z dobrym oświetlaczem podczerwieni. Niewielka ilość diod (20 szt.) charakteryzuje się silną emisją promieniowania. Bardzo wąski kąt promieni uniemożliwia stosowanie obiektywów z szerokim katem. Poniżej przedstawiamy pomiary wykonane obiektywem 8mm oraz 16mm. Z uwagi na gabaryty pomieszczenia nie mogliśmy oczywiście przetestować deklarowanego zasięgu 60m, niemniej jakość obrazu uzyskanego w naszych warunkach pozwala śmiało zakwalifikować kamerę do kamer „dalekiego zasięgu”.
	Widok dla kamery z obiektywem 8mm Widok dla kamery z obiektywem 16mm

Kamera YC-28U/IRD	Wśród testowanych kamer zdecydowanie na pierwsze miejsce wysunęła się kamera YC-28U/IRD. Kamera posiada regulację kąta widzenia w zakresie od 250 do 600. Bardzo dobrze dobrany oświetlacz dużej mocy pokrywał skrajne ustawienia obiektywu. Przyznajemy jej pierwsze miejsce.

Na tym zakończyliśmy nasze testy. Myślę, że prezentowane wyniki pomogą Państwu przybliżyć tematykę kamer z podczerwienią i przyczynią się do lepszego wyboru sprzętu przy projektowaniu systemu monitoringu nocnego.

NOWE MODELE KAMER:

Kamera C-3393/IRD	Kamera wyposażona jest w obiektyw ze zmienną ogniskową od 3.9mm do 85.8mm. Pole widzenia kamery wynosi od 50o do 2o.

Kamera C-3338/IRD-3	Kamera wyposażona jest w obiektyw ze zmienną ogniskową od 3.5mm do 8mm. Pole widzenia kamery wynosi od 54o do 25o. Bardzo dobre rozwiązanie ze zmianą ogniskowej oraz ostrości obiektywu kamery. Dobrze dobrany oświetlacz IR do obiektywu. Rewelacyjnie niski pobór prądu (160mA)! Brak zasilacza w zestawie.

Kamera C-3131S/IRD	Kamera bardzo niewielka gabarytowo, ale wyposażona w oświetlacz podczerwieni o stosunkowo dobrym zasięgu. Kamera jest w pełni hermetyczna.

Kamera CC-400S/IRD-2DC	Dość ciekawe rozwiązanie oświetlacza umożliwia dobranie dowolnego obiektywu z automatyczną przysłoną dla bardzo dobrego przetwornika SONY. Takie rozwiązanie umożliwia uzyskanie znakomitego obrazu w nocy nawet przy stosunkowo słabym, wbudowanym oświetlaczu.

Kamera CC-403/IRD-1	Praktycznie najtańsza kamera na rynku z oświetlaczem podczerwieni. Do obserwacji kilku metrów spisuje się całkiem nieźle.

Kamera CC-403S/IRD-2	Najchętniej kupowana kamera do obserwacji wewnątrz pomieszczeń. Bardzo istotna role ma szeroki kąt widzenia.

Kamera CC-508S/IRD-6	Bardzo dobry oświetlacz o dalekim zasięgu i szerokim kącie. Przetwornik SONY o dużej rozdzielczości tworzy naprawdę dobry obraz. Gorąco ją Państwu polecamy.

Kamera CC-606S/IRD-4	Kamera o rozdzielczości 520 linii i oświetlaczem o zasięgu ok. 50m. Na uwagę zasługuje dość szeroki kąt widzenia wynoszący ok. 45° co stanowi o jej uniwersalnym zastosowaniu. Kolejny atut to solidna, metalowa obudowa i małe gabaryty kamery.

Kamera CCD-406S/IRD-2	Atrakcyjna cena jak na kamerę z przetwornikiem SONY oraz oświetlaczem podczerwieni.

Kamera DP-950C/IRD	Łatwa zmiana pola widzenia kamery dzięki ruchomej głowicy. Mniejszy zasięg oświetlacza podczerwieni od podanego przez producenta.

Kamera CCM-5025S/IRD-8	Wojskowa kamera, która na rynku nie ma sobie równych. Jest to najlepsza kamera do zastosowań na zewnątrz budynków. Fantastyczny oświetlacz o dalekim zasięgu, i szerokim kącie. Przetwornik SONY o dużej rozdzielczości tworzy bardzo dobry obraz zarówno w dzień jak i w nocy. Spora waga kamery. Poniżej przedstawiamy Państwu autentyczne zrzuty ekranowe z obserwacji placu budowy zrobione z tego samego miejsca dwiema różnymi kamerami. Pierwsza z nich to zwykła kolorowa kamera TC-3804/01A1. Druga to CCM-5025S/IRD-8.
TC-3804/01A1 CCM-5025S/IRD-8 Brak ostrości na zdjęciu z lewej strony jest spowodowany zbyt małą odległością pomiędzy kamerą a planszą testową (odległość 2m) w stosunku do zastosowanego w kamerze obiektywu (ogniskowa 25mm).	CCM-5025S/IRD-8 CCM-5025S/IRD-8

Kamera CCM-5025S/IRD-10	Fantastyczny oświetlacz o dalekim zasięgu, choć trzeba przyznać, ze kąt oświetlacza jest dość wąski co pokazują zdjęcia. Przetwornik SONY o dużej rozdzielczości tworzy bardzo dobry obraz. Spora waga kamery.
Brak ostrości na zdjęciu z lewej strony jest spowodowany zbyt małą odległością pomiędzy kamerą a planszą testową (odległość 2m) w stosunku do zastosowanego w kamerze obiektywu (ogniskowa 25mm).

Kamera CCM-5099MAFS/IRD-8M	Kamera wyposażona jest w obiektyw ze zmienną ogniskową od 3.9mm do 85.8mm. Pole widzenia kamery wynosi od 47o do 3o. Łatwa zmiana pola widzenia kamery dzięki ruchomej głowicy. Mniejszy zasięg oświetlacza podczerwieni od podanego przez producenta.

Kamera CCM-6099S/IRD-5	Kamera wyposażona jest w obiektyw ze zmienną ogniskową od 5mm do 50mm. Pole widzenia kamery wynosi od 51o do 5o. Solidne wykonanie, możliwość zmiany wielu parametrów kamery. Bardzo solidny uchwyt do ściany. Kapitalny zoom w obiektywie i najlepszy przetwornik SONY stosowany w kamerach przemysłowych. Regulacja ostrości i ogniskowej obiektywu wymaga demontażu szyby chroniącej obiektyw.