Hikvision Tecnologia DarkFighter. Vídeo colorido fantástico em condições de quase escuridão

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1 Hikvision Tecnologia DarkFighter Vídeo colorido fantástico em condições de quase escuridão

2 Índice 1. Background Key Technologies DarkFighter Night Vision Sensor Darkeye Lens Aspherical Lens Multi-Layer Anti-Reflection Coating Ultra-Large Aperture Constant Large Aperture Self-Adaptive ISP Technologies Smart Gain Control Auto Nonlinear Image Enhancement Multi-Exposure Self-Adaptive Detail Enhancement and Noise Reduction Hardware Noise Reduction Anti-Fogging Glass Non-Silicon Oil Heat Conduction and Dissipation Applications and Actual Effect Summary Tecnologia DarkFighter---- 2

3 1. HISTÓRICO Com a conscientização da segurança se espalhando pelo mundo e, particularmente, nas grandes cidades globais, a vigilância por vídeo 24/7 de alta qualidade tornou-se uma necessidade básica. Como a maioria dos crimes acontece à noite, melhorar a qualidade do vídeo durante esse período é uma das preocupações mais importantes do setor de vigilância por vídeo. 2. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS Lux refere-se à unidade de iluminação e esta, à noite, é geralmente menor que cinco lux. De modo geral, menos luz significa uma qualidade de imagem ruim. Os fabricantes utilizam vários métodos - aumento de ganho, obturador mais lento, sensores maiores ou lentes melhores - para melhorar a qualidade da imagem em situações de pouca lux. As câmeras da série DarkFighter da Hikvision combinam um sensor maior e um melhor design de lente com múltiplas tecnologias avançadas para proporcionar excelentes imagens o dia inteiro, bem como imagens coloridas de alta qualidade em ambientes escuros. Este artigo é uma introdução à tecnologia DarkFighter da Hikvision SENSOR DE VISÃO NOTURNA DA DARKFIGHTER O sensor de imagem é o principal componente de uma câmera. A qualidade do sensor determina a qualidade da imagem, especialmente em um ambiente com pouca iluminação. As câmeras da série DarkFighter da Hikvision utilizam especificamente sensores projetados de aproximadamente ½ polegada, proporcionando uma melhor fotossensibilidade, uma relação S/N elevada e um aumento da ampla faixa dinâmica. A área de pixels única é quase duas vezes tão grande quanto àquela de um sensor normal e melhora muito a quantidade de luz que passa, que é um componente importante para obter um melhor desempenho em condições de pouca iluminação. Figure 1 Área de pixels única Tecnologia DarkFighter---- 3

4 Ao mesmo tempo, o design da DarkFighter modifica a ordem da camada fotossensível e da camada metálica no sensor. Os sensores da DarkFighter movem a camada fotossensível para a parte superior para reduzir o reflexo da luz e aumentar a aplicação de luz. Dessa forma, o brilho aumenta em 30 por cento. A Hikvision chama esse tipo de sensor de um "sensor retroiluminado". Figure 2 Seção transversal de pixels do sensor, Padrão (Esquerda) e DarkFighter (Direita) 2.2. LENTE DARKEYE LENTE ASFÉRICA Uma lente de câmera padrão consiste em diversas lentes esféricas e estas podem causar uma aberração de imagem devido a seu formato. Nas câmeras DarkFighter e nas lentes DarkEye, a Hikvision adota uma lente asférica para diminuir a aberração de imagem. Diferente da lente esférica ou de uma lente plana, uma lente asférica tem uma superfície de forma livre. Isso permite que a lente processe a luz a partir de pontos diferentes na superfície e foque a luz com mais precisão para melhorar a definição de imagem. Com apenas uma lente asférica, em vez de diversas lentes esféricas, a câmera DarkFighter resolve o problema de aberração de imagem e melhora a transmitância da luz que, por sua vez, aumenta o brilho da imagem à noite. Lente esférica Lente asférica Figure 3 Uma lente esférica e uma lente asférica REVESTIMENTO ANTIRREFLEXO MULTICAMADA Tecnologia DarkFighter---- 4

5 Light Transmittance % A luz pode perder a intensidade quando entra em um meio diferente. Revestir a superfície da lente diminui a taxa de reflexo da luz visível para menor que três por cento. Isso também melhora o efeito antirreflexo no espectro próximo do infravermelho (> 700 nm). A tecnologia de revestimento AR (antirreflexo) multicamada pode maximizar a transmitância da luz da lente e limitar a taxa de reflexo das luzes (incluindo a luz visível e a luz de banda próxima do infravermelho) em menos que 0,5 por cento. Com essa tecnologia, o desempenho da imagem em pouca iluminação é melhorado e pode também evitar a influência de uma luz difusa e um efeito de halo proveniente de um farol de carro ou de uma lâmpada de rua. Ao mesmo tempo, já que a transmitância da luz próxima do infravermelho é intensificada, podemos obter um aumento de desempenho do IR sem elevar o desempenho das lâmpadas de IR Wavelength (nm) Normal Coating Multi-Layer AR Coating Figure 4 Transmitância da luz de diferentes tecnologias de revestimento ABERTURA ULTRAGRANDE A abertura (ƒ/ número) é um fator importante que afeta o brilho da imagem. Quanto maior for a abertura, mais luz atingirá o sensor na mesma duração. As lentes de abertura constante da Hikvision utilizam aberturas maiores (em alguns casos, tão grandes quando ƒ/0,95) e são capazes de fornecer imagens mais brilhantes com menos ruído e mais detalhes. Figure 5 Foto de visão noturna de uma lente ƒ/1,5 (Esquerda) e uma lente ƒ/0,95 (Direita) ABERTURA GRANDE CONSTANTE O valor nominal da abertura de lente varifocal comum geralmente se refere ao valor de Tecnologia DarkFighter---- 5

6 abertura quando a lente foca a extremidade de grande angular. Como a lente foca em direção à extremidade da teleobjetiva, a distância focal aumenta e a abertura diminui. A lente de abertura constante da Hikvision retém o mesmo valor de abertura mesmo quando a distância focal é ajustada. Assim, a imagem permanece brilhante mesmo quando a distância focal varia. Abertura Lente de abertura grande constante da Distância focal Figure 6 Abertura constante 2.3. TECNOLOGIAS ISP* AUTOADAPTÁVEIS CONTROLE DE GANHO INTELIGENTE O valor de ganho refere-se à ampliação do sinal de imagem. Quando a câmera está em um ambiente de pouca iluminação, o ganho pode ser aumentado para ampliar a intensidade do sinal e melhorar o brilho da imagem. No entanto, se o ganho aumentar muito, o ruído de imagem também aumentará. A estratégia da Hikvision para obter a melhor qualidade de imagem à noite é controlar dinamicamente valores de ganho múltiplos de acordo com a imagem real ao considerar a estabilidade do sensor, ruído de imagem e cor. *ISP - Processamento do sinal de imagem Tecnologia DarkFighter---- 6

7 Ganho analógico do Ganho digital do Ganho digital da Estratégia de controle Ajuste de ganho Figure 7 Fluxo de controle de ganho inteligente INTENSIFICAÇÃO AUTOMÁTICA DE IMAGEM NÃO LINEAR Um sensor de câmera transmite linearmente um sinal optoeletrônico enquanto o olho humano percebe a luz de forma não linear. As câmeras DarkFighter da Hikvision conseguem intensificar o sinal de imagem de forma similar ao do olho humano por meio do ajuste não linear da curva gama. Claro Escuro Claro Figure 8 Resposta não linear à luz pelos olhos humanos A tecnologia de intensificação de imagem não linear autoadaptável da Hikvision é baseada na iluminação. A tecnologia adota uma curva gama autoadaptável para intensificar a imagem a fim de obter mais detalhes em um ambiente com pouca iluminação. O parâmetro de Tecnologia DarkFighter---- 7

8 iluminação decide a curva gama. As iluminações diferentes correspondem a valores diferentes, gerando, assim, a melhor curva gama. Quando a câmera está em um ambiente escuro, a curva gama aumenta automaticamente para elevar o brilho da área escura. Gama 20 Gama 50 Gama 80 Figure 9 Imagem com curvas gama diferentes MULTIEXPOSIÇÃO Quando uma câmera está em um ambiente escuro, a pouca iluminação quase sempre resulta em uma carga inadequada no sensor e uma relação S/N menor. Para aumentar o brilho da imagem e a intensidade do sinal, as câmeras DarkFighter da Hikvision utilizam uma tecnologia de multiexposição, que eleva o tempo de permanência da acumulação de carga. Consultes as fotos abaixo. Multiexposição OFF Multiexposição ON Figure 10 Multiexposição Off (Esquerda) e On (Direita) A Hikvision combina o controle de ganho inteligente com a tecnologia de multiexposição e desenvolve um algoritmo de autoajuste similar à visão do olho humano INTENSIFICAÇÃO DE DETALHES AUTOADAPTÁVEL E REDUÇÃO DE RUÍDO Tecnologia DarkFighter---- 8

9 Limitado pela relação S/N, o ruído na imagem emitida do sensor não pode ser removido. Em um ambiente escuro, a câmera ampliará o sinal para melhorar o brilho e a definição da imagem, mas o ruído derivado também é ampliado. O módulo DNR 3D no ISP pode reduzir o ruído tanto de forma espacial quanto temporal. Para obter uma imagem com alta definição e baixo ruído, a intensificação da imagem e os níveis de redução de ruído devem ser equilibrados. Consulte nosso artigo sobre Redução de Ruído na obter mais informações sobre esse tópico. Contudo, o elemento central da tecnologia DarkFighter é um algoritmo de intensificação de detalhes autoadaptável e de redução de ruído, que pode ajustar automaticamente a imagem de forma similar à do olho humano. Esse algoritmo é baseado no conteúdo da imagem e no ganho e consegue ajustar a imagem em pouca iluminação para proporcionar o melhor efeito. Somente intensificada: muito ruído Somente DNR: detalhes embaçados Intensificação e DNR equilibrados Figure 11 Comparação dos diferentes parâmetros de ajuste da imagem 2.4. REDUÇÃO DE RUÍDO DO HARDWARE Além da redução de ruído do software, a Hikvision implementa uma tecnologia de supressão de frequência total e um método de redução de ruído do hardware para diminuir ainda mais o ruído. Primeiramente, a tecnologia de supressão de frequência total impede que o "ruído elétrico" influencie o sensor, garantindo, assim, um sinal de imagem mais silencioso em um ambiente de pouca iluminação. Tecnologia DarkFighter---- 9

10 Em segundo lugar, o chip de potência libera um ruído estático em diferentes temperaturas para diminuir a influência aleatória do ruído por meio do uso de uma fonte de alimentação linear com uma camada de cobre mais espessa que limita a intensidade do ruído estático em até 20 μv (média de raiz quadrada - 10 Hz a 100 KHz). Por fim, para evitar a interferência de ruído causada pela diafonia de ruídos analógico e digital, o cabeamento misto da Hikvision e o isolamento digital-analógico reduzem ainda mais a interferência de ruído e melhoram a qualidade do vídeo. Figure 12 Imagem normal Figure 13 Imagem com baixo ruído da Hikvision 2.5. VIDRO ANTIEMBAÇAMENTO Para garantir a definição da imagem à noite, medidas antiembaçamento são implementadas dentro da bolha da câmera. As câmeras DarkFighter da Hikvision utilizam um método antiembaçamento que emprega revestimentos múltiplos. Os revestimentos são hidrofílicos e podem reduzir a tensão superficial da água. Mesmo em um ambiente frio, há um efeito antiembaçamento estendido. Fotos de teste do vidro antiembaçamento e do vidro normal são exibidas abaixo. As amostras de vidro foram colocadas cinco centímetros acima de uma superfície de água quente a 60 C durante 15 minutos. Tecnologia DarkFighter

11 Figure 14 Resultado do teste do vidro antiembaçamento (Esquerda) e do vidro normal (Direita) Figure 15 Imagens da câmera com vidro antiembaçamento (Esquerda) e do vidro normal (Direita) 2.6. CONDUÇÃO E DISSIPAÇÃO DE CALOR SEM ÓLEO DE SILICONE A temperatura do sensor afeta muito a qualidade da imagem. Quando a temperatura do sensor sobe muito, o ruído de imagem aumenta e afeta a visão noturna da câmera. Para obter uma boa qualidade de imagem, a Hikvision utiliza um material condutivo de calor que possui uma alta condutividade de calor, resistência ultrabaixa ao calor e nenhum óleo de silicone. Ele pode absorver rapidamente o calor, eliminar pontos de calor do sensor e transmitir o calor para uma placa de metal, que expande a superfície de dissipação de calor. Sensor Material de interface térmica Placa de metal Figure 16 Condução e dissipação de calor sem óleo de silicone O Material de Interface Térmica (TIM) possui propriedades de baixa dureza e de alto índice de compressão, conforme indicado na Figura 17. A figura indica uma pequena alteração do TIM em diferentes índices de compressão e, portanto, minimiza as alterações de formato da placa PCB e qualquer desfoque relacionado. Tecnologia DarkFighter

12 Compression Ratio% TMA-2305W-1.0mm TMA-2305W-1.5mm TMA-2305W-2.0mm Pressure, psi 3. APLICAÇÕES E EFEITO REAL Figure 17 Curva do índice de compressão A tecnologia DarkFighter tem sido aplicada em várias câmeras. A tecnologia se supera em um ambiente de pouco iluminação que exige uma vigilância por vídeo de alta qualidade. Assim, as câmeras da série DarkFighter são comumente instaladas em estacionamentos, escolas, aeroportos, fábricas, hotéis, museus ou qualquer área em que a iluminação é um desafio. Cena 1: Estacionamento Figure 18 Fotos tiradas com iphone 6s (Esquerda) e com uma câmera DarkFighter (Direita) Cena 2: Campo Figure 19 Fotos tiradas com iphone 6s (Esquerda) e com uma câmera DarkFighter (Direita) Tecnologia DarkFighter

13 4. RESUMO As câmeras DarkFighter implementam uma tecnologia de sensor maior, abertura maior da lente e controle de ganho inteligente para melhorar drasticamente o desempenho de imagem durante a noite. Melhorias de redução de ruído no hardware e no software diminuem efetivamente o ruído de imagem em cenários de pouca iluminação. Por fim, o antiembaçamento e a condução e dissipação de calor sem óleo de silicone intensificam a definição da imagem e garantem que as câmeras DarkFighter emitam imagens coloridas brilhantes, claras e de alta qualidade à noite, proporcionando, assim, uma vigilância por vídeo altamente eficaz o tempo todo. Tecnologia DarkFighter

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