Профессиональное видеонаблюдение является такой областью, в которой даже самая мелкая деталь может иметь важнейшее значение. Реальное разрешение зачастую значительно меньше заявленного, вследствие воздействия разнообразных внешних факторов. И одной из причин, приводящих к этому, является воздействие на видеокамеры механической вибрации в месте установки. Подобная вибрация практически всегда сопутствует видеокамерам, установленным вдоль автомобильных дорог на столбах или специальных мачтах. В этом случае, она возникает вследствие сильного ветра и нестабильности используемой конструкции. Кроме того, на камеру может непосредственно передаваться и вибрация от техногенного источника. Зачастую рядом, особенно при видеонаблюдении в помещении, оказывается какой-то мощный источник вибрации: генератор, лифт, входная дверь.
Кроме смазывания изображения при эксплуатации в таких условиях, происходит и «дребезжание» картинки, и заметное увеличение потока. И главная проблема состоит в том, что вибрация является непредсказуемым процессом, не может быть учтена, описана, а значит и полностью скомпенсирована каким-то определенным алгоритмом. Подобное ухудшение изображения сильно усложняет задачу детекции, а тем более распознавания. К примеру, при распознавании автономеров, ПО может не справляться с такими условиями и выдавать большое количество ошибок. Стоит учитывать, что для длиннофокусных объективов, влияние вибрации будет наиболее критичным. И даже небольшое перемещение камеры, может вызывать колоссальное смещение картинки. При больших увеличениях это недопустимо. А ведь малая вибрация присутствует практически всегда, но обычно ее просто не замечают.
Поэтому важным для инсталлятора, а значит и производителя, становится разработка способов борьбы с подобным. И чтобы посмотреть, что же из себя представляют цифровые алгоритмы стабилизации, как самый доступный вариант компенсации вибрации, лаборатория CCTVlab решила провести тестирование.
Что и как измеряли
Все измерения проводились при одинаковом угле обзора у камер. Оценивалось общее качество съемки камер, исходя из реального разрешения при помощи типовой тестовой таблицы при снижении освещенности от 500 до 1 лк без ИК-подсветки.
Заданные амплитуда и частота вибрации характерны для конструкций, на которые устанавливают камеры (столбы, мачты над автомагистралями). Частота вибрации составляла 1 Гц и 5 Гц, а смещение изображения в объективе камеры по отношению к полному размеру кадра равнялось 2%, 6%, 11%. Влияние этой вибрации на качество съемки оценивалось по нескольким факторам.
Первым является разрешение камеры при воздействии вибрации и при воздействии вибрации и включенном алгоритме стабилизации.
А вторым фактором является отношение перемещения изображения при воздействии вибрации к перемещению изображения при воздействии вибрации с включенным алгоритмом стабилизации.
Результаты испытаний BEWARD SV2015M
Показала самое высокое разрешение и наилучшую стабильность разрешения при снижении освещенности. Показала наибольшую эффективность алгоритма стабилизации изображения при больших амплитудах на 1 Гц и при малых на 5 Гц. Лидирует по величине разрешения при малой амплитуде и вибрации на 1 Гц при выключенном алгоритме стабилизации. На этой же частоте включение алгоритма стабилизации, позволяет сохранить разрешение даже при воздействии вибрации.
Рисунок 1 Изменение горизонтального разрешения при снижении освещенности (Больше – лучше). Вибрация и алгоритм стабилизации изображения выключены
Во всех камерах наблюдалось закономерное снижение разрешения при снижении освещенности.
Рисунок 2 Изменение горизонтального разрешения при увеличении амплитуды вибрации при частоте 1 Гц (Больше – лучше). Вибрация и алгоритм стабилизации изображения включены
По графикам становится заметно, что в большинстве камер, при увеличении амплитуды вибрации происходит закономерное падение разрешения. В основном разрешение камер при включенном алгоритме немного ниже, чем, когда он выключен. Чем выше амплитуда и частота вибрации, тем меньше разница между величинами разрешений при съемке с выключенным алгоритмом и при его включении. Интересно, что при частоте 1 Гц алгоритм стабилизации камеры SV2015M отрабатывает вибрацию без видимого ухудшения изображения.
Рисунок 3 Уменьшение амплитуды колебаний изображения при включении алгоритма стабилизации при частоте 1 Гц (Больше – лучше). Вибрация и алгоритм стабилизации изображения включены
При оценке эффективности работы алгоритма стабилизации, можно заметить много интересных особенностей. Эту эффективность вычисляли при воздействии вибрации как отношение амплитуды колебания изображения к амплитуде колебания изображения при включенном алгоритме стабилизации изображения. Получилось, что алгоритмы стабилизации камер более эффективны на частоте 1 Гц, причем эффективность с увеличением амплитуды вибрации только возросла. А вот при частоте 5 Гц, эффективность с ростом амплитуды вибрации незначительно росла только у одной камеры, а у двух других заметно снижалась. При большой амплитуде вибрации на частоте 5 Гц амплитуда перемещения изображения у этих камер при включенном алгоритме сравнялась с амплитудой при выключенном алгоритме.
Если же рассмотреть все результаты в совокупности, то можно отметить, что камеры лучше справились с вибрацией на 1 Гц. Можно предположить, что производители настраивали свои алгоритмы именно на такие условия.
Заключение
По результату тестов данных образцов камер можно сделать следующие важные выводы:
Алгоритм при его включении снижает разрешение камеры, даже при съемке статичного изображения при отсутствии вибрации. И далее разрешение падает с увеличением амплитуды и частоты вибрации, стабилизатор позволяет лишь сохранить разрешение на том же уровне, либо ухудшает его ещё больше. Но в то же время алгоритм цифровой стабилизации позволяет значительно снизить амплитуду колебаний изображения, снижая скачок битрейта из-за вибрации, что позволяет более стабильно работать различным алгоритмам аналитики – таким как распознавание номеров, детекторов движения и т.д., а также сделать просмотр видео более комфортным.
Отсюда следует главная рекомендация инсталляторам: следите чтобы на камере алгоритм стабилизации был выключен, при отсутствии веского обоснования его включения не только в самом наличии заметной вибрации камеры в месте установки, но именно влияния этой вибрации на качество выполнения поставленных системе видеонаблюдения конкретных задач.
Полная версия статьи размещена на сайте независимой лаборатории CCTVlab.