Что лучше в ночи: инфракрасная подсветка или дневной свет прожектора?

Цель статьи – обсудить давно существующую дилемму выбора подсветки. Как правило, до недавнего времени непременным атрибутом видеокамеры наблюдения являлась инфракрасная подсветка. С чем это было связано? Почему сегодня появился двойной свет как опция? Чем вызван переход к дневной подсветке в качестве основной? Какие условия заставляют использовать ИК-подсветку, кроме инерции? Как измерить ИК-освещенность и в каких единицах?

Компании мира производят всепогодные прожекторы инфракрасного (ИК) и белого света (БС) для систем видеонаблюдения. Подсветка – ключевой элемент для эффективного ночного видеонаблюдения. Без нее камеры (особенно бюджетные) в темноте просто "ослепнут".

Прожекторы. Обзор

Давайте разберем основные типы прожекторов, их плюсы, минусы и важные аспекты использования.

Инфракрасная подсветка

Инфракрасная подсветка (IR Illuminator) излучает невидимый человеческому глазу свет в инфракрасном спектре (обычно 850 нм или 940 нм). Камеры с ИК-чувствительностью (почти все современные CCTV-камеры) видят этот свет.

Варианты исполнения:

1. Встроенная ИК-подсветка. Элементы располагаются вокруг объектива камеры. Удобно, компактно, синхронизировано с камерой. Дальность обычно ограниченна (20–50 м).
2. Выносная ИК-подсветка. Состоит из отдельных прожекторов. Большая мощность, дальность до 100–200 м, гибкость установки. можно направить свет в нужную зону.

Базовое свойство ИК-подсветки – скрытность, в основном частичная: невидима для людей, при длине волны 940 нм, 850 нм дает легкое красное свечение. Однако при длине волны 940 нм ИК-подсветка создает мрачные "загробные" картинки, хуже реагирует камера, что приводит к меньшей дальности подсветки.

Считать это достоинством или недостатком? Если вы с разрешения властей ведете тайное наблюдение или охрану объекта, тогда это весомая причина применить ИК-подсветку при длине волны 940 нм. Если это гражданский объект, вы обязаны повесить таблички "ведется видеонаблюдение". После этого скрытность не имеет значения. Вот и все достоинства.

При этом мы имеем целый список недостатков:

• черно-белое изображение изображение (нет цветности ночью);
• привлечение насекомых (особенно при длине волны ИК 850 нм);
• отражение от стекла, листвы, строений, любых непрозрачных и полупрозрачных препятствий, бликующих поверхностей, даже неопознанные артефакты и засветки;
• полная потеря разрешения, из-за переотражений и переконтрастов в ИК-лучах мы возвращаемся от 1–8 Мпк к 0,5 Мпк, то есть к черно-белым камерам начала 90-х прошлого века в 360 твл. А это все темное время суток: половина времени, в которую нарушения преобладают.

Многочисленные ролики с черно-белым изображением в ИК-лучах, как правило, делаются в тепличных условиях, например на городских улицах без деревьев с несколькими пешеходами и автомобилями, без мерцающих реклам, встречных прожекторов и т.п.

Получается, что для успешной работы ИК-подсветки надо удалить все препятствия в ближней зоне, вырубить кусты, деревья – полное безумие!

Белая светодиодная подсветка

Белая светодиодная подсветка (White Light Illuminator) работает по следующему принципу: излучает видимый белый свет как обычный прожектор, но часто с регулируемой яркостью и режимами управления, например включением по тревоге от системы охранной сигнализации.

Преимущества:

1. Цветное изображение ночью позволяет камере снимать в цвете, с сохранением высокого разрешения 2–5 Мпк.
2. Освещение территории выполняет двойную функцию: и для камеры, и для безопасности и удобства людей. Охранник не переломает ноги, преследуя нарушителя.
3. Если надо – получаем еще и психологический эффект. Яркий свет привлекает внимание, приводит воров, диверсантов и иных нарушителей в панику, когда он неожиданно включается по детектору движения, обнаружению фигур или лиц людей.

Кроме этого, появилась возможность использования эффективных светодиодов нового поколения с повышенной яркостью свечения при низком энергопотреблении (3–6 Вт). Это позволило предложить прожекторы подсветки периметра и площадей обычным белым (дневным) светом, уйти от крупногабаритных галогенных прожекторов с высоким потреблением мощности.

Рис. 1. Встроенная подсветка

Рис. 2. Отдельные прожекторы

Особенности подсветки белого света следующие. Во-первых, это яркость и цветовая температура (обычно 3000–6000 K). Отмечается также меньшая энергоэффективность по сравнению с ИК на ту же дальность, но это неточно, действительно только при одной и той же мощности излучения, а светодиод белого света потребляет ток больше примерно на 20%.

Однако замерить освещенность объекта наблюдения в дневном свете проблемы не представляет, достаточно иметь люксометр.

А вот измерение освещенности объекта в ИК-лучах надо производить косвенными методами в условных единицах с пересчетом. Как сравнивать цветное изображение и черно-белое?
Освещенность в ИК-лучах существует, а единиц измерения, как люкс, для нее нет, как нет и типовых измерительных приборов. В этом еще одно преимущество подсветки белого света – легкость контроля ее работы и диагностики прожекторов.

Рис. 3. Изображение с ИК-подсветкой с артефактами

Рис. 4. Непроницаемость листвы для ИК-подсветки

Рис. 5. Листва при дневном освещении

Гибридная подсветка

Гибридная подсветка (Smart Hybrid Illuminator) имеет разнообразные алгоритмы работы для белого света:

• постоянный;
• по датчику движения;
• синхронизированный с сиреной или охранной сигнализацией.

Часто подсветка белого света интегрируется в систему видеонаблюдения для выполнения различных сценариев, например включение при обнаружении фигур и лиц людей, автомобилей в зоне охраны.

Эти сценарии привели к появлению совместного использования двух типов подсветки в одной камере или системе видеонаблюдения. Гибридная подсветка сочетает ИК и белые светодиоды в одном корпусе камеры.

Алгоритм работы следующий. Работает в скрытном режиме (ИК) до тревоги, переключается на белый свет при срабатывании детектора движения/тревоги для цветной идентификации и отпугивания незваного посетителя.

Рис. 6. Изображение в ночи с подсветкой от фонаря

Ключевые аспекты выбора и использования подсветки

Рассмотрим несколько факторов, которые нужно учитывать при использовании подсветки.

1. Дальность

Определите расстояние до объекта. Берите подсветку с запасом по дальности (указывается для конкретных условий, реальная может быть меньше).

2. Угол обзора камеры

Угол подсветки должен быть равен или немного шире угла обзора камеры, чтобы не было "туннельного эффекта" (яркий центр и темные края).

3. Расположение

Избегайте установки подсветки рядом с камерой, если перед ней есть препятствия (ветки, решетки): они будут ярко подсвечиваться, создавая блики и маскируя объекты за ними. Лучше ставить подсветку над камерой или сбоку от нее. Вот почему оптимальным является ИК-прожектор, вынесенный в сторону от камеры.

Прожектор не должен слепить камеру (светить навстречу) и должен подсвечивать направление под углом к направлению обзора камеры. В идеале для экономии ресурсов (денег и энергии) имеет смысл устанавливать прожекторы как можно ближе к объекту охраны. Тогда необходимая для освещения мощность прожектора упадет в квадрат уменьшения расстояния до объекта, и цена, заметность, габариты – соответственно. То есть при уменьшении расстояния от подсветки до объекта в два раза мощность потребления уменьшится в четыре раза; при уменьшении расстояния в три раза мощность потребления уменьшится в девять раз! не направляйте подсветку (особенно ИК) прямо на отражающие поверхности (стекла, полированные металлы, лужи).

4. Интеграция с камерой и системой

Встроенная ИК-подсветка управляется автоматически через датчик освещенности камеры. выносные ИК-прожекторы и прожекторы белого света (ПБС) могут управляться:

• через датчик освещенности самого прожектора;
• реле камеры (при срабатывании детектора);
• централизованно, от релейных блоков системы безопасности, в частности от контроллеров системы охранной сигнализации (ОС).

Гибридные подсветки требуют настройки сценариев в камере.

5. Камера

Подсветка бесполезна, если камера не обладает достаточной чувствительностью и ИК-коррекцией (чтобы фокус не "плыл" при переключении "день/ночь").

Важные аналитические выводы

Антагонизм ключевых преимуществ (главные "козыри" технологий) – скрытность (ИК) и цветность/отпугивание (белый свет) являются взаимоисключающими. выбор одного неизбежно означает отказ от другого.

Преимущества каждой технологии реализуются только в определенных сценариях.

Область ИК

Скрытое наблюдение, мониторинг зон, где видимый свет нежелателен, объекты с требованием отсутствия светового загрязнения.

Белый свет

Там, где критична цветная идентификация ночью (въезды, КПП, зоны высокой важности), где нужен эффект отпугивания, где подсветка выполняет функцию освещения территории.

Гибридные решения

Как компромисс: гибридная подсветка (ИК + белый свет) пытается совместить преимущества – скрытый режим (ИК) до тревоги и цветное изображение/отпугивание (белый свет) при срабатывании детектора.

Влияние типа подсветки на интеллектуальные модули камеры и программного обеспечения сервера

А теперь подойдем к проблеме выбора типа подсветки, исходя из современных реалий. Камера сама по себе не дает никакого эффекта, пока она не записывает видео на карту, регистратор или в серверное хранилище. но это уровень конца XX века.

Сегодня камера серьезно не воспринимается, если не обладает необходимым набором интеллектуальных средств либо на основе программных модулей, либо нейросетевого обучения. Реализация данных модулей может быть как на камерах в прошивке совместно с регистраторами, так и в программном обеспечении (ПО) серверов.

Но если кто-то думает, что современным интеллектуальным модулям в системах видеонаблюдения (СВН) или камерах все равно, какой сигнал, цветной или черно-белый, обрабатывать, то это не так.

Качество изображения – основа распознавания

1. Детализация. интеллектуальные алгоритмы (распознавание лиц, номеров, классификация объектов) требуют четких контуров, текстур и деталей. Плохая подсветка (неравномерная, недостаточная, создающая блики) "размывает" эти детали, снижая точность.
2. Контрастность. Алгоритмы выделяют объекты на фоне по контрасту. Правильная подсветка обеспечивает оптимальный контраст между объектом и фоном.

Влияние ИК и подсветки белого света на работу интеллектуальные алгоритмов

См. таблицу.

Таблица. Влияние ИК и подсветки белого света на работу интеллектуальных алгоритмов

Общие проблемы подсветки

1. Переэкспозиция (засветка). Слишком мощная подсветка (особенно ИК, направленная на отражающий объект вблизи) "выжигает" пиксели, делая объект неразличимым. Это катастрофа для распознавания.
2. Недоэкспозиция (темные зоны). Слабая подсветка или узкий луч создают глубокие тени, где объекты "теряются". Алгоритмы не видят то, что не освещено.
3. Резкие тени. Создают артефакты, которые алгоритмы могут интерпретировать как контуры объектов или движение.
4. Неравномерность освещения. Яркий центр и темные края ("туннель") затрудняют работу алгоритмов по всему полю обзора. настройте чувствительность камеры и ИК-компенсацию, чтобы избежать переэкспозиции.
5. Калибровка видеокамеры под условия освещения. Настраивайте алгоритмы (особенно детекцию движения и тревог) под конкретные условия ночью. То, что работает днем, может давать ложные срабатывания ночью с подсветкой. Используйте маскирование зон (Privacy Masks) для исключения областей с постоянными артефактами (фонари, бликующие поверхности, скопления насекомых).
6. Выбор камеры с высокой чувствительностью и WDR. Камера должна хорошо работать именно с подсветкой (0,005–0,0001 лк, ИК-коррекция, Wide Dynamic Range ).
7. Тестирование и тонкая настройка. Обязательно проводите тесты ВК-функций ночью с выбранной подсветкой перед сдачей системы. Настройте пороги срабатывания.

Рис. 7. Варианты установки малогабаритных прожекторов на поверхности

Особенности применения подсветки для распознавания автомобильных номеров

Для распознавания номеров транспортных средств (ТС) рекомендуется использовать ИК-прожектор по следующим причинам:

• не слепит водителя авто;
• имеет узконаправленный фокус (может работать на большом расстоянии);
• в некоторых случаях помогает лучше распознать даже загрязненный номер.

Недостатки применения ИК:

1. Сложности в установке. Так как ИК-спектр не виден обычному глазу, требуется настраивать его, ориентируясь на видеосигнал с камеры. В области распознавания в этот момент должен быть автомобиль или другой объект, на который можно ориентироваться.
2. В условиях полной темноты в кадре хорошо различима только номерная пластина, так как на ней нанесено светоотражающее покрытие. При этом само транспортное средство, как правило, сложно различимо.

Рис. 8. Прожектор в взрывобезопасном варианте исполнения

Заключение

Сегодня появилась возможность использования эффективных светодиодов нового поколения с повышенной яркостью свечения при низком энергопотреблении. В свою очередь, малое потребление позволяет запитать прожекторы как от низковольтных источников бесперебойного питания (ИБП) 12–24 В, так и от самих видеокамер уличного исполнения.

Есть возможность установки прожекторов как отдельно, так и совместно с камерой на одном кронштейне. Есть возможность непосредственной автономной установки подсветки на любые поверхности, без дополнительных кронштейнов.

Это сделало подсветку мобильной, универсальной и удобной для использования в современных проектах, в том числе для перехода в цветное видеонаблюдение в темное время суток.

Функционал, заложенный в прожекторах, позволяет использовать их в интегрированных системах безопасности и автоматики с видеоконтролем. Прожекторы допускают принудительное удаленное включение различными контроллерами простым замыканием сухих контактов (дальность управления до 300 м по витой паре).

Прожекторы представлены широкой линейкой модификаций по параметрам угла/дальности, мощности, температуры среды эксплуатации от -40/-60 до +50 °С.

Широко представлена линейка прожекторов во взрывобезопасном варианте исполнения.

Подсветка не просто "дает картинку", она формирует данные, которые "видит" интеллектуальный модуль. Белый свет, дающий цветное изображение с естественными деталями, является более дружелюбной средой для большинства современных алгоритмов компьютерного зрения, особенно для задач идентификации (лица, номера). ИК-подсветка, несмотря на свои преимущества в скрытности, вносит специфические искажения (ч/б, блики, артефакты от насекомых), которые могут снизить точность и надежность видеокамеры, если не предприняты специальные меры компенсации. Гибридные системы предлагают наиболее сбалансированный подход для сложных задач.

В связи с этим перспективным направлением является переход с ИК-подсветки на прожекторы белого света. Это позволит обеспечивать разрешение от 2 Мпк в темное время суток, отсутствие ночных НЛО и артефактов, удобство визуального контроля территории охраной.

Ранее такому решению мешали габариты и потребление осветительных прожекторов.

Особенно эффективен этот переход с ИК на ПБС совместно с высокочувствительными смарт-камерами. Благодаря сверхвысокой чувствительности в цвете величиной одна десятитысячная люкса (0,0001 лк), применение прожектора белого цвета в 6 Вт позволяет получить полноценное цветное изображение от 2 Мпк в темное время суток.

Для задач скрытого наблюдения остаются выносные ИК-прожекторы 940 нм. Для обычного применения и простоты используется гибридная встроенная подсветка.

Иллюстрации предоставлены автором.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 3/2025

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Иллюстрация к статье сгенерирована нейросетью Kandinsky