20 iunie 2011

WDR vs. SWDR vs. DWDR - Tehnologii de prelucrare linoasa a imaginilor

     Asa cum spuneam si intr-un articol anterior, in CCTV, lumina este unul dintre cei mai importanti factori externi ce influenteaza calitatea imaginilor preluate de o camera de supraveghere video.
     Cu toate ca senzorii de preluare imagine (CCD si CMOS) au avansat destul de mult in ultima perioada oferind imagini din ce in ce mai calitative, s-a simtit nevoia implementarii de noi functionalitati care sa ajusteze cantitatea si modul in care lumina "altera" cadrul supravegheat.

Prima functionalitate de acest gen ce se regaseste in camere este BLC (Back Light Compensation). Insa compensarea luminii de fond, desi benefica are efecte limitate.
In CCTV Range se refera la raportul maxim de contrast intre cel mai luminos pixel dintr-o imagine si cel mai intunecat.
Exemplu: Intr-un cadru in care este suprinsa o zona exterioar si o zona din interiorul unei cladiri unde la exterior avem 10000 Lux iar in interior avem 100Lux, contrastul in imagine ar fi de 10000:100 sau mai simplu de 100:1.
Dynamic Range se refera la capaictatea de a varia acest parametru ridicand luminozitatea zonelor mai slab luminate si coborand-o pe cea a celor supra luminate.

        Dupa multe incercari, in practica s-au impus doua tehnologii care desi poarta acelsi nume (WDR – Wide Dynamic Range) cu variatiuni minore de genul SWDR (Super Wide Dynamic Range) sau DWDR(Digital Wide Dynamic Range), opereaza constructiv diferit.

Prima din cele doua tehnologii se adreseaza senzorilor CMOS. Constructiv un senzor CMOS este un grup de fotodiode, iar informatia fiecarui pixel din imagine este preluata separat.
Primii senzori CMOS denumiti si APS (Active Pixel Sensors) au aparut in anii 90 ca alternativa la mult mai vechiul CCD care era dificil de produs si foarte costisitor.
Senzorii de tip APS s-au concentrat astfel pe simplificarea procesului de productie si pe reducerea costurilor, aducand de cele mai multe ori calitate mai slaba comparativa cu rivalul CCD.
Constructiv ei preiua informatia fiecarui pixel, alcatuiesc o imagine pe care o convertesc in format  digital si o proceseaza mai apoi ca un tot unitar.
Senzorii de tip APS inca se mai produc si sunt prezenti in general in camerele de supraveghere ultra lowcost existente pe piata.
         Pentru ca piata cerea imagini de calitate foarte buna, pornind de la senzorii de tip APS, cercetaorii de la Universitatea Stanford au pus bazele unui nou tip de senzor CMOS denumit DPS (Digital Pixel System).  Constructiv senzorii CMOS DPS preiau la fel informatia fiecarui pixel din imagine. Noutatea vine din faptul ca informatia fiecarui pixel este convertita in informatie digitala folosind cipuri ADC (analog to digital converter) imediat dupa preluare. Ulterior informatia luminoasa a fiecarui pixel este ajustata pentru a se creea o imagine utilizabila chiar si in cele mai contrastante medii, acolo unde compensarea luminii de fond nu s-ar fi descurcat. O galerie cu imagini comparative intre BLC si WDR puteti gasi aici.

A doua tehnologie poarta numele de DWDR (Digital Wide Dynamic Range) si a aparut ca raspuns al producatorilor de senzori CCD. Cu totii stim ca un stream realtime in sistem PAL este de fapt o insiruire de 25 de frame-uri pe secunda. Mai putin cunoscut este faptul ca un senzor CCD produce 50/60 de imagini.
Fiecare 2 imagini consecutive sunt combinate printr-un procedeu denumit interlace. Functionarea DWDR este mult mai simpla si de multe ori nu la fel de eficace precum WDR/SWDR insa cu siguranta este net superioara tehnologiei BLC.
DWDR este practic o tehnologie implementata la nivel de procesor de semnal digital al camerei (DSP). Ea consta in captarea a doua imagini (Una supraexpusa si una subexpusa) si combinarea lor, printr-un procedeu asemnator mediei aritmetice (A+B)/2 =C In aceasta medie:

A este imaginea supraexpusa de genul 

B este imaginea subexpusa ce arata cam asa

 

 

 

 

 


Iar rezultatul este C 

 

 

 

 

 

 

 

Concluzia: Desi tehologiile WDR/SWDR folosite la senzorii CMOS DPS sunt mult mai eficiente decat DWDR de la senzorii CCD, pretul mult mai mare al senzorilor si sensibilitatea luminoasa mult mai mare a senzorilor CCD, ce ii face mult mai potriviti pe timp de noapte. Desigur aplicatiile difera insa intr-un sistem cu raport optim pret/satisfactie as alege in general o camera su senzor CCD si DWDR

Niciun comentariu: