قابلیت WDR چیست؟

محدوده دینامیکی گسترده  WDR

موقعیت های نظارتی مختلف باعث به وجود آمدن شرایط نوری دشوار خواهند شد. یکی از شرایط حساس زمانی است که در یک تصویر تغییرات نوری زیادی به طور همزمان سرعت می گیرد که به محدوده دینامیکی گسترده با WDR مربوط می شود. شرایطی چون:

• درهای ورودی که قسمت بیرونی نور بیشتری دارد و قسمت درونی محیط تاریک تر است، نمونه متداول آن در فروشگاهها ورودی پارکینگ ها و تونل ها (قسمت داخلی ورودی پارکینگها که محل عبور وسایل نقلیه است به گونه ای که تاریک تر از محیط بیرونی باشد) در سیستم حمل و نقل شهری که دوربین در نور مستقیم قرار دارد و قسمت هایی از تصویر در سایه قرار گرفته است.
• وسایل نقلیه به همراه چراغ های بزرگ که در قسمت جلو دوربین قرار می گیرند و مستقیم در راستای دوربین حرکت می کنند. محیط هایی که نورهای منعکس شده زیادی دارد. برای نمونه، مراکز خرید، فروشگاهها و اداره هایی که پنجره های زیادی دارند. بدیهی است که کاربر باید در شرایطی که محدوده وسیعی از نور در تصویر وجود دارد به راحتی اشخاص، اشیاء، وسایل نقلیه و فعالیتهای انجام شده را مشاهده کند.

WDR روشی برای ساختن تصاویری است که برای شکل گیری همه تصاویر در محدوده پویا تلاش می کنند. دوربین های نظارت تصویری استاندارد   (بدون WDR ) در تصاویری که تغییرات نوری زیادی وجود داشته باشد، با مشکلات زیادی مواجه هستند.

دوربین هایی که از این فن آوری استفاده می کنند، محدوده ی دینامیکی تصاویر را افزایش می دهند که منظور از محدوده ی دینامیکی، نسبت روشنی تصویر به تاریکی آن است. در این فن آوری، به جای یک تصویر از دو یا چند تصویر استفاده میشود که هر تصویر با میزان جذب نور متفاوتی گرفته میشود و در نتیجه جزئیات بخش های تاریک و روشن متفاوت است. به طور معمول تصویری که حاصل استفاده از WDR است، به آنچه توسط چشم دیده میشود. نزدیکی بیشتری دارد و جزئیات بخش های تاریک و روشن آن بیشتر است.

وقتی که در صحنه ای مناطقی با نور کم و تیره و مناطقی با روشنایی زیاد وجود دارد. قابلیت WDR با به کار گیری قابلیت پردازش تصویر دیجیتال و ترکیب چندین عکس با زمان های نوردهی متفاوت (سرعت شاتر متفاوت) باعث افزایش نوردهی در نواحی تاریک و کاهش آن در فضاهای روشن می شود و وضوح هریک از این فضاها متناسب با یکدیگر و به صورت کاملا مشخص از هم تشخیص داده شود. دوربین با استفاده از این فن آوری ویژگی های موردنظر بین فضای باز و سرپوشیده را به صورت خودکار انتخاب و تنظیم می نماید به طوری که تصویری بسیار واضح و شفاف از هر دو محیط را به بیننده ارائه می کند. این عملکرد در دوربین های دارای فن آوری فوق، به صورت خودکار انجام می شود. این قابلیت در فضاهایی با حضور پنجره و مقدار نور طبیعی بالا مفید است.

دوربین های با کیفیت WDR بالا این قابلیت را در شرایطی با اختلاف روشنایی زیاد بین نقاط تاریک و روشن با جزئیات بیشتری از نقاط تاریک بدون اشباع شدن نقاط روشن ارائه می دهند.

این مشخصه در دوربین های CCD عادی با استفاده از الگوریتم به کار گیری دو سرعت شاتر مختلف، نوردهی خودکار و پردازش تصویر هوشمند بسیار مفید واقع می شود.

در حالیکه فن آوری BLC باعث می شود تا اشیای تیره موجود در تصاویر واضح تر گردند، فن آوری WDR  در دوربینها سبب می شود تا در صورتی که در محل تصاویر تیره و روشن وجود داشته باشد، وضوح هر یک از این اشیا متناسب با یکدیگر و به صورت کاملا مشخص از هم تشکیل شود.

 روشهای مختلف WDR

   WDRبا دو بار اسکن (DSWDR): در این سیستم از دو بار اسکن CCD جهت ایجاد دو تصویردر یک زمان یکی با نوردهی بالا جهت قسمتهای تاریک تصویر و دیگری با نوردهی پایین جهت قسمت های روشن تصویر و نهایتا ترکیب این دو و به دست آوردن تصویری با کیفیت بالا استفاده می کند  .

WDR با یک بار اسکن (SSWDR): در این سیستم ISP پارامتر گاما را جهت اضافه نمودن روشنایی کاهش یافته استفاده می کند. فن آوری SSWDR از کیفیت پایین تری نسبت به DSWDR برخوردار است ولی ارزانتر است. SSWDR را DWR نرم افزاری،   DWR  دیجیتال،   ATR و یا ATR – EX نیز مینامند.

نور، پیکسل و محدوده دینامیکی

نور از بسته های انرژی گسسته ای به نام فوتون تشکیل شده است. افزایش مقدار نور باعث افزایش فوتون هایی که در هر ثانیه تصویر را روشن می کند خواهد بود. دوربین می تواند فوتون هایی که درهر ثانیه تصویر را روشن می کند خواهد بود. دوربین میتواند فوتون های منعکس شده از یک تصویر را پیدا کند اما همه فوتون های موجود را نمی توانند شناسایی کند. یکی از محدودیتها این است که دوربین تنها با تعداد محدودی فوتون در بین هر نوردهی می تواند رو به رو شود و در نتیجه تصویر دوربین تنها براساس تخمین خواهد بود.

محاسبه محدوده دینامیکی

در بسیاری از شرایط این قابلیت توسط واحد dB مطرح می شود و نشان میدهد که چگونه در شرایطی که تصویر بسیار روشن و یا بسیار تیره است، عملکرد دوربین چگونه خواهد شد. dB واحد اندازه گیری نسبت است. برای مثال نسبت تشعشع روشنایی و تصاویر اشیاء سیاه که توسط دوربین گرفته میشود که البته با نسبت روشنایی یکسان نیست. اگر این نسبت ۱۰۰۰: ۱ باشد، معادل dB ۶۰ خواهد بود. این مقدار به عنوان نویز الگوریتم نسبت محاسبه می شود. تاریکی های قابل ملاحظه به عنوان نویز سنسور پیکسل قابل تعریف می باشد، چرا که هر سیگنالی پایین تر از این مقدار به صورت نویز دیده می شود. یک دوربین با کیفیت بالا، محدوده دینامیکی در حدود  dB۷۰ را خواهد داشت. برخی از دوربین ها با استفاده از فن آوری نوردهی در چندین فریم این مقدار را تا

۱۰۰ dbافزایش میدهند و باعث افزایش محدوده دینامیکی حسگر خواهد شد. همیشه دستیابی به WDR بهترین راه حل نخواهد بود. به هنگام مقایسه دوربین ها از سازنده های مختلف، مهم آن است که بدانیم dB تنها تخمین توانایی دینامیکی دوربین مدار بسته است.

برخی سازنده ها از تنظیم محدوده WDR نسبت به میزان نور ورودی همچون حالت تشریح شده در DSS برای بیان توانایی محدوده دینامیکی استفاده می کنند. برای نمونه شرکت های Panasonic و Sony از پارامتر dB برای بیان محدوده  دینامیکی استفاده می کنند در حالیکه شرکت Bosch از نسبت محدوده دینامیکی به نور ورودی استفاده می کند.