انواع سنسور دوربین مداربسته و کاربردهای آنها
سنسور دوربین مداربسته بخش کلیدی و حیاتی هر سیستم نظارتی است که وظیفه تبدیل نور به سیگنالهای الکتریکی را بر عهده دارد. این سیگنالها سپس به کمک پردازشگرهای دوربین به تصاویر دیجیتال تبدیل میشوند که قابل مشاهده، ذخیره یا انتقال هستند. به زبان ساده، سنسور بهعنوان چشم دوربین عمل کرده و تصاویر نوری را به دادههای دیجیتال تبدیل میکند.
سنسورهای دوربین مداربسته
در سیستمهای نظارتی، دو نوع اصلی سنسور وجود دارد: سنسور CCD و سنسور CMOS. سنسورهای CCD به دقت بالا و توانایی ویژه در عملکرد در شرایط نور کم معروف هستند و تصاویری با کیفیت بالا تولید میکنند. از سوی دیگر، سنسورهای CMOS با مصرف انرژی پایینتر، سرعت پردازش بالا و هزینه تولید کمتر، گزینهای مقرون بهصرفهتر هستند. انتخاب بین این دو نوع سنسور بستگی به نیازهای خاص سیستم نظارتی و ویژگیهایی مانند کیفیت تصویر، حساسیت به نور و بودجه دارد.
عملکرد سنسور بدین صورت است که نور پس از عبور از لنز دوربین، بر روی سطح سنسور تابیده و سنسور این نور را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند. هر پیکسل سنسور، میزان نور دریافتی را اندازهگیری کرده و به سیگنال الکتریکی معادل تبدیل میکند. این سیگنالها سپس جمعآوری و بهصورت دیجیتال پردازش میشوند تا تصویر نهایی تولید شود. به این ترتیب، سنسور در تعیین کیفیت تصویر، وضوح، دقت رنگها و کارایی کلی سیستم نظارتی نقش اساسی ایفا میکند.
این ویژگیها باعث میشود که سنسور دوربین مداربسته یکی از مهمترین فاکتورها در عملکرد سیستمهای نظارتی باشد و تأثیر مستقیمی بر کیفیت تصویر و امنیت محیط داشته باشد.
حسگر دوربین مداربسته: نقشی حیاتی در کیفیت تصویر
حسگر دوربین مداربسته یکی از اجزای مهم سیستم نظارتی است که در هنگام خرید باید به نوع آن توجه ویژهای داشت. این قطعه کلیدی در تمامی سیستمهای نظارتی به کار رفته و مسئول تبدیل نور دریافتی توسط لنز دوربین به سیگنالهای الکتریکی است. در واقع، کیفیت نهایی تصویر دوربین بستگی زیادی به نوع سنسور به کار رفته دارد.
ساختار حسگرهای دوربین مداربسته شامل یک صفحه سیلیکونی است که تعداد زیادی فتوسایت روی آن قرار دارد. این فتوسایتها دارای حساسیت بالایی به نور بوده و قادر به جذب نور دریافتی هستند و در نهایت آن را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکنند. اگر دوربین رنگی باشد، بر روی این فتوسایتها فیلترهای رنگی نصب میشود که منجر به ایجاد تصاویر رنگی در نمایشگر میگردد.
استفاده از این حسگرها تنها محدود به دوربینهای مداربسته نیست و در دیگر تجهیزات تصویربرداری نیز کاربرد دارد. انتخاب سنسور مناسب تاثیر مستقیم بر کیفیت تصویر، وضوح و دقت رنگها دارد و میتواند عملکرد کلی سیستم نظارتی را به طور چشمگیری بهبود بخشد.
مشخصههای اصلی حسگر دوربین مداربسته
در بازار دوربینهای مداربسته، شرکتها و فروشندگان اغلب با تبلیغات مگاپیکسل بالا بر رقابت مگاپیکسل دامن میزنند و تلاش میکنند تا محصولات خود را با وضوح تصویر بالاتر عرضه کنند. آنها با هدف ساخت دوربینهای کوچکتر و با کیفیت بالاتر، تعداد زیادی پیکسل ریز را در حسگرهای کوچک فشرده میکنند. اما حقیقت این است که مگاپیکسل بیشتر تنها به معنای این است که تصویر دارای اجزای کوچکتری است که میتواند بزرگتر ذخیره یا مانیتور شود. این بدان معناست که تصاویر با مگاپیکسل بالا ممکن است در صورتی که حسگر دوربین کوچک باشد، جزئیات کمتری داشته و حساسیت و دقت پیکسلها پایینتر باشد.
برای داشتن دوربین مداربسته با کیفیت، باید تعادلی مناسب بین ویژگیهایی مانند اندازه حسگر، تعداد پیکسلها، حساسیت و دقت آنها، و همچنین لنز دوربین برقرار شود. اگر تمامی این موارد به خوبی طراحی شده باشند، معمولاً قیمت دوربین بالاتر خواهد بود.
برای یک کاربر عادی، داشتن بیش از ۱۲ مگاپیکسل غالباً ضروری نیست. در شرایط مناسب، حتی میتوان یک تصویر ۱۲ مگاپیکسلی را تا ابعاد ۴۵×۳۰ سانتیمتر چاپ کرد، بدون اینکه کیفیت آن کاهش خاصی پیدا کند. در این شرایط، تمرکز بیشتر بر روی ویژگیهایی مانند قدرت لنز، دیافراگم لنز، سرعت عملکرد و سایر فاکتورها میتواند مفیدتر باشد.
ویژگیهای مهم یک حسگر دوربین مداربسته با کیفیت:
-
رزولوشن سنسور:
رزولوشن یا تفکیکپذیری تصویر به میزان دقت تصویر در نمایش جزئیات بستگی دارد. در دوربینهای مداربسته، مگاپیکسل به عنوان واحد اندازهگیری رزولوشن استفاده میشود. هرچه تعداد سلولهای نوری (پیکسلها) بیشتر باشد، تصویر دریافتی از کیفیت بالاتری برخوردار خواهد بود. این ویژگی کمک میکند تا در شرایطی مانند سرقت یا سایر حوادث، جزئیات دقیقتر و بهتر قابل مشاهده باشد. -
حساسیت به نور:
یکی از فاکتورهای مهم در انتخاب حسگر دوربین مداربسته، حساسیت آن به نور است. حسگرهایی که حساسیت بالاتری دارند، قادرند تصاویر با کیفیتتری در نور کم تولید کنند، که در شرایط کمنور یا شب اهمیت بیشتری پیدا میکند. -
دقت پیکسلها:
دقت پیکسلها مستقیماً بر کیفیت تصویر تأثیر میگذارد. حسگرهای با دقت بالاتر قادر به ثبت جزئیات بیشتر و نمایش رنگها به شکلی طبیعیتر هستند. -
قدرت لنز و دیافراگم:
قدرت لنز دوربین و اندازه دیافراگم نیز بر کیفیت تصویر تأثیر دارند. یک لنز با کیفیت میتواند کمک کند تا تصویر با وضوح بالاتری ثبت شود، حتی در شرایط نوری مختلف.
در نهایت، حسگر دوربین مداربسته باید دارای ویژگیهایی مانند رزولوشن بالا، حساسیت به نور و دقت بالا باشد تا بتوان از آن برای نظارت دقیق و موثر استفاده کرد.
میزان حساسیت سنسور به نور
حساسیت به نور یکی از ویژگیهای کلیدی در حسگرهای دوربین مداربسته است. چیپهای تصویری که دارای حساسیت بالاتر به نور هستند، کیفیت بهتری ارائه میدهند زیرا این حسگرها نیاز کمتری به نور برای نمایش تصاویر دارند. در واقع، هرچه یک چیپ تصویری نیاز به نور کمتری داشته باشد، محدودیتهای آن کاهش یافته و توانایی آن در نمایش تصاویر با کیفیت حتی در شرایط نوری کم افزایش مییابد. بنابراین، هنگام خرید حسگر برای دوربینهای مداربسته، باید به میزان حساسیت به نور سنسور توجه ویژهای داشته باشید تا عملکرد بهینهای در نور کم حاصل شود.
گستره دینامیکی (Dynamic Range)
گستره دینامیکی (Dynamic Range) یکی دیگر از ویژگیهای حیاتی سنسورهای دوربین مداربسته است. این ویژگی نشان میدهد که یک حسگر تا چه میزان قادر به دریافت و پردازش اختلاف سطح نور است. در محیطهایی که اختلاف سطح نور زیادی وجود دارد، گستره دینامیکی حسگر اهمیت زیادی پیدا میکند. اگر حسگر شما دارای گستره دینامیکی کمی باشد، احتمال دارد که تصاویر در مناطقی که نور زیاد است یا در سایههای عمیق، به صورت سیاه یا غیرقابل تشخیص نمایش داده شوند. بنابراین، انتخاب سنسور با گستره دینامیکی بالا میتواند به وضوح تصویر در شرایط نوری مختلف کمک کند و تصاویر واضحتری ارائه دهد.
فناوری به کار رفته در سنسور
تکنولوژیهای مختلفی در ساخت حسگرهای تصویری به کار رفته است که هرکدام ویژگیهای خاص خود را دارند و میتوانند در دوربینهای مداربسته برای کاربردهای مختلف مفید باشند. از جمله این تکنولوژیها میتوان به:
-
سنسور CMOS (نیمرسانای اکسید فلزی مکمل): این سنسورها به دلیل مصرف انرژی پایین و هزینه تولید کمتر در دوربینهای مداربسته رایج هستند.
-
سنسور CCD (دستگاه جفتکننده بار): سنسورهای CCD به دلیل دقت بالاتر در ثبت تصاویر و کیفیت بالاتر در شرایط نور کم، در دوربینهای حرفهای استفاده میشوند.
-
سنسور Foveon: این سنسورها با استفاده از لایههای مختلف برای هر رنگ (قرمز، سبز، آبی) تصویربرداری میکنند و از کیفیت تصویر بالاتری برخوردارند.
در نهایت، انتخاب فناوری سنسور به نوع استفاده و نیازهای خاص شما بستگی دارد. تکنولوژیهای جدیدتر معمولاً امکانات بیشتری مانند حساسیت به نور بالا، گستره دینامیکی بیشتر و کیفیت تصویر بهتر در شرایط مختلف فراهم میآورند.
اندازه حسگر دوربین مداربسته و تأثیر آن بر کیفیت تصویر
اندازه حسگر دوربین مداربسته یکی از عوامل کلیدی در تعیین کیفیت تصویر است. همانطور که افزایش تعداد پیکسلها میتواند وضوح و دقت تصویر را بهبود بخشد، اندازه حسگر نیز تأثیر قابل توجهی بر کیفیت نهایی تصویر دارد. به طور ساده، هرچه حسگر دوربین بزرگتر باشد، پیکسلها نیز بزرگتر خواهند بود. این پیکسلهای بزرگتر قادر به جذب نور بیشتر هستند که باعث افزایش کیفیت تصویر، به خصوص در شرایط نوری کم میشود. در واقع، اندازه بزرگتر حسگر موجب افزایش حساسیت به نور و در نتیجه تولید تصاویر با جزئیات بیشتر در شرایط نور ضعیف میشود.
تأثیر اندازه حسگر بر کیفیت تصویر در شرایط نور کم
هرچه اندازه حسگر دوربین مداربسته بزرگتر باشد، پیکسلهای آن قادرند نور بیشتری را جذب کنند و این باعث تولید تصاویر با کیفیت بالاتر و حساسیت بیشتر به نور در شرایط کمنور میشود. به عبارت دیگر، یک حسگر بزرگتر میتواند به طور مؤثرتر از ویژگیهای دیگر لنز مانند فاصله کانونی و میزان دیافراگم بهرهبرداری کند.
مثال از تأثیر اندازه حسگر
یک دوربین مداربسته چهار مگاپیکسلی میتواند حتی از یک دوربین ۱۳ مگاپیکسلی با کیفیتتر باشد، به شرط آنکه ابعاد پیکسلها و ابعاد حسگر در دوربین چهار مگاپیکسلی بزرگتر باشد. در واقع، هر پیکسل در دوربین چهار مگاپیکسلی بزرگتر است، که این امر اجازه میدهد نور بیشتری جذب شده و در نهایت تصویر دقیقتر و با کیفیتتری ایجاد شود.
توقف روند افزایش مگاپیکسلها و اهمیت اندازه حسگر
در سالهای اخیر، افزایش تعداد مگاپیکسلها دیگر به عنوان راه اصلی برای افزایش کیفیت تصویر در دوربینهای مداربسته استفاده نمیشود. کاربران نیز متوجه شدهاند که افزایش مگاپیکسل همیشه به معنای کیفیت بالاتر تصویر نیست. نکته مهم این است که هرچه تعداد پیکسلها در یک حسگر با اندازه مشخص بیشتر باشد، پیکسلها کوچکتر میشوند. پیکسلهای کوچکتر معمولاً نویز بیشتری ایجاد میکنند زیرا تعداد فوتونهای دریافتشده در هر پیکسل در یک مدت زمان معین کاهش مییابد. در نتیجه، نویز بیشتر و کیفیت تصویر کمتری را به همراه خواهد داشت.
استاندارد اندازه حسگر
اندازه حسگر معمولاً با نسبت آن به فیلم ۳۵ میلیمتری به عنوان یک استاندارد مقایسه میشود. این نسبت کمک میکند تا اندازه واقعی حسگر در دوربینهای مداربسته و توانایی آن در جذب نور و تولید تصویر واضحتر بهتر ارزیابی شود.
در نهایت، انتخاب حسگر مناسب با اندازه مناسب به طور مستقیم تأثیر زیادی بر کیفیت تصویر، حساسیت به نور و عملکرد کلی سیستم نظارتی خواهد داشت.
| اندازه ی واقعی یک نوع حسگر (mm) | قطر (mm) | عرض (mm) | ارتفاع (mm) | نسبت تصویر | اندازه حسگر شناخته شده |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.000 | 3.600 | 2.700 | 7.056 | ¼” | ¼” |
| 5.000 | 4.000 | 3.000 | 7.056 | 1/3.6” | 1/3.6” |
| 5.680 | 4.536 | 3.416 | 7.938 | 1/3.2” | 1/3.2” |
| 6.000 | 4.800 | 3.600 | 8.467 | 1/3” | 1/3” |
| 6.721 | 5.371 | 4.035 | 9.407 | ½.7” | ½.7” |
| 7.182 | 5.760 | 4.290 | 10.160 | ½.5” | ½.5” |
| 8.000 | 6.400 | 4.800 | 12.700 | ½” | ½” |
| 8.933 | 8.500 | 6.800 | 14.111 | 1/1.8” | 1/1.8” |
| 9.500 | 7.600 | 5.700 | 14.941 | 1/1.7” | 1/1.7” |
| 11.000 | 8.800 | 6.600 | 16.933 | 2/3” | 2/3” |
| 16.000 | 12.800 | 9.600 | 25.400 | 1” | 1” |
| 22.500 | 18.000 | 13.500 | 33.867 | 4/3” | 4/3” |
| 28.400 | 23.700 | 15.700 | 45.720 | 1.8” | 1.8” |
| 43.300 | 36.000 | 24.000 | n/a | 35mm film | 35mm film |
تعداد پیکسلهای حسگر در دوربین مداربسته
تعداد پیکسلها در حسگر دوربین مداربسته نقش کلیدی در تعیین کیفیت و وضوح تصویر ایفا میکند. هر پیکسل تصویربرداری بر اساس اندازه جایگاه خود محاسبه میشود. به طور مثال، یک تصویر پنج مگاپیکسلی دارای پنج میلیون پیکسل است که تعداد پیکسلها در سطح موثر حسگر نیز در نظر گرفته میشود. تعداد کل پیکسلها نشاندهنده تعداد پیکسلهایی است که در حسگر دوربین وجود دارد.
در برخی از موارد، یک دوربین که به عنوان مثال سه مگاپیکسلی معرفی شده، قادر به ایجاد تصاویری با کیفیت شش مگاپیکسلی است. در این مواقع، سیستم نظارتی از اطلاعاتی استفاده میکند که بهطور تقریبی معادل شش میلیون پیکسل است، اما بر پایه سه میلیون پیکسل موثر حسگر، اطلاعات را برآورد میکند. این فرایند ممکن است با پردازشهای نرمافزاری انجام شود که جزئیات و وضوح تصویر را بهبود میدهد، اما باید توجه داشت که جزئیات ثبت نشده در هنگام عکاسی به هیچ وجه در تصویر نهایی قابل بازسازی نیست.
به طور کلی، افزایش تعداد پیکسلها در حسگر دوربین میتواند به وضوح بالاتر تصویر کمک کند، اما در شرایط خاص ممکن است برخی از اطلاعات به دلیل محدودیتهای تکنیکی از دست برود. بنابراین، در هنگام انتخاب دوربین مداربسته، علاوه بر تعداد پیکسلها، باید سایر عوامل مانند حساسیت به نور و کیفیت لنز را نیز در نظر گرفت.
تعیین تعداد پیکسلهای سنسور دوربین مداربسته
یکی از مراحل تنظیمات سنسور تصویر، انتخاب دوربین مداربسته و تنظیم تعداد پیکسلها در پنجره تنظیمات دوربین است. برای انجام این کار، دوربین مدنظر را با کلیک روی لنز دوربین یا از طریق پنجره Active Camera انتخاب میکنید. سپس پس از باز کردن پنجره Sensitivity and Resolution، تعداد پیکسلهای حسگر تصویر را وارد کرده و تغییرات را ذخیره میکنید. بعد از اعمال تغییرات، پنجره را بسته و بررسی میکنید که تغییرات به درستی اعمال شده باشد.
تعیین تعداد پیکسلهای تصویر خروجی
سیگنال تصویر دریافتی از دوربینهای مداربسته آنالوگ وارد DVR یا Multiplexer میشود و پس از عبور از مبدل آنالوگ به دیجیتال، مورد پردازش قرار میگیرد. این مبدل آنالوگ به دیجیتال معمولاً با تعداد پیکسلهای حسگر دوربین تطابق ندارد، به همین دلیل اندازه تصویر خروجی ممکن است با تعداد پیکسلهای حسگر تطابق نداشته باشد و این اختلاف باعث بروز انحرافات میشود. در دوربینهای مداربسته شبکه، تعداد پیکسلهای تصویر خروجی میتواند با تعداد پیکسلهای حسگر دوربین متفاوت باشد.
برای تنظیم تعداد پیکسلهای تصویر خروجی، ابتدا پنجره 3D Window را باز کرده و سپس با کلیک راست روی آن، پنجره Image Parameter Panel را باز کنید. در بخش Processing به قسمت Image Size بروید و تعداد پیکسلها را وارد کنید. پس از ذخیره تغییرات، گزینه According to Camera Parameters را بررسی کنید. اگر این گزینه فعال باشد، پارامترهای پردازش بر اساس پارامترهای پردازش دوربین اعمال خواهند شد.
تخصیص سطح کیفی به دوربین
فعالسازی هر دوربین در پروژه برای محاسبه مناطق تشخیص، شناسایی یا خواندن ضروری است. برای فعالسازی دوربین، دو بار کلیک روی لنز دوربین انجام میدهید و پنجره Camera Geometry را باز میکنید. سپس در UK Home Office Guidelines، سطح Quality را انتخاب کرده و پنجره را میبندید.
انواع حسگرهای دوربین مداربسته
حسگر CMOS:
-
حسگر CMOS از فناوری نیمهرسانای اکسید فلزی مکمل برای تبدیل نور به سیگنال الکتریکی استفاده میکند. این حسگرها مصرف انرژی کمتر و هزینه تولید پایینتری دارند و به همین دلیل برای سیستمهای نظارتی با انرژی محدود مناسب هستند. همچنین، این حسگرها توانایی پردازش سریع تصاویر دارند و در کاربردهایی مانند ضبط ویدیو با سرعت بالا مفیدند.
حسگر CCD (Charge-Coupled Device):
-
حسگرهای CCD به دلیل کیفیت تصویر بالا و نویز کم، برای کاربردهایی که نیاز به کیفیت تصویر بسیار بالا دارند، مناسب هستند. این حسگرها نور را به بار الکتریکی تبدیل کرده و سپس این بارها را به صورت منظم منتقل میکنند تا تصویر نهایی تشکیل شود. با این حال، مصرف انرژی بالاتر و هزینه تولید بیشتر از معایب این حسگرها است.
ویژگیهای سنسور دوربین مداربسته
نوع سنسور (CMOS یا CCD): انتخاب نوع سنسور تأثیر مستقیمی بر عملکرد تصویربرداری دارد. سنسورهای CMOS برای سیستمهای نظارتی مدرن به دلیل مصرف انرژی پایین و پردازش سریع تصویر مناسباند، در حالی که سنسورهای CCD برای تولید تصاویر با دقت رنگ بالا و نویز کم کاربرد دارند.
اندازه سنسور: اندازه سنسور بر میدان دید، عمق میدان و کیفیت تصویر تأثیر میگذارد. سنسورهای بزرگتر نور بیشتری جذب کرده و عملکرد بهتری در شرایط نور کم دارند.
رزولوشن: سنسورهای با رزولوشن بالا قادرند تصاویر با جزئیات بیشتری ثبت کنند، که برای شناسایی چهرهها یا پلاک خودروها ضروری است. اما رزولوشن بالا نیاز به ذخیرهسازی بیشتر و پهنای باند بالاتر دارد.
حساسیت نوری: حساسیت نوری سنسور نشاندهنده توانایی آن در ثبت تصاویر در شرایط نور کم است. سنسورهای با حساسیت نوری بالا برای محیطهای کمنور مناسب هستند.
دینامیک رنج: این ویژگی به دوربین این امکان را میدهد که جزئیات را در روشنترین و تاریکترین بخشهای صحنه ثبت کند. سنسورهای با دینامیک رنج بالا برای شرایط با کنتراست بالا مناسباند.
نسبت سیگنال به نویز (SNR): SNR بالا منجر به تولید تصاویر تمیزتر و با نویز کمتر، به ویژه در شرایط نور کم میشود.
سرعت فریم (Frame Rate): این ویژگی به تعداد فریمهایی که دوربین میتواند در هر ثانیه ثبت کند اشاره دارد. سرعت فریم بالاتر برای ثبت حرکت روانتر ضروری است، اما نیاز به ذخیرهسازی بیشتر دارد.
