امروز امنیت و نظارت تصویری در محیط‌های مختلف اهمیت زیادی دارد. دوربین‌های مداربسته به عنوان سیستم‌های حفاظتی توانسته‌اند در ثبت و تحلیل رویدادها نقش محوری داشته باشند.
دوربین مداربسته تحت عنوان چشمان همیشه بیدار معروف هستند. آنها می‌توانند به طور لحظه به لحظه وقایع را ثبت کرده و بدین طریق بستری امن و قابل اعتماد در اماکن و برای افراد یا دارایی‌های مختلف فراهم آورند.
با این حال ممکن است در تصاویر ضبط شده یک سری مشکلاتی به وجود بیاید که باید برای رفع آنها اقدام نمود. رایج‌ترین مشکلاتی که در تصاویر دوربین‌های مداربسته با آن مواجه هستیم، نویزهایی است که روی تصویر می‌افتد. می‌خواهیم در این مقاله در ارتباط با نحوه رفع نویز در دوربین‌های مدار بسته به شما توضیحاتی را ارائه دهیم.
نویز پدید آمده در دوربین های مدار بسته
نویز به عنوان یک نوع اختلال ناخواسته‌ای است که در سیگنال‌های تصویری به شکل‌های گوناگونی ظاهر می‌شود. نویزهای به وجود آمده باعث می‌شود که از شفافیت، وضوح و میزان جزئیات تصویر کم شود.
نویز نه تنها باعث می‌شود که کاربر تجربه بصری ناخوشایندی داشته باشد، بلکه در برخی فرآیندهای حیاتی مثل شناسایی اشیا، تشخیص چهره، تحلیل صحنه‌های جرم و بازبینی دقیق رویدادها می‌تواند اختلالات جدی ایجاد کند.
در مکان های حساس امنیتی وجود اندکی نویز در تصویر می‌تواند باعث از دست رفتن اطلاعات کلیدی شده و اثربخشی کل سیستم نظارتی را کاهش دهد.
به همین خاطر درک عمیق ماهیت نویز در دوربین‌های مداربسته، شناخت دقیق علت بروز نویر و تسلط بر روش‌های موثر برای رفع و یا کاهش نویز اهمیت خیلی زیادی دارد. این مقاله می‌خواهیم به طور جامع و کاربردی در این زمینه مطالب مهمی را ارائه دهیم.
دلایل به وجود آمدن نویز
دلایل مختلفی باعث ایجاد نویز در دوربین‌های مداربسته می‌شوند که می‌توانیم آنها را به دست بندی‌های مختلفی تقسیم بندی کنیم. در این مقاله به چند مورد از دلایل مهم برای تشخیص و رفع موثر نویز پرداخته‌ایم.
نویز حرارتی (Thermal Noise)
نویز حرارتی نویزی است که ناشی از حرکت تصادفی الکترون‌ها در تصویر می‌باشد و دلیل آن به خاطر حرارت است. هر چقدر دمای محیط افزایش پیدا کند، میزان این نویزها هم بالاتر می‌رود. در محیط‌هایی که هوا گرم است و دوربین به صورت طولانی مدت کار می‌کند، این نوع نویزها بیشتر دیده می‌شود.
نویز شات (Shot Noise)
نویز شات به دلیل ماهیت کوانتومی نور و تغییرات تصادفی که در تعداد فوتون‌های دریافتی به وسیله سنسور حاصل می‌شود، معمولا در شرایطی که نور محیط کمتر است، این نویز بیشتر خودش را نشان می‌دهد.
نویز خواندن (Read Noise)
نویز خواندن زمانی به وجود می‌آید که بار الکتریکی که توسط پیکسل‌ها جمع‌آوری شده، به سنسورهای الکترونیکی در داخل سنسور و مدارات خواندن آن تبدیل می‌شود. کیفیت سنسور و مدارات مربوطه می‌تواند بر میزان این نویز تاثیر زیادی داشته باشد.
پیکسل‌های معیوب یا حساسیت متفاوت پیکسل‌ها
وجود پیکسل‌های مرده، داغ و یا پیکسل‌هایی که حساسیت‌های متفاوتی دارند، می‌تواند به صورت نقاط روشن یا تیره و یا نویز در تصویر ظاهر شود.
عوامل مربوط به نور و شرایط محیطی
وقتی که نور محیط کم باشد، سنسور مجبور است که سیگنال‌های ضعیف نور را تقویت کند. این خود عامل مهمی است که باعث افزایش نویز می‌شود.
نوردهی طولانی مدت
زمانی که شرایط نوری کم است، گاهی اوقات دوربین از نوردهی طولانی مدت استفاده می‌کند تا از این طریق بتواند نور بیشتری جذب کند. این عامل می‌تواند باعث افزایش نویز حرارتی و نویز شود.
تداخلات نوری
تداخلات نوری ناهمگن می‌تواند باعث به وجود آمدن نویز در تصاویر شود.
نویز الکترونیکی
تداخلات الکترومغناطیسی که ناشی از دستگاه‌های الکترونیکی دیگر است، وجود منبع تغذیه نامناسب و یا سیم‌کشی‌های غیر استاندارد تماماً می‌توانند به سیگنال‌های تصویر نفوذ کرده و باعث به وجود آمدن نویز شوند.
نویز ناشی از تقویت سیگنال
در مرحله تقویت سیگنال تصویر، هرگونه نویزی که در سیگنال اولیه وجود داشته باشد، هم همراه با آن تقویت می‌شود.
خطاهای پردازش تصویر
الگوریتم‌های نامناسب و یا تنظیمات نادرست در هنگام پردازش تصویر می‌تواند باعث ایجاد نویز شود و یا اگر قبلاً نویزی در تصویر بود آن را تشدید می‌کند.
عوامل مربوط به کابل‌کشی و اتصالات
استفاده از کابل‌هایی که کیفیت پایین دارند و یا استفاده کردن از کابل‌ها در بازه زمانی طولانی مدت، باعث می‌شود که سیگنال‌ها افت پیدا کرده و میزان حساسیت به نویز را فزایش می‌دهند.
وجود اتصالات نامناسب باعث می‌شود که در انتقال سیگنال‌ها اختلال ایجاد شده و در نتیجه پدیده نویز ظاهر می‌شود. اختلاف پتانسیل زمین بین اجزای مختلف سیستم باعث می‌شود که یک سری جریان‌های ناخواسته ایجاد کند و در نتیجه باعث به وجود آمدن نویز در تصویر می‌شود.
الگوریتم‌های فشرده سازی تصویر می‌تواند برخی از جزئیات تصویر را حذف کند، در نتیجه باعث به وجود آمدن آرتیفکت‌های شبیه به نویز می‌شود.
عوامل محیطی
نفوذ رطوبت و گرد و غبار به داخل دوربین‌ها می‌تواند در عملکرد قطعات الکترونیکی اختلال ایجاد کرده و باعث ایجاد نویز شود.
نحوه رفع نویز
نویز در دوربین‌های مداربسته به روش‌های چند جانبه‌ای دارد. در واقع شما باید در ابتدا بررسی‌های لازم را انجام دهید، سپس تنظیمات دوربین را به طور صحیح و مجدد تنظیم کنید. شرایط محیطی را بهبود دهید. از کیفیت تجهیزات و کابل کشی مطمئن شوید و در صورت لزوم از تکنولوژی‌های کاهش نویز استفاده کنید. در ادامه می‌خواهیم تمامی این مراحل را به شما توضیح دهیم.
کاهش Gain (تقویت سیگنال)
Gain میزان تقویت سیگنال تصویر را تعیین می‌کند. وقتی که شرایط نوری کاهش پیدا کند، میزان Gain بیشتر می‌شود تا بتواند تصاویر را روشن‌تر ثبت کند. این موضوع میزان نویزهای تصویر را به شدت افزایش می‌دهد.
سعی کنید Gain را در پایین‌ترین حد خود تنظیم کنید تا بتواند برای شما تصاویر مناسب و قابل قبولی ارائه دهد. برخی از دوربین‌ها دارای حالت‌هایی هستند که به طور خودکار مقدار Gain را تنظیم می‌کنند.
اگر نویز زیادی وجود داشت شما با غیر فعال کردن AGC و تنظیم دستی Gain می‌توانید نویز را رفع کنید.
تنظیم سرعت شاتر (Shutter Speed)
در شرایط نوری کم، سرعت شاتر کاهش پیدا می‌کند و این به سنسور اجازه می‌دهد تا نور بیشتری به سمت خود جذب کند و در نتیجه بیشتر شدن Gain را کمتر می‌کند.
اگر بیش از حد سرعت شاتر کاهش پیدا کند، باعث می‌شود که تصاویر متحرک تار شوند. شما باید بین سرعت شاتر و میزان نویز یک تعادل مناسبی برقرار کنید.
استفاده از قابلیت کاهش نویز (Noise Reduction – NR)
بسیاری از دوربین‌های مداربسته دارای قابلیت‌های نرم‌افزاری برای کاهش نویز هستند که این قابلیت‌ها به دو نوع زیر تقسیم می‌شوند.
2D-NR
در این قابلیت، نویز در هر فریم به صورت جداگانه کاهش پیدا می‌کند. این روش معمولاً برای نویزهای تصادفی موثر است، اما ممکن است برخی از جزئیات تصویر از دست برود.
3D-NR
این قابلیت می‌تواند نویز را با مقایسه فریم‌های متوالی کاهش دهد. در این روش کاهش نویز در شرایط نور کم می‌تواند بسیار موثر باشد و معمولاً جزئیات تصویر را بهتر حفظ کند.
شما باید تنظیمات مربوط به میزان کاهش نویز را آزمایش کنید تا بتوانید بهترین نتیجه را به دست آورید.
تنظیم IR Cut Filter
دوربین‌هایی که قابلیت دید در شب دارند، فیلتر IR Cut Filter در طول روز به شما تصاویر رنگی فعال و دقیقی ارائه می‌دهد. در هنگام شب میزان حساسیت بیشتر به نور IR Cut Filter غیر فعال می‌شود.
گاهی اوقات عملکرد نامناسب این فیلتر باعث می‌شود که نویزهایی ایجاد شده و یا در رنگ تصویر تغییراتی به وجود آید. باید مطمئن باشید که فیلتر به درستی در حالت روز و شب تغییر می‌کند.
بهبود شرایط محیطی
برای بهبود شرلیط محیطی، شما باید اقدامات لازم را انجام دهید.
افزایش نور محیط
زمانی که به خاطر نور کم، تصاویر بی کیفیت ایجاد می‌شود، سعی کنید نور محیط را با استفاده از چراغ‌های اضافی بیشتر کنید. نور کافی می‌تواند نیاز به بیشتر شدن Gain را کاهش دهد و در نتیجه آن میزان نویز تصاویر کاهش پیدا می‌کند.
جلوگیری از منابع نور مستقیم
وقتی به لنز دوربین نور خورشید به طور مستقیم بتابد و یا نور را از منابع نوری قوی دیگر دریافت کند، باعث می‌شود که در تصویر حاله‌هایی به وجود بیاید.
شما باید از نصب کردن دوربین در مقابل منبع نور مستقیم خودداری کنید و اگر مجبور به انجام این کار شدید، حتماً برای لنز از سایبان استفاده نمایید.
استفاده از دوربین‌های با کیفیت
استفاده از سنسورهای بزرگتر با پردازنده‌های تصویر بهتر دارند، معمولاً نویزهای کمتری تولید می‌کنند. سنسورها در دوربین‌هایی که با کیفیت بالا هستند، می‌تواند در بلند مدت از بروز مشکلاتی چون نویز جلوگیری کند.
استفاده از منبع تغذیه مناسب و پایدار
نوسانات ولتاژ و وجود منبع تغذیه نامناسب می‌تواند در تصویر یک سری نویزهایی ایجاد کند. توصیه می‌شود که از منبع تغذیه با کیفیت و مطابق با مشخصات دوربین استفاده کنید.
استفاده از کابل‌های با کیفیت و طول مناسب
همیشه از کابل‌های استاندارد و با کیفیت که دارای شیلد مناسب هستند، استفاده کنید. کابل‌کشی‌هایی که بسیار طولانی هستند، باعث می‌شود که سیگنال تصویر افت کرده و در آن نویز بیشتری به وجود بیاید. اگر هم نیاز به کابل کشی طولانی دارید، حتماً از تجهیزات تقویت کننده سیگنال استفاده کنید.
اتصالات محکم و تمیز
مطمئن شوید تمامی اتصالات کابل محکم بوده و از هرگونه خوردگی و آلودگی عاری هستند. اتصالات ضعیف باعث ایجاد نویز و اختلال در انتقال سیگنال‌ها می‌شود.
جلوگیری از حلقه‌های زمین (Ground Loops)
سیستم‌های آنالوگ اختلاف پتانسیل زمین بین دوربین و دستگاه می‌تواند باعث ایجاد نویزهایی به شکل خطوط افقی در تصاویر شود. برای حل کردن این مشکل می‌توانید از ایزولاتورهای ویدیویی استفاده کنید.
استفاده از تکنولوژی‌های کاهش نویز در دستگاه ضبط (DVR/NVR)
تنظیمات کاهش نویز در دستگاه ضبط
بسیاری از دستگاه‌های ضبط تصاویر دارای تنظیماتی هستند که با کمک آنها می‌توان نویز تصاویر ورودی را کاهش داد. شما باید این تنظیمات را بررسی کرده و در صورت نیاز تنظیمات بهتری انجام دهید.
به‌روزرسانی Firmware
مطمئن شوید که فریمور دوربین و دستگاه ضبط شما آخرین نسخه از به روز رسانی را دریافت کرده اند. به روز رسانی‌هایی که انجام می‌شود، باعث بهبود الگوریتم‌های کاهش نویز و رفع باگ‌های مربوط به کیفیت تصاویر خواهد شد.
بررسی تداخلات الکترومغناطیسی (EMI)
دوربین‌ها و کابل‌ها را باید در فاصله دورتری از منابع قوی تداخل الکترومغناطیسی مثل ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی بزرگ و دستگاه‌های بی‌سیم قوی نگه دارید.
استفاده کردن از کابل‌های شیلددار باعث محافظت از سیگنال تصاویر در برابر تداخلات الکترومغناطیسی می‌شود.
حرف آخر
دوربین‌های مداربسته مثل هر نوع وسیله الکتریکی دیگر ممکن است در طی کارکرد خود دچار مشکلاتی شوند، از جمله این مشکلات وجود نویز است. عوامل مختلفی باعث به وجود آمدن نویز در تصاویر به دست آمده از دوربین‌های مدار بسته می‌شود. باید بتوانید دلایل به وجود آمدن این نویز مشخص کرده و برای رفع آنها اقدام کنید.