من وپسرام

چيپ تصوير DIS در دوربين مداربسته

تا اينجا در مورد انواع چيپ تصوير دوربين مدار بسته و وظايف آن توضيحاتي ارائه داديم. همانطور که مي دانيد به زبان ساده، وظيفه سنسور دريافت نور از محيط و تبديل آن به سيگنال هاي الکتريکي است. حسگر هاي تصوير از جمله اجزاي اصلي دوربين هاي مداربسته محسوب مي گردند که نقش اصلي را در تشکيل تصاوير ايفا مي کنند. اين سيگنال هاي الکتريکي سپس به صورت تصاوير ويدئويي ضبط مي شوند.

قيمت دوربين مداربسته
شرکت هايک ويژن سري جديد دوربين هاي مداربسته آنالوگ خود را در سال 2012 به بازار عرضه نمود. اين دوربين هاي نسل جديد مجهز به سنسور DIS بودند. سنسور DIS در واقع ورژن بهبود يافته اي از سنسور Cmos است. در اين سنسور هاي جديد مشکلات مربوط به عدم ارائه تصاوير با کيفيت در فضاهاي کم نور موجود در سنسور هاي Cmos تا حدود زيادي برطرف گرديده است.

فروشگاه هايک ويژن      hikvision

چيپ تصوير DIS

عبارت (Digital Image Stabilization) يا به اختصار DIS در دوربين مداربسته به معني تثبيت کننده ديجيتالي تصوير است.
در هنگام نصب دوربين مدار بسته در مناطقي اعم از کنار خيابان، جاده ها، ايستگاه هاي راه آهن، بنادر، فرودگاه ها و … معمولا مشکلاتي اعم از وارد آمدن تکان و لرزش بر بدنه دوربين هاي مدار بسته وجود دارد زيرا اين مناطق اصولا در معرض باد و باران و ساير عوامل فيزيکي قرار دارند. اين تکان ها منجر به کاهش کيفيت تصاوير شده و در آن ايجاد نويز و تاري مي کنند.
به همين دليل از تکنولوژي چيپ تصوير DIS در آنها استفاده شده است. عملکرد چيپ تصوير DIS به گونه اي است که قادر است از ميزان نويز قسمت هايي از تصاوير که بر اثر لرزش دوربين ايجاد شده و وضوح خوبي ندارند بکاهد.

نحوه عملکرد

طرز عملکرد اين سنسور بدين صورت است که با سنجش ديتاي گرفته شده توسط دوربين مداربسته لرزش و ارتعاشات هاي وارده بر دوربين را که اغلب به دليل وزش باد و ... اتفاق مي افتد، تشخيص مي دهد. سپس دوربين با ايجاد ساختاري پيکسلي خارج از فريم قبلي تصوير يک بافر يا حائل پيکسلي ايجاد مي کند و يک تصوير جديد بدون نويز درون اين ساختار مي سازد. هنگامي که دوربين در معرض ارتعاش يا تکان قرار مي گيرد، دوربين فريم اصلاح شده خود را با فريم تار عوض مي کند تا اثر اين لرزش را بر روي تصوير ضبط شده کاهش دهد. قيمت نصب دوربين مداربسته
پس از آنکه چيپ تصوير DIS توسط شرکت هايک ويژن ارائه گرديد، شرکت داهوا نيز نسخه ديگري از سنسور DIS را با نام HDIS روانه بازار نمود. لازم است بدانيد که اين دو سنسور ساخت دو شرکت مختلف از لحاظ کيفيت و عملکرد هيچگونه تفاوتي با يکديگر نداشته و صرف قرار گرفتن حرف H در سنسور HDIS دليل بر بهتر بودن کيفيت آن نيست.

چيپ تصوير Progressive CMOS  / فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته

اگر به واکاوي اجزاي دروني يک دوربين مداربسته بپردازيم به سخت افزارهايي برمي خوريم که يکي از آنها قطعه اي کوچک با فتوديود هاي بازتابنده اي است که به آن لنز دوربين گفته مي شود. بخش اصلي يک لنز شامل حسگر يا چيپ تصوير آن مي باشد. بسته به ويژگي نوع دوربين مداربسته اي که قصد خريد آن را داريد، متوجه خواهيد شد که از يکي از دو نوع چيپ  تصوير درون آن استفاده شده است:

• چيپ تصوير CCD يا (charged-coupled device)
• چيپ تصوير CMOS يا (complimentary metal-oxide semiconductor)

اين دو سنسور در واقع شامل همان فتوديود هايي هستند که در پنل هاي خورشيدي نيز مورد استفاده قرار مي گيرند و اساسا تمام آنها وظايف يکساني دارند. آنها نور را به الکترون تبديل و در نهايت به تصاويري قابل نمايش تبديل مي کنند. تکنولوژي موجود در سنسور هاي CMOS در سال هاي اخير پيشرفت هاي زيادي داشته است و بسياري از نقايص آن نيز برطرف شده اند.

پس از پيشرفت هاي تکنولوژيکي صورت گرفته اخير کيفيت تصاوير گرفته شده با سنسور CMOS به حدي بالا رفته که قادر به تمايز آن از تصاوير گرفته شده توسط رقيب خود يعني سنسور CCD نيستيد. و حتي مي توان گفت مزاياي داشتن يک دوربين با سنسور CMOS از سنسور CCD بيشتر است.

معرفي سنسور CMOS Progressive

سنسورهاي CCD و CMOS که در داخل دوربين هاي مدار بسته يافت مي شوند با تکنولوژي پيشرفته  اي ساخته شده اند که قابليت هاي اساسي آنها را بهبود مي بخشد. فيلتر هاي Interlaced و Progressive از جمله اين پيشرفت ها محسوب مي شوند. آنها تصاوير را درون فريم ها پردازش نموده و نقايص موجود در تصاوير را از بين مي برند.

استفاده از فيلتر Progressive در هر دو سنسور CCD و CMOS رايج است، اما عمدتا در دوربين هاي امنيتي CMOS وجود دارد. فيلتر Progressive اين امکان را فرآهم مي کند تا دوربين بتواند اطلاعات را از هر کدام از پيکسل ها به طور جداگانه دريافت کند و پس از اسکن نمودن آنها تصويري کامل از سوژه به دست دهد. به بيان ديگر تصاوير دريافتي به طور جداگانه به فيلدها و اجزاي مختلف تجزيه نمي شوند و خطوط توليد شده در هر تصوير با کيفيت مناسبي سريعا در نمايشگر قابل مشاهده است. مهمترين مزيت اين روش در کاربرد هاي تشخيص حرکت يا (Motion Detection) است.

اين امر در دوربين هاي مدار بسته از اهميت زيادي برخوردار است، زيرا اين فيلتر ها به دستگاه هاي ضبط  DVR يا NVR اجازه مي دهد تا فيلم ها را با کيفيت بيشتري ضبط کنند. به خصوص در مواقعي که تصاوير از پيچيدگي ها و جزئيات بيشتري برخوردار اند.

معرفي سنسور Interlaced

فيلتر هاي Interlaced منحصرا در سنسورهاي CCD وجود دارند. براي تشکيل تصاوير توسط اين نوع از سنسور ها، خطوطي به صورت زوج و فرد توليد مي شوند. زماني که اطلاعات حاصل از اين خطوط با يکديگر ادغام مي شوند تصوير کامل تشکيل مي گردد.

هايک ويژن   دوربين مدار بسته تياندي 

فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته

اصطلاح Video Compression يا فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته دسته اي از اقدامات نرم افزاري براي کاهش حجم تصاوير ضبط شده و در عين حال حفظ کيفيت آنهاست. روش هاي گوناگوني براي فشرده سازي در سيستم هاي مداربسته وجود دارند. فشرده سازي در ضبط تصاوير و فيلم دوربين مداربسته در ميزان هزينه هاي ذخيره سازي نقش مهمي دارد. حجم داده هاي تصويري به خودي خود بالاست و زماني که کيفيت تصوير بالا باشد اين حجم بيشتر است. چگونه مي توان هم تصاوير بيشتري ذخيره نمود و هم کيفيت را از دست نداد. فرمت هاي مختلف فشرده سازي براي اين منظور معرفي شدند و هر بار نسخه جديدتري با عملکرد بهتر به آنها اضافه شد. به عنوان مثال فرمت هاي فشرده سازي JPEG ،Wavelet، JPEG 2000،MPEG-2 ،MPEG-4 ، H.264 و MPEG-7 که توسعه آنها موجب بهبود نتايج شد.

فشرده سازي فيلم چطور صورت مي گيرد؟

پيش از بررسي روش هاي فشرده سازي فيلم بايد کمي با روش هاي ساده فشرده سازي تصوير يا عکس آشنا شويم. براي فشرده سازي يک عکس روشهاي بسيار متفاوتي وجود دارد که هر يک فرمولاسيون نرم افزاري خود را دارند اما دو روش بسيار رايج JPEG و PNG هستند. بايد بدانيد در شکل خام (BMP)، يک عکس به صورت پيکسل هاي يک به يک ضبط مي شود، يعني اطلاعات هر پيکسل به صورت جداگانه ثبت مي شود که شامل ميزان روشنايي، رنگ و محل پيکسل است. از کنار هم گذاشتن اين اطلاعات يک عکس کامل ساخته مي شود. اين روش طبيعتا ظرفيت بسيار بالايي را اشغال مي کند.

در روش JPEG، نرم افزار با پيدا کردن پيکسل هاي نزديک به هم و ضبط شباهت آنها از نظر رنگي به جاي ثبت پيکسل به پيکسل تصوير، تصوير را به صورت مجموعه اي از شکل هاي رنگي ثبت مي کند (البته اين فقط اصل عملکرد JPEG است، جزئيات نرم افزاري فشرده سازي بسيار گسترده است). در روش PNG عکس به صورت يک فرمول از شکل هايي با رنگ هاي مختلف در مي آيد.

مثلا اگر دايره اي در مرکز تصوير است اين دايره به صورت فرمول يک دايره ثبت مي شود. روش JPEG معمولا در فشرده کردن عکس هاي واقعي بالاترين بهره وري را دارد در حالي که روش PNG براي فشرده سازي طراحي هاي کامپيوتري و ICON ها بهينه است. تقريبا تمام روشهاي فشرده سازي فيلم ها بر پايه JPEG ساخته شده اند. چراکه بيشتر فيلم ها از تصاوير واقعي تشکيل شده اند و اين روش بهينه تر خواهد بود. البته در فشرده سازي فيلم پا را يک قدم فراتر از روش JPEG مي گذارند.

در روش‌هاي رايج فشرده سازي فيلم مانند MPEG گذشته از بررسي پيکسل هاي کنار هم در تصوير، پيکسل هاي مشابه در بين فريم ها هم شناسايي مي شود و به يک مجموعه ثبت مي شوند. در واقع در اين روش، اگر تصوير در بين فريم ها تغييرات زيادي نداشته باشد به مراتب فشرده تر مي شود. اين باعث مي شود قسمت هايي از تصوير که فاقد اتفاقات مهم و حرکت هستند ظرفيت زيادي اشغال نکنند. البته موارد گفته شده تنها پايه هاي فشرده سازي ديجيتال هستند، روشهاي امروزي براي تشخيص شباهت ها در تصاوير و بين فريم ها از مکانيزم هاي بسيار پيچيده اي استفاده مي کنند تا بتوانند نهايت فشرده سازي را در يک فيلم بدون کاهش کيفيت انجام دهند.

فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته به چه صورت انجام مي گيرد؟

دوربين هاي آنالوگ فاقد پردازشگر هستند، پس نمي توانند تصوير را فشرده کنند. اين دوربين هاي تصاوير را به صورت غير فشرده براي دستگاه DVR مي فرستند و فشرده سازي در اين دستگاه انجام مي شود. در دوربين هاي تحت شبکه فشرده سازي تصاوير در داخل دوربين انجام مي شود.

نسل اول از دوربين هاي مداربسته از روش هاي بسيار ساده مانند JPEG يا MPEG استفاده مي کردند. اما امروزه تقريبا تمام دوربين هاي مداربسته حداقل از روش H.264 استفاده مي کنند. در چند سال اخير يک روش بسيار پيشرفته به نام H.265 يا HEVC هايک ويژن براي فشرده سازي مورد استفاده قرار مي گيرد که تا 4 برابر موثرتر از H.264 است.

دوربين هاي مداربسته هايک ويژن از چه روشي براي فشرده سازي استفاده مي کنند؟

دوربين هايک ويژن از روش H.264 يا H.264+ (نمونه پيشرفته همان روش با مشخصاتي مشابه H.265) استفاده مي کند. نوع روش فشرده سازي تصاوير در کاتالوگ دوربين يا دستگاه ذخيره ساز نوشته شده است. اما جديدترين ورژن فشرده سازي تصاوير که توسط خود شرکت هايک ويژن ابداع شده است فشرده سازي H.265+ است. تفاوت اصلي آن از نظر عملکرد نسبت به نسخه هاي قبلي، کاهش ميزان بيت ريت (تعداد بيت هايي که در يک واحد منتقل يا پردازش مي شوند) و کاهش مصرف پهناي باند (ميزان انتقال داده ها در بيت در ثانيه (بيت / ثانيه) در آن است.

فشرده سازي H.264 در دوربين مداربسته هايک ويژن

264 در سال 2003 توسعه يافت. همچنين به عنوان کدگذاري پيشرفته ويدئو (AVC) شناخته مي شود، اين فرمت پرکاربردترين فرمت براي ضبط، فشرده سازي و توزيع ويدئو است. H. 264 يک استاندارد شناخته شده فشرده سازي ويدئو براي فيلم هاي ديجيتال با کيفيت بالا محسوب مي شود. H. 264 که با نام MPEG-4 Part 10 يا Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC) نيز شناخته مي شود، چندين سطح از حداکثر بيت ريت و وضوح را تعريف مي کند. در سطح بالا، مقدار يکنواختي در پارامترهاي فشرده سازي براي هر کدک وجود دارد. در تمام آنها حفظ کيفيت مورد نظر است اما بيت استريم رمزگشايي پيچيده اي دارد. در واقع سطوح H.264 حداکثر داده و وضوح تصوير را تعيين مي کند.

نصب دوربين مدار بسته

دوربين حارس

ساير فرمت هاي فشرده سازي در دوربين مداربسته

• Motion JPEG

M-JPEG فرمت فشرده سازي تصوير دوربين مداربسته از فرمت JPEG گرفته شده است. JPEG تکنيک فشرده سازي از نوع lossless است. به اين مفهوم که اطلاعات کمي از تصوير حذف در جريان فشرده سازي حذف مي کند. Motion-JPEG يک جريان ويديويي از عکس هايي را ايجاد مي کند که با فرمت JPEG فشرده شده باشند.

• MPEG

پس از M-JPEG فرمتي ديگر جهت فشرده سازي توسط گروه Motion Picture Expert Group طراحي و معرفي شد. اساس کار اين استاندارد به اين نحو است که قسمت هاي اضافي يا مشابه را حذف مي کند. بخش هاي حذف شده نه تنها در هر تصوير بلکه در بين تصاوير مختلف و مجاور نيز شناسايي و حذف مي شود.

• MPEG-1

در MPEG-1 از هر تصوير سه فريم متفاوت ساخته مي شود. فريم اول شامل (l-frame)  تمام خصوصيات و اطلاعات مربوط به ساخت تصوير است. فريم دوم P-frame يا فريم پيش بيني  نام دارد اين فريم از فريم اول، تصوير قبلي ايجاد شده است. از آن براي ايجاد تصوير بعدي استفاده مي شود. سومين فريم با نام B-frames که به آن فريم پيش بيني دوتايي  نيز گفته مي شود از دو فريم قبلي و بعدي ساخته مي شود. اين روش فشرده سازي بخش هاي تکراري و زائد را در هر تصوير حذف مي کند. علاوه براين بين تصاوير مختلف نيز با استفاده از مقايسه فريم ها با يکديگر، بخش هاي تکراري را حذف خواهد کرد. نتيجه اين فشرده سازي، کاهش بيشتري از حجم تصوير نسبت به روش JPEG است.

• MPEG-2 و MPEG-3

MPEG-2 نسخه پيشرفته MPEG است. به عبارت ديگر حاصل اين فرمت کم حجم تر از نتيجه فرمت فشرده سازي MPEG است. اما فرمت فشرده سازي MPEG-3 که ساختاري مشابه MPEG-1 دارد. با اين تفاوت که تصاوير فشرده شده با MPEG-3 با کيفيت بهتري خواهد بود.