Camera công nghệ DarkFighter là sử dụng cảm biến lớn hơn, khẩu độ ống kính lớn hơn và công nghệ điều khiển khuếch đại thông minh để cải thiện đáng kể hiệu suất hình ảnh, giảm nhiễu trong phần cứng và phần mềm của thiết bị để có được chất lượng hình ảnh tốt nhất khi điều kiện ánh sáng yếu hoặc vào ban đêm.
Với một xã hội ngày càng phát triển như hiện nay thì nhu cầu an ninh giám sát 24/7 là một tất yếu đều phải có, vì hầu hết các vụ trộm cắp tài sản đều xảy ra vào ban đêm. Chính vì vậy mà việc phát triển các dòng camera quan sát được ban đêm với hình ảnh có màu là những mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất và nhà thiết kế hệ thống. Đi đầu trong ngành an ninh giám sát là hãng Hikvision đã phát triển công nghệ Darkfighter siêu nhạy sáng giúp ban đêm hoặc khu vực không có ánh sáng sẽ có màu hiển thị sống động so với màu đen trắng truyền thống trước đây.
Công nghệ Darkfighter là gì?
Công nghệ Darkfighter là cho phép camera sử dụng các chíp cảm biến nhạy sáng lớn hơn, ống kính tốt hơn, tăng khuếch đại, màn trập chậm để cải thiện chất lượng hình ảnh trong môi trường độ nhạy sáng thấp dưới mức 5 LUX (Xem chi tiết LUX là gì?). Để giải nghĩa cho công nghệ này, chúng ta hãy cùng phân tích từng đặc điểm dưới đây.
1.1 Chíp cảm biến hình ảnh
Cảm biến hình ảnh là thành phần cốt lõi của mỗi một camera. Chất lượng cảm biến xác định chất lượng hình ảnh, đặc biệt là trong môi trường thiếu sáng.
Ở camera Hikvision, các cảm biến hình ảnh được thiết kế riêng biệt khi có kích thước chỉ ½-inch nên cho độ nhạy sáng tốt hơn, tỷ lệ S / N cao và tăng dải động rộng.
Vùng pixel đơn của chúng lớn gần gấp đôi so với cảm biến bình thường và cải thiện đáng kể lượng ánh sáng truyền qua, đây là thành phần thiết yếu trong hiệu suất ánh sáng thấp tốt hơn.
Hình 1 - Vùng ảnh đơn
Để giải thích cho việc này, thiết kế DarkFighter trên camera Hikvision sẽ sửa đổi thứ tự của lớp cảm quang và lớp kim loại trong cảm biến. Các cảm biến DarkFighter di chuyển lớp cảm quang lên trên cùng để giảm phản xạ ánh sáng và tăng mức sử dụng ánh sáng. Theo cách này, độ sáng sẽ được cải thiện 30 %. Hikvision gọi loại cảm biến này là cảm biến được chiếu sáng ở mặt sau.
Hình 2 - So sánh 2 loại cảm biến thường Tiêu chuẩn (Trái) và DarkFighter (Phải)
1.2 Ống kính DARKEYE
1.2.1. Ống kính phi cầu ( ASPHERICAL LENS )
Một ống kính camera tiêu chuẩn bao gồm một số ống kính hình cầu và ống kính hình cầu sẽ có thể gây ra quang sai hình ảnh vì hình dạng của chúng. Trong camera DarkFighter và ống kính DarkEye, Hikvision sử dụng ống kính phi cầu để giảm quang sai hình ảnh. Không giống như một thấu kính hình cầu hoặc một thấu kính phẳng, một thấu kính phi cầu có bề mặt dạng tự do. Điều này cho phép ống kính xử lý ánh sáng từ các điểm khác nhau trên bề mặt và tập trung ánh sáng đó chính xác hơn để cải thiện độ nét của hình ảnh. Chỉ với một ống kính phi cầu thay vì một vài ống kính hình cầu, Camera DarkFighter sẽ giải quyết vấn đề quang sai hình ảnh và cải thiện độ truyền sáng, sau đó cải thiện độ sáng của hình ảnh vào ban đêm.
Hình 3 - Một thấu kính hình cầu và một thấu kính phi cầu
1.2.2. Chống phản xạ ánh sáng
Ánh sáng có thể mất cường độ khi đi vào một môi trường khác. Phủ lên bề mặt ống kính làm giảm tốc độ phản xạ của ánh sáng khả kiến xuống dưới ba phần trăm. Điều này cũng cải thiện hiệu ứng chống phản xạ trong phổ cận hồng ngoại (> 700nm). Công nghệ phủ nhiều lớp AR (chống phản xạ) có thể tối đa hóa độ truyền ánh sáng của ống kính và hạn chế tốc độ phản xạ của ánh sáng (bao gồm ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng dải hồng ngoại) dưới 0,5%. Với công nghệ này, hiệu suất hình ảnh dưới ánh sáng yếu được cải thiện và cũng có thể ngăn ảnh hưởng của ánh sáng đi lạc và hiệu ứng hào quang từ đèn xe hoặc đèn đường. Đồng thời, do độ truyền ánh sáng của ánh sáng cận hồng ngoại được tăng cường, chúng ta có thể đạt được hiệu suất đèn hồng ngoại IR tăng lên mà không làm tăng hiệu suất của đèn hồng ngoại IR.
Hình 4 - Công nghệ chống phản xạ ánh sáng
1.2.3. Khẩu độ ống kính
Khẩu độ (ƒ/stop) là yếu tố chính ảnh hưởng đến độ sáng của hình ảnh. Khẩu độ càng lớn, ánh sáng tới cảm biến càng nhiều trong cùng thời gian. Khẩu độ ống kính trên camera Hikvision sử dụng là loại khẩu độ lớn hơn (trong một số trường hợp lớn bằng ƒ / 0,95) và có thể cung cấp hình ảnh sáng hơn với ít nhiễu hơn và nhiều chi tiết hơn. Sự khác biệt trong đánh giá f / stop là rất quan trọng. Ví dụ: khi so sánh ống kính f / 0.95 so với ống kính f / 1.5, cần gấp đôi lượng ánh sáng cho cái sau để đạt được độ sáng tương tự trong ảnh.
Hình 5 - Ảnh tầm nhìn ban đêm của ống kính ƒ / 1.5 (trái) và ống kính ƒ / 0.95 (phải)
1.2.4. Khẩu độ ống kính không đổi
Giá trị khẩu độ danh nghĩa của ống kính tiêu cự thông thường thường đề cập đến giá trị khẩu độ khi ống kính lấy nét ở đầu góc rộng. Khi ống kính tập trung vào đầu tele, độ dài tiêu cự tăng và khẩu độ giảm. Thấu kính khẩu độ không đổi trong camera Hikvision vẫn giữ nguyên giá trị khẩu độ ngay cả khi điều chỉnh độ dài tiêu cự. Nói cách khác, không cần phải làm chậm tốc độ màn trập để cho phép nhiều ánh sáng đến được cảm biến hơn. Làm chậm màn trập gây ra bóng mờ, dẫn đến hình ảnh không thể sử dụng được. Tuy nhiên, tốc độ màn trập chậm hơn là không cần thiết vì chất lượng cao của các bộ phận, cho phép nhiều ánh sáng đến được cảm biến hơn. Do đó, hình ảnh vẫn sáng khi độ dài tiêu cự thay đổi.
Hình 5 - Khẩu độ ống kính không đổi
1.3 Công nghệ điều chỉnh tín hiệu (ISP) tự chọn
1.3.1 Nâng cao hình ảnh tự động
Một cảm biến camera truyền tuyến tính tín hiệu quang điện tử, trong khi mắt người cảm nhận được ánh sáng phi tuyến. Camera Hikvision DarkFighter có thể tăng cường tín hiệu hình ảnh tương tự như mắt người, bằng cách điều chỉnh đường cong gamma một cách phi tuyến.
Hình 6 - Phản ứng ánh sáng phi tuyến của mắt người
Công nghệ nâng cao hình ảnh phi tuyến tự thích ứng của Hikvision dựa trên sự chiếu sáng. Công nghệ áp dụng đường cong gamma tự thích ứng để nâng cao hình ảnh để có thêm chi tiết trong môi trường chiếu sáng thấp. Thông số chiếu sáng quyết định đường cong gamma. Các độ sáng khác nhau tương ứng với các giá trị khác nhau, do đó tạo ra đường cong gamma tốt nhất. Khi máy ảnh ở trong môi trường tối, đường cong gamma sẽ tự động tăng lên để tăng độ sáng của vùng tối.
Hình 8 - Hình ảnh với các đường cong Gamma khác nhau
1.3.2 Cảm biến tiếp xúc đa hướng
Khi camera ở trong môi trường tối, độ rọi thấp thường dẫn đến việc sạc không đủ trên cảm biến và giảm tỷ lệ S / N. Để tăng độ sáng hình ảnh và cường độ tín hiệu, camera Hikvision DarkFighter sử dụng công nghệ đa hướng, giúp tăng khả năng tích lũy điện tích. Xem ảnh dưới đây.
Hình 9 - Công nghệ cảm biến tiếp xúc đa hướng
Hikvision kết hợp điều khiển khuếch đại thông minh với công nghệ đa phơi sáng và phát triển thuật toán điều chỉnh tự động tương tự như thị lực của con người.
1.3.3 Kiểm soát GAIN thông minh
Giá trị khuếch đại đề cập đến sự khuếch đại của tín hiệu hình ảnh. Khi camera ở trong môi trường chiếu sáng thấp, mức tăng có thể được tăng lên để khuếch đại cường độ tín hiệu và cải thiện độ sáng của hình ảnh. Tuy nhiên, nếu mức tăng được tăng quá nhiều, nhiễu hình ảnh cũng sẽ tăng theo. Còn trên camera Hikvision, để có được chất lượng hình ảnh tốt nhất vào ban đêm là điều khiển linh hoạt nhiều giá trị khuếch đại theo hình ảnh thực tế bằng cách xem xét độ ổn định của cảm biến, độ nhiễu hình ảnh và màu sắc. Kiểm soát mức tăng là rất quan trọng trong việc giữ băng thông và lưu trữ của bạn xuống.
Hình 10 - Kiểm soát GAIN thông minh
1.3.4 Kiểm soát cần bằng hình ảnh
Bị giới hạn bởi tỷ lệ S / N, nhiễu trong hình ảnh đầu ra từ cảm biến không thể được loại bỏ. Trong môi trường tối, camera sẽ khuếch đại tín hiệu để cải thiện độ sáng và độ nét của hình ảnh, nhưng nhiễu phụ cũng được khuếch đại. Mô-đun DNR 3D trong ISP có thể giảm tiếng ồn cả về mặt không gian và thời gian. Để có được hình ảnh có độ phân giải cao và độ nhiễu thấp, phải tăng cường cân bằng hình ảnh và mức giảm nhiễu.
Hình 11- Kiểm soát cần bằng hình ảnh
Nhưng yếu tố cốt lõi của công nghệ DarkFighter là thuật toán tăng cường chi tiết tự thích ứng và thuật toán giảm nhiễu, có thể tự động điều chỉnh hình ảnh, tương tự như cách mà mắt người thực hiện. Thuật toán này dựa trên nội dung hình ảnh và mức tăng, và nó có thể điều chỉnh hình ảnh ở mức chiếu sáng thấp để có hiệu quả tốt nhất.
1.4 Giảm nhiễu
Ngoài việc giảm tiếng ồn phần mềm, Hikvision triển khai công nghệ triệt tiêu tần số đầy đủ, một phương pháp giảm nhiễu phần cứng, để giảm tiếng ồn hơn nữa.
Đầu tiên, công nghệ triệt tiêu tần số đầy đủ giúp ngăn chặn tiếng ồn của dữ liệu điện thoại ảnh hưởng đến cảm biến, từ đó đảm bảo tín hiệu hình ảnh nhiễu hơn trong môi trường thiếu sáng.
Thứ hai, chip điện giải phóng nhiễu tĩnh ở các nhiệt độ khác nhau để giảm ảnh hưởng nhiễu ngẫu nhiên thông qua việc sử dụng nguồn điện tuyến tính với lớp đồng dày hơn, giới hạn cường độ nhiễu tĩnh trong phạm vi 20μV (bình phương gốc - 10 Hz đến 100 KHz).
Cuối cùng, để tránh nhiễu nhiễu gây ra bởi nhiễu xuyên âm tương tự và nhiễu kỹ thuật số, cách ly hỗn hợp dây và kỹ thuật số tương tự trên camera Hikvision đã làm giảm nhiễu hơn nữa và cải thiện chất lượng video.
Hình 12 - Nhiễu trên camera thường và giảm nhiễu trên camera Hikvision Darkfighter
1.5 Kính chống mờ
Để đảm bảo định nghĩa hình ảnh vào ban đêm, các biện pháp chống mờ được thực hiện bên trong bong bóng camera. Camera Hikvision DarkFighter sử dụng phương pháp chống mờ sử dụng nhiều lớp phủ. Các lớp phủ là ưa nước và có thể làm giảm sức căng bề mặt của nước. Ngay cả trong môi trường lạnh, có một hiệu ứng chống sương mù mở rộng.
Hình ảnh thử nghiệm của kính chống mờ và kính bình thường được hiển thị dưới đây. Các mẫu thủy tinh được đặt cách 5cm trên mặt nước nóng 60 ° C (140 ° F) trong 15 phút.
Hình 13 - Kết quả kiểm tra kính chống mờ (trái) và kính thường (phải)
Hình 14 - Hình ảnh camera với kính chống mờ (trái) và kính thường (phải)
1.6 Xử lý nhiệt độ, loại bỏ dầu Silicon
Nhiệt độ cảm biến ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hình ảnh. Khi nhiệt độ cảm biến quá cao, nhiễu hình ảnh sẽ tăng và ảnh hưởng đến tầm nhìn ban đêm của máy ảnh. Để có được chất lượng hình ảnh tốt, Hikvision sử dụng vật liệu dẫn nhiệt có độ dẫn nhiệt cao, khả năng chịu nhiệt cực thấp và không có dầu silicon. Nó có thể nhanh chóng hấp thụ nhiệt, xóa mọi điểm nóng cảm biến và truyền nhiệt sang tấm kim loại, giúp mở rộng bề mặt tản nhiệt.
Hình 15 - Dẫn nhiệt và tản nhiệt không có dầu silicon
Vật liệu dẫn Nhiệt (TIM) có độ cứng thấp và thuộc tính tỷ lệ nén cao, như được chỉ ra trong Hình 16. Hình minh họa cho thấy ít thay đổi của TIM theo các tỷ lệ nén khác nhau và do đó giảm thiểu sự thay đổi hình dạng của tấm PCB và bất kỳ sự mất nét liên quan nào.
Hình 16 - Đường cong tỷ số nén
1.7 Ứng dụng và hiệu quả thực tế
Công nghệ DarkFighter đã được áp dụng cho rất nhiều loại camera khác nhau. Công nghệ vượt trội trong bất kỳ môi trường chiếu sáng thấp nào đòi hỏi phải giám sát video chất lượng cao. Do đó, camera DarkFighter Series thường được lắp đặt trong bãi đỗ xe, trường học, sân bay, nhà máy, khách sạn, bảo tàng hoặc bất kỳ khu vực nào có ánh sáng yếu.
Cảnh 1: Bãi đỗ xe
Hình 17 - So sánh ảnh chụp bằng iPhone 6s (Trái) và Máy ảnh DarkFighter (Phải)
KẾT LUẬN
Camera công nghệ DarkFighter được trang bị cảm biến lớn hơn, khẩu độ ống kính lớn hơn và công nghệ điều khiển khuếch đại thông minh để cải thiện đáng kể hiệu suất hình ảnh vào ban đêm. Cải thiện giảm nhiễu trong phần cứng và phần mềm có hiệu quả giảm nhiễu hình ảnh trong các cảnh chiếu sáng thấp. Việc giảm tiếng ồn này cũng sẽ giữ kích thước tệp và yêu cầu lưu trữ ở mức tối thiểu, điều này cũng liên quan đến việc tiết kiệm chi phí đáng kể. Cuối cùng, hệ thống dẫn nhiệt và tản nhiệt chống sương mù và không silicon giúp tăng cường định nghĩa hình ảnh và đảm bảo máy ảnh DarkFighter mang lại hình ảnh màu sắc rõ nét, chất lượng cao vào ban đêm, do đó cung cấp khả năng giám sát video hiệu quả cao suốt ngày đêm.
Tất cả những thay đổi trên nhằm mang lại chất lượng hình ảnh tốt nhất cả ban ngày và ban đêm và giúp cho hệ thống an ninh của bạn luôn được tốt nhất.
Trên đây là những chia sẽ về công nghệ Darkfigter trên camera an ninh, hy vọng rằng các bạn sẽ hiểu rõ về công nghệ này để áp dụng vào các dự án hay nhu cầu sử dụng của bạn.
Tham khảo thêm
1. Công nghệ ColorVu trên camera Hikvision là gì?
3. Công nghệ cấp nguồn qua Ethernet (PoE) là gì?
4. Tiêu chuẩn chống va đập IK là gì?
5. Một số tính năng thông minh trên camera giám sát hiện nay
6. Độ nhạy sáng là gì? Lux là gì?