نکات مهمی که باید بدانیم

ساسیت دوربین به نور مادون قرمز

همانطور که قبلا گفته شد CCD دوربین ها از تعداد زیادی دیود حساس به نور تشکیل شده است. برای مثال برای ساخت یک دوربین 570 تیوی لاین (TV line) از 400000 دیود استفاده شده است. برای ساخت این دیودها معمولا از دو ماده متفاوت استفاده می شود. ژرمانیوم و سیلیکون. هر کدام از این مواد حساسیت متفاوتی نسبت به طول موج دارند. در نمودار زیر می تواند میزان حساسیت هر نوع دیود را با توجه به طول موج ببینید.

از این رو جنس نیمه هادی مورد استفاده در ساخت دیود می تواند تاثیر خیلی زیادی در بازه حساسیت انها داشته باشد. باید توجه داشته باشید که طراحان سنسورهای نوری هزینه زیادی را برای طراحی سنسورهایی کرده اند که نمودار دیدی دقیقا مشابه نمودار دید انسان داشته باشند. این سنسورها با وجود عملکرد منساب در بازه دید انسان برای نور مادون قرمز مناسب نیستند. پس هر دوربینی به واسطه اضافه شدن دیودهای مادون قرمز در اطرافش نمی تواند به عنوان دوربین دید در شب مورد استفاده قرار گیرد.

گرچه این روزها بیشتر تولید کنندگان از اصطلاح روزشب برای دوربین خود استفاده می کنند اما تنها با استفاده از مشاهده نمودار حساسیت دوربین می توان با اطمینان از این موضوع صحبت کرد. این نمودار البته در اتالوگ های عادی در اختیار مشتری قرار نمی گیرد و جزو اطلاعات تخصصی دوربین می باشد.

واکنش طیفی دوربین

دو دوربین را با اکنش طیفی به صورت نمودرهای زیر در نظر بگیرید.

دوربین A دارای حساسیتی با بازه کوچکر است که تنها بازه دید انسان را در بر خواهد گرفت. در مقابل دوربین B حسایتی با بازه بسیار پهن دارد که نه تنها بیشتر بازه دید انسان بلکه طیف گسترده ای از نور مادون قرمز را هم در بر خواهد گرفت.

شاید در نگاه اول دوربین B به مراتب مناسب تر از دوربین A برسد. راکه بازه وسیع دید دارد. اما باید یادآور شد این بازه موجب ایجاد مشکلاتی نیز خواهد شد. برای مثال در طول روز به علت جذب تابش مادون قرمز دوربین B رنج های مختلفی از رنگ طوسی را ایجاد می کند که در تصویر مطلوب نیستند. از طرف دیگر در صورتی که دوربین ها دارای قابلیت تنظیم خودکار آیریس (Auto-Iris) برای تنظیم نور باشند به علت جذب نور مادون قرمز آیریس دوربین B در نوری برابر بیشتر از دوربین دیگر بسته می شود که تنظیم مناسب نور را برای دوربین از بین خواهد برد.

بنابراین استفاده از دوربین های دید در شب تنها باید زمانی صورت گیرد که نیاز ضروری به دید در شب وجود دارد. برای مثال نیازی به استفاده از دوربین دید در شب برای کاربردهای نظارت نیروی انسانی نخواهد بود چرا که در طول شیفت کاری معمولا محیط نورانی است.

اشتباه رایج دیگر که در مورد دوربین های دید در شب انجام می شود این است که گاهی این دوربین ها به عنوان دوربین هایی با حساسیت بیشتر در نور کم مورد اطلاق قرار می گیرند. در حالی که دوربین های دید در شب معمولا تنها حساسیت بیشتر به نور مادون قرمز دارند و حداقل میزان نور مورد نیاز انها برای ساختن تصویر (به قسمت دوربین مراجعه شود) با دوربین های عادی تفاوت چشم گیری ندارد پس در صورتی که می خواهید در نور نسبتا کم تصویر مناسبی داشته باشید ولی تاریکی مطلق وجود ندارد بهتر است در کاتالوگ به دنبال دوربین هایی باشید که میزان نور مورد نیاز انها برای ساخت تصویر کمتر باشد.

استفاده از دوربین های دید در شب چیزی است که اکثر نصاب های دوربین مداربسته با آن آشنا هستند. این نوع دوربین ها چراغ های مادون قرمز (که معمولا در اطراف دوربین نصب می شوند) برای روشن کردن محیط استفاده می کنند و از این طریق بدون اینکه در شب موجب مشخص شدن محل دوربین شوند امکان ضبط را برای آن به وجود می آورند. استفاده از این دوربین ها عموما جنبه حفاظتی دارد.

اما در نصب دوربین های دید در شب یک مشکل بزرگ وجود خواهد داشت و آن این است که ما چطور بدانیم چراغ های مادون قرمز دوربین محیط را به اندازه کافی روشن می کنند؟ باید بدانید که اشعه مادون قرمز به وسیله لوکس سنج قابل اندازگیری نیست. یعنی نمی توان درخشندگی و میزان نور ان را به وسیله این دستگاه اندازه گرفت. از طرف دیگر دوربین ها معمولا در کاتالوگ و اطلاعات فنی خود تنها حساسیت به نور خود را ذکر می کنند و عموما جایی در مورد حساسیت دوربین به نور مادون قرمز حرفی به میان نمی آید. این موضع شما را برای خرید یک دوربین دید در شب مناسب بسیار با مشکل روبه رو خواهد کرد.

برای جواب دادن به این سوالات ابتدا کمی باید از فیزیک نور صحبت کنم (پیشاپیش از دوستانی که از فیزیک نفرت دارند عذرخواهی می کنم):

نور شکلی از انرژی به فرم تابش الکترومغناطیس است. انواع مختلف تابش های الکترومغناطیسی رفتار انتقالی مشابهی دارند اما در زمان برخورد به یک جرم عکس العمل متفاوتی نشان می دهند. برای مثال نور و اشعه ایکس هر دو تابش یکسان دارند اما نور از بدن ما عبور نمی کند در حالی که اشعه ایکس این کار را انجام میدهد (از آن برای مصارف پزشکی استفاده می شود). تششعات الکترونغناطیسی با واحد نانو متر اندازگیری می شوندکه در واقع طول انهاست. هر متر برابر 1,000,000,000 نانو متر است.

در شکل بالا می توانید طول موج هر رنگ را ببینید.

بازه دید انسان در جایی بین 380نانومتر تا 760 نانومتر است (این مقدار برای افرادی که کور رنگی دارند کوچکتر است). هر رنگ از نور در واقع تششعی است که در یک بازه مشخص از این طول موج به چشم ما رسیده است. اشعه ها همینطور می توانند با هم ترکیب شوند مثلا رسیدن تو تابش قرمز و آبی به طور همزمان به دیدن رنگ بنفش منجر می شود. زمانی که تمامی این تابش ها با هم به چشم ما برسند ما نور سفید را خواهیم دید.

پس نور سفید در واقع یک رنگ از نور نیست بلکه ترکیبی از تمامی رنگهاست که به وسیله یک منشور و آزمایش ساده دوره راهنمایی می توان این موضوع را اثبات کرد.

تابش یا نور مادون قرمز تابشی است با طول موج بیشتر از 715نانومتر. در شکل زیر می توانید مقابسه ای را بین باره دید انسان و دو نوع اشعه مادون قرمز که در دوربین ها از انها استفاده می شود ببینید.

قدرت و شدت نور – لوکس و لومن

همانطور که قبلا گفته شد نور یک پرتو الکترونغناطیسی است. پس به طور طبیعی باید توان آن را با واحد وات اندازگیری کرد. شدت نور نیز با واحد وات بر مترمربع(W/m2) اندازگیری می شود. از این واحد می توان برای تمامی انواع تابش های الکترومغناطیسی استفاده کرد. برای نورهای مرئی محاسبه قدرت نور از واحد لومن و شدت ان از لوکس انجام می گیرد. باید بدانید که رابطه بین لومن و وات به طول موج پرتو وابسته است.

مقدار لومن برای طول موجهای مادون قرمز تقریبا به صفر میل می کند از همین روست که شما نمی توانید از لوکس متر برای اندازگیری شدت نور مادون قرمز استفاده کنید.

چشم انسان ابزار بینایی با قابلیت فوق العاده برای تطابق با محیط است. چشم می تواند در حالی که به منظره ای در دور دست خیره شده اید به سرعت فوکوس را به تصویری در نزدیکی تغییر دهد. چشم می توانید تصوایر را در یک بازه بسیار وسیع ببیند. به صورت خوکار خود را با شرایط نوری محیط هماهنگ کند. چشم می تواند در یک محل پر نور تصویری نسبتا مناسب از یک گوشه تاریک را هم به شما بدهد و در نور بسیار کم به طور خودکار به حالت تک رنگ تعدیل پیدا کند. چشم همچنین با دریافت اطلاعات از مغز در رابطه با تصاویر توانایی فوق العاده ای در انتخاب بهترین تصویر و مناسب ترین فوکوس دارد.

در مقابل آن لنزهای ساده دوربین های مدار بسته ابزارهایی کاملا زمخت به نظر می رسند. این لنزها تنها توانایی فوکوس بر روی یک سطح را دارند و هر چیزی قبل و بعد از آن را تار نسان می دهند. زاویه دید آنها محدود به جایی است که از قبل برای آن تعیین شده. میزان باز شدن آیریس دوربین ثابت است و باید با توجه به محیط قرار گرفته شده تنظیم شود. حتی در لنزهای اتو-آیریس هم لنز تنها می تواند به تغییرات نور در طول شبانه روز حساس باشد و حساسیت خوبی برای تصاویری که از ترکیبهای کم نور و پر نور تشکیل شده ندارد. این مشکلی است که مطمئنا به ان برخورد خواهید کرد. هر زمان که بخواهید تصویری از یک پنجره را در دوربین داشته باشید باید بدانید که با آمدن نور صبح تمامی مناظر اطراف پنجره (که از نور کمتری برخوردارند) کاملا سیاه دیده می شوند.

یکی از پارامترهای مهم نصب یک سیستم مداربسته مناسب انتخاب لنزهای مناسب است. مشکل معمولا این است که مشتری ها دیدی بسیار غیرواقعی از توانایی های یک لنز دارند و به ندرت با محدودیتهای لنزهای دوربینهای مدار بسته آشنا هستند. افراد غیر متخصص معمولا دوربین های مدار بسته را با چشم های خود و یا دوربینهای تلویزیونی (که لنزهای نسبتا گران قیمتی دارند) مقایسه می کنند. بهتر است قبل از نشان دادن تصاویر دوربین ها تا حدی در رابطه با محدودیت های آنها در تصویر صحبت کنید و برای فروشنده توضیح دهید که اولویت اصلی دوربین های مداربسته این است که تونایی به مراتب بیشتری از دوربینهای دیگر برای کار مداوم دارند و می توانند شبانه روز کار کنند که البته برای آنها محدودیتهایی هم ایجاد می کند.

شرح کامل عملکرد انواع مختلف لنزها بحثی مفصل خواهد بود. قصد من در انجا تنها معرفی ضمنی توانایی های لنزها و انواع مختلف آنهاست. شاید در آنیده بیشتر در رابطه مباحث مرتبط با لنز توضیح دادم.

لنزهای با فاصله کانونی ثابت

این لنزها گهگاه با نام منو فوکال (monofocal) هم خوانده می شوند. هماهنطور که از نام آنها مشخص است این لنزها زمانی کابرد دارند که تصویر دوربین هنواره در فاصله ثابت از دوربین قرار دارد و در طول کار دوربین نیازی به تغییر فوکوس دوربین نیست. زاویه دید لنز را می توانید از روی کاتالوگ لنز به دست آورید. این لنزها معمولا در فاصله کانونی بین 3.7 کیلی متر تا 75 میلی متر وجود دارند (نبده تا به حال به ندرت مقادیر متفاوت را دیده ام). فاصله کانونی بیشتر را معمولا با اضافه کردن یک دو برابر کننده بین لنز و دوربین می توان ایجاد کرد. باید توضیح دهم که این دوبرابر کننده میزان نور رسیده به دوربین را کاهش می دهد. در صورتی که نیاز به فاصله کانونی بیشتر باشد باید از یک لنز زوم (zoom) استفاده کنید.

به جز لنزها با زاویه دید بسیار باز بقیه این لنزها دارای یک حلقه برای تنظیم فاصله کانونی هستند. در مقابل دوربین هم دارای یک ابزار برای تنظیم فاصله CCD تا لنز هستند به این پارامتر معمولا فوکوس پشتی (back focus) می گویند. دلیل این نام گذاری این است که در دوربین های قدیمی تنظیم این قسمت در پشت دوربینها بوده است. امروزه ابزارهای مختلفی مثل پیچ یا اهرم کوچک برای تنظیم این پارامتر بر روی دوربینها قرار دارد. برای تنظیم درست فوکوس یک دوربین باید بتوانید هر دوی این پارامترها یعنی فوکوس لنز و فوکوس دوربین را به درستی تنظیم کنید.

لنزهای زوم دستی

همانطور که می دانید لنزهای زوم لنزهایی هستند که قابلیت بزرگ نمایی تصوایر را دارند. با توجه به امکان بزرگ نمایی این لنزها عموما از فاصله کانونی بیشتری نسبت به لنزهای عادی برخوردارند. بازه کانونی این دوربین ها معمولا به صورت (برای مثال) 6:1 نشان داده می شود. این بدین معناست که بیشترین فاصله کانونی دوربین 6 برابر بیشتر از کمترین فاصله کانونی آن است. برای مثال برای یک دوربین 2/3” با فاصله کانونی 6:1 فاصله کانونی به میلی متر بین 12.5 میلی متر تا 75 میلی متر خواهد بود.

لنزهای زوم اتوماتیک

لنزهای زوم دستی به ندرت در دوربینهای مدار بسته مورد استفاده قرار می گیرند چراکه تغییر زاویه دید و زوم برای این لنزها یک نیاز حیاتی است. در این لنزها یک موتور DC وضیفه تنظیم زوم دوربین را از دور بر عهده دارد. در این لنزها فاصله کانونی به وسیله خود لنز و با تغییر زوم دوربین تنظیم می گردد. این لنزها از قابلیت انعطاف پیذیری بسیار بالاتری نسبت به لنزهای عادی برخوردارند. یکی از عیبهای مهم این لنزها فوکوس اتوماتیک آنهاست چرا که ممکن است محل فوکوس شده توسط لنز محل مورد نظر شما نباشد و در این صورت باید با تغییر زوم دوربین یا محل تصویر تصویری بسازید که فوکوس بر روی فاصله مناسب صورت گیرد. از لنزهای اتوماتیک عموما بر روی پایه های پن تیلت (pan tilt) استفاده می گردد تا علامه بر امکان داشتن تصاویر در فاصله های متفاوت بتوان تصاویر در زوایای متفاوت هم داشت.