سنسور دوربین های مداربسته

سنسور دوربین های مداربسته از جمله دیگر بخش های دوربین مدار بسته است که به هنگام انتخاب تجهیزات می بایست به مشخصات آن توجه نمود. در این نوشته ما مسائل و محرک های اساسی در ارتباط با سنسور دوربین نظارت تصویری را توضیح می دهیم.

سر فصل های عمده در باب سنسور دوربین های مداربسته

• سنسور دوربین های مداربسته در برابر تصویرگر دوربین های مداربسته.
• CCD در برابر CMOS.
• تولید کنندگان سنسور.
• اعلام نام تولید کننده ی سنسور از سوی تولید کننده و نمایندگی دوربین مداربسته .
• سنسور و رزولوشن.
• اندازه ی سنسور.
• اندازه ی پیکسل.
• سنسور و عرض میدان دید دوربین مداربسته .
• سنسور و عملکرد در شرایط کم نور.

سنسور دوربین های مداربسته در برابر تصویرگرهای دوربین های مداربسته

دست اندرکاران این صنعت این قطعات را به تناوب سنسور دوربین های مداربسته یا تصویرگر دوربین های مداربسته می نامند. هنگام اشاره به دوربین های مداربسته، این دو به معنای یک چیز هستند. گر چه، از لحاظ فنی، تصویرگر (Imager) نوع خاصی از سنسور است. به همین دلیل، هنگام سخن گفتن درباره ی دوربین های نظارتی ، بیشتر از عبارت تصویرگر استفاده می کنیم.

CCD در برابر CMOS

دو نوع اصلی سنسور دوربین های مداربسته در طول زمان CCD و CMOS بوده اند. امروزه تقریبا همه ی دوربین های نظارت تصویری از بهترین دوربین مدار بسته تا بدترین، از CMOS استفاده می کنند. این روند در تضاد با یک دهه ی قبل است. زمانی که CCD ها در سنسور ها غالب بودند و CMOS به عنوان جایگزینی با هزینه ی پایین تر و کیفیت پایین تر در نظر گرفته می شد.

به دلیل اینکه CCD روزگاری بهتر بوده است، هنوز هم درباره ی CMOS پیشداوری می شود. با این حال، این تصور اشتباه مربوط به گذشته و در عمل غیر ممکن است. اگر شما فقط سنسورCCD  را انتخاب کنید، تقریبا تمام دوربین های مدرن نظارت تصویری، از جمله برندها و مدل های سطح بالا را از دست می دهید.

تولید کنندگان سنسور

تنها تعداد کمی تولید کننده های مهم سنسور دوربین های مداربسته وجود دارد. مهم ترین آن ها اومنی ویژن (OmniVision) ، آپتینا (Aptina) و سونی (SONY) هستند. تولید کنندگان سنسور، نظیر تولید کنندگان دوربین، انواع مختلفی از مدل ها با اندازه های مختلف، حداکثر رزولوشن، فریم ریت و قابلیت های WDR را ارائه می دهند.

اعلام نام تولید کننده ی سنسور از سوی تولید کنندگان

تولید کنندگان و نماینده دوربین مداربسته معمولا نام تولید کننده ی سنسور دوربین های مداربسته و مدل هایی که استفاده می کنند را مخفی می کنند. بنابر این، مقایسه ی دو دوربین بر اساس سنسور آن ها آسان نیست. بعضی از تولید کنندگان نام تولید کننده ی سنسور را ذکر می کنند، اما به مدل خاصی اشاره نمی کنند. برای مثال، حتی اگر بدانید که این سنسور تولید شرکت اومنی ویژن (OmniVision) است، باز هم اومنی ویژن ده ها مدل سنسور را با اختلاف قیمت و عملکرد متفاوت می سازد. علاوه بر این، حتی اگر می دانستید که ۲ دوربین از سنسور دقیقا مشابه استفاده می کنند (که در عمل کم اتفاق می افتد)، تفاوت در تنظیمات، کد گذاری و فشرده سازی می تواند منجر به تفاوت های فاحش در کیفیت شود.

سنسور و رزولوشن

سنسور دوربین های مداربسته از نظر حداکثر رزولوشن مورد پشتیبانی متفاوت هستند. این امر رزولوشن کلی دوربین را محدود می کند. برخی از سنسور ها دارای حداکثر رزولوشن  VGA،۱٫۳ مگاپیکسل، ۳ مگاپیکسل ، ۵ مگا پیکسل، و … هستند. اخیرا سنسورهای ۴K و ۱۰ مگاپیکسل عرضه شده اند که به تقویت دوربین های ۴K کمک می کنند.

اندازه ی سنسور

سنسور دوربین های مداربسته می توانند از بسیار بزرگ ( برای مثال، DSLR ها) تا بسیار کوچک (برای مثال، تلفن های همراه) متغیر باشند. سنسور دوربین های مداربسته معمولا در ابعاد متوسط و کوچک اما معمولا بزرگتر از سنسور تلفن همراه تولید می شوند. تصویر زیر ابعاد سنسور های مختلف را نشان می دهد. دو سنسور بزرگ تر در سمت چپ و مرکز برای نظارت غیر معمول هستند. تصویر سمت راست (۱٫۸/۱ اینچ) در واقع هنوز هم برای دوربین های نظارتی معمولی نسبتا بزرگ است.

در نظارت تصویری، ۹۵ درصد از دوربین ها سنسور هایی دارند که اندازه ی آن ها بین ۲/۱ اینچ و ۴/۱ اینچ است. رایج ترین اندازه ی سنسور در نظارت تقریبا ۳/۱ اینچ است و سنسور های ۲٫۷/۱ اینچی و ۲٫۸/۱ اینچی نیز رایج هستند. پیش از این، مدل های با رزولوشن پایین تر (P720، ۱٫۳ مگا پیکسل و پایین تر) بیشتر مواقع از سنسور های کوچکتر ۴/۱ اینچی استفاده می کردند. اما حتی این مدل ها نیز معمولا امروزه از سنسورهای ۳/۱ اینچی استفاده می کنند. در طی چند سال گذشته، میانگین اندازه ی سنسور به نسبت افزایش یافته است. با افزایش رزولوشن ها به ۳ مگا پیکسل، ۴ مگا پیکسل، ۵ مگا پیکسل و ۴K اندازه ی تصویرگر بزرگ تر از ۳/۱ اینچ نیز بیش از پیش در حال رواج یافتن است.

رواج سنسور های ۲/۱ اینچی P1080

مهم ترین تغییری که در سال های اخیر در اندازه ی سنسور دوربین های مداربسته مورد استفاده رخ داده است، افزایش استفاده از سنسور های۲/۱ اینچی P1080 است. امروزه بسیاری از تولید کنندگان رده بالا با استفاده از یک سنسور در حدود ۲/۱ اینچی (یا ۱٫۸/۱ اینچ، ۱ / ۱٫۹ اینچ، و …) محصولات خود را تولید می کنند که هدف از ساخت آن ها عملکرد بالا در شرایط فوق العاده کم نور است.

سنسور های بزرگتر از ۲/۱ اینچ

سنسور دوربین های مداربسته بزرگتر از ۲/۱ اینچ هنوز هم در صنعت نظارت تصویری بسیار نادر هستند و فقط چند گزینه ی محدود در این مورد وجود دارد. سری Pro دوربین های اویجیلون به دلیل استفاده از سنسور های بزرگ شناخته شده هستند. همچنین، برخی دوربین های دیگر نیز با چنین سنسور هایی در دسترس هستند یا تولید آنها اعلام شده است، از جمله مدل VB770 سونی که ۳۵ میلیمتری است. و مدل APS-C اکسیس/کانن، که در سال ۲۰۱۷ به بازار عرضه شده اند.

اعلام اندازه ی سنسور

اندازه ی سنسور دوربین های مداربسته (بر خلاف نام و مدل تولید کننده ی سنسور) تقریبا همیشه توسط تولید کنندگان دوربین در برگه ی مشخصات فنی ذکر می شود. در این جا مثالی از میزان جزئیاتی که معمولا ارائه می شود، ذکر شده است.

اعلام اندازه ی تصویرگر

اندازه ی سنسور دوربین های مداربسته (بر خلاف نام و مدل تولید کننده ی سنسور) تقریبا همیشه توسط تولید کنندگان دوربین در برگه ی مشخصات فنی ذکر می شود در این جا مثالی از میزان جزئیاتی که معمولا ارائه می شود، ذکر شده است.

اندازه ی پیکسل

سنسور ها از نظر اندازه ی پیکسل ها متفاوت هستند. اندازه ی پیکسل ها با واحد میکرون اندازه گیری می شود. اندازه ی پیکسل در بهترین حالت توسط اندازه ی سنسور دوربین های مداربسته و تعداد پیکسل ها (یا رزولوشن) تعیین می شود. هر چه سنسور بزرگتر باشد، با برابر بودن سایر شرایط، پیکسل ها نیز بزرگتر خواهند بود. با وجود این، اگر پیکسل های بیشتری اضافه کنید (برای مثال تغییر از SD بهHD ) و اندازه ی سنسور تغییر نکند، اندازه ی پیکسل کاهش می یابد. در این جا گزیده ای از تولیدات یکی از تولید کنندگان سنسور به همراه اندازه ی تصویر و اندازه ی پیکسل در کنار هم آمده است.

افراد زیادی پیکسل های بزرگ تر را ترجیح می دهند. زیرا با برابر بودن سایر شرایط، پیکسل بزرگتر می تواند نور بیشتری را جذب کند و به همین دلیل در شرایط کم نور تصاویری روشن تر و بهتر ارائه می دهد. با وجود این، بسیاری از عوامل دیگر نیز بر عملکرد دوربین در نور کم تأثیر گذار هستند و بنا بر این نمی توان به سادگی نتیجه گرفت که یک دوربین بر اساس اندازه ی پیکسل از دوربین دیگر بهتر است. در ضمن، تقریبا هیچ گاه اندازه ی پیکسل توسط تولید کنندگان دوربین اعلام نمی شود. بنابر این بهترین کار این است که با در نظر گرفتن رزولوشن و اندازه ی سنسور دوربین های مداربسته هر مدل، آن را تخمین بزنیم.

اندازه ی پیکسل ۴K

دوربین های ۴K به صورت فزاینده رواج می یابند. اگر چه این دوربین ها در حدود ۴ برابر نسبت به دوربین های P1080 پیکسل بیشتری دارند و سنسور های ۴K به طور معمول بزرگ تر از ۴K های P1080 هستند، به طور کلی اندازه ی پیکسل دوربین های ۴K کمتر است. این امر می تواند باعث اخلال در عملکرد در شرایط کم نور شود. همچنین، همان گونه که توضیح خواهیم داد، محدودیت در پردازش تصویر نیز باعث اختلال در تصاویر گرفته شده با دوربین های ۴K می شود.

اندازه ی سنسور و عرض میدان دید

اندازه ی سنسور دوربین های مداربسته تأثیر نسبتا کمی بر عرض میدان دید دارد. اصلی ترین عنصر تعیین کننده ی میدان دید، فاصله ی کانونی لنز (برای مثال: ۳ میلی متر، ۱۰ میلی متر، ۳۰ میلی متر، و غیره) است. با وجود این، هرچه سنسور بزرگتر باشد، با برابر بودن سایر شرایط، میدان دید هم گسترده تر خواهد بود. از سوی دیگر، اندازه ی سنسور ها در صنعت نظارت ویدئویی چندان متنوع نیست. بنا بر این، حتی با تفاوت قابل ملاحظه ی اندازه ی سنسور ها، میدان دید فقط کمی تغییر می کند.

به طور کلی اندازه سنسور دوربین های مداربسته دغدغه ی جدی نیست، اما باز هم بهتر است از آن آگاه باشید.

سنسور و کدک ها

هیچ ارتباطی میان سنسور دوربین های مداربسته با فشرده سازی ویدئویی برای مثالH.264   ، MJPEG و … وجود ندارد. سنسور ها قطعا با آنچه ضبط می کنند بر روی کیفیت تصویر تأثیر گذار هستند. اما سنسور تصویر ویدئویی را بدون فشرده سازی به رمزگذار  (Encoder  ) یا SoC می فرستد تا فشرده سازی را انجام دهد.

سنسور و عملکرد در شرایط کم نور

علاوه بر تصور اشتباه درباره ی CCD و  CMOS، قوی ترین و اشتباه ترین باور در مورد سنسور دوربین های مداربسته این است که سنسور های بزرگ تر همیشه عملکردی بهتر در نور کم دارند. اگر چه بزرگتر بودن سنسور در این شرایط کمک کننده است، اما موارد کلیدی دیگری وجود دارند که معمولا مهم تر هستند. از جمله پردازش تصویر در نور کم توسط رمزگذار (Encoder) یا پردازنده ی دوربین.

با وجود این، دوربین های جدید P1080  با سنسور ۲/۱ اینچی، که مختص عملکرد در نور کم طراحی شده اند، به طور معمول از بهترین دوربین های P1080  با سنسور ۳/۱ اینچی عملکرد بهتری دارند. زیرا این مدل ها معمولا پردازشگری مشابه (یا حتی بهتر) نسبت به پردازشگر مورد استفاده در مدل های ۳/۱ اینچی دارند و سنسور های ۲/۱ اینچی با حساسیت بهتر خود باعث عملکرد بهتر این دوربین ها می شوند.در این زمینه آزمایش هایی را با بررسی نمونه هایی از دوربین های Q1635 2/1 اینچی اکسیس (Axis) ،  Starlight2/1 اینچ داهوا (Dahua) ،Darkfighter  هایک ویژن (Hikvision) و  Wisenet III2/1 اینچی سامسونگ (samsung) انجام شده است.

علاوه بر این، تعدادی دوربین با سنسور ۲/۱ اینچی بدون امکانات پردازش تصویر وجود دارد، که عملکرد بسیار ضعیفی در نور کم دارند. همچنین، تعدادی دوربین ۴K دارای تصویرگرهای ۲/۱ اینچی یا بزرگ تر وجود دارند، اما باز هم در نور کم عملکرد ضعیفی دارند. زیرا اندازه ی پیکسل آن ها به نسبت کوچک است و این دوربین ها فاقد قدرت پردازش لازم برای بهبود چنین رزولوشن های زیادی هستند.