مدیریت و تجمیع تصاویر شیردال

وضوح تصویر (Resolution)

معنی و کاربرد وضوح تصاویر (Resolution) در سیستم های نظارت تصویر بر عکس درک عمومی افراد خیلی هم ساده نیست. در این مطلب به 5 عامل مهم در وضوح تصاویر اشاره خواهیم داشت که دانستن جزییات آنها برای انتخاب نوع دوربین بسیار مهم هستند و همچنین این عوامل در نرم افزار های نظارت تصویر نیزمورد توجه قرار می گیرد:

–  معنی متداول وضوح تصویرچیست ؟ و مشکلات این تعبیر و معنی از وضوح تصاویرچیست؟

–  در سیستم های نظارت تصویر، وضوح تصویر با استفاده از واحد پیکسل دارای چه محدودیتهایی است؟ 

–  چگونه وضوح تصویر در تصاویر دریافتی از دوربین  (Stream) و “سنسورها”ی دوربین  ممکن است متفاوت باشد.

–  تاثیر چگونگی فشرده سازی روی وضوح تصاویر.

–  محدودیت های مقادیر اندازه گیری وضوح تصويرچیست؟

زبان رایج انگلیسی کلمه Resolve  که ریشه کلمه Resolution می باشد، به معنی تشخیص جزییات با عملی مثل دیدن و انجام دادن کاری است. برای مثال آیا می توانید آخرین خط نمودار تست بینایی چشم را به هنگام آزمایش دید خود ببینید؟ آیا دوربین می تواند همه خطوط تصویر را سطر به سطر در صفحه نمایش  نشان دهد؟ و … همه این مثال ها بیانگر وضوح تصویر می باشند.  لذا وضوح تصویر یک مقیاس اندازه گیری عملکرد برای نتیجه نمایش تصویر حاصل است.

از زمان های قدیم در نظارت تصویر ویدیویی هم از همین مثال مشابه نمودار آزمایش سطح بینایی استفاده شده است. وضوح تصویر در دوربین های آنالوگ توسط تعداد خطوط اندازه گیری می شوند. به عبارت دیگر وضوح تصویر یعنی توانایی نمایش تعداد خطوط بیشتر سطر به سطر یک تصویر در یک محدوده صفحه نمایش.هرچقدر تعداد خطوط بیشتری بتوانید ببینید، جزییات بیشتری از جهان واقعی می بینید، جزییات روشن تر و واضح تر از یک صورت ، یا از یک حرف و یا شماره پلاک یک خودرو.

این روش اندازه گیری عملکرد برای وضوح تصویر غالبا” در شرایط  ایده آل جواب می دهد و حال آنکه دوربین های مختلف در شرایط مختلف نتایج مختلف را خواهند داشت. لذا در اندازه گیری وضوح تصاویر باید عوامل دیگری را هم مد نظر قرار داد.

اندازه گیری وضوح تصویر در تصاویر مختلف

وضوح تصویر با مجموع تعداد پیکسل هایی که هر سنسور تصویرپشتیبانی می کند، قابل اندازه گیری می باشد. برای مثال یک دوربین با وضوح تصویر 1080p حدودا” 2 میلیون پیکسل دارد. ( که از حاصلضرب 1080*1920 برابر با 2073600  پیکسل، که برابر است با تعداد پیکسل های هرستون ضربدر تعداد پیکسل های هر سطر از تصویر) به همین دلیل به دوربین های 2 مگاپیکسل مشهور شده اند. 

res chart

و البته  تعداد پیکسل های بالای دوربین ها برای کیفیت تصویر لازم هست ولی کافی نیست. تصورعمومی این است که با افزایش تعداد پیکسل ها کیفیت تصویر افزایش می یابد و حال آنکه شدت روشنایی و نور محیط تصویر نیز تعیین کننده است. چه بسا دوربین های با تعداد پیکسل پایین و سنسورهای WDR  و در محیط با نور مناسب ،  تصویر با کیفیت تری نسبت به تصویر دوربینهای با تعداد پیکسل های بالا در تصویر با شدت نور پایین بدهد.

با این حال پیکسل ها اساس و بنیاد تعیین کیفیت دوربین ها هستند ولی واقعیت این است که پیکسل ها پتانسیل کیفیت دوربین ها در تصاویر هستند و کیفیت تصاویر به عوامل دیگر مثل شدت نورمحیط تصویر برداری، لنز،سنسور دوربین و همچنین عوامل دیگر مثل پشتیبانی سنسور دوربین از WDR و … بستگی دارد. 

در ادامه عوامل موثر در وضوح تصویر و یا همان رزولوشن به یکی دیگر از این عوامل می پردازیم.در برخی از موارد قابلیت های سنسور دوربین ها با استریم دوربین هماهنگ نیست. برخی سازندگان دوربین ها وضوح تصویر را بر اساس تعداد پیکسل های دوربین تعریف می کنند؛ ولی استریم ارسالی توسط دوربین کمتر از این وضوح تصویر یا رزولوشن می باشد. این اتفاق در موارد زیر رخ می دهد:

–  سازنده دوربین از سنسورهای با رزولوشن بالاتر از ماکزیمم استریم ارسالی دوربین در ساخت دوربین های خود استفاده می کنند. مثال رایج آن دوربین های Panoramic هستند که سنسورهای 5 مگاپیکسل را پشتیبانی می کنند ولی بیش از 2 مگاپیکسل خروجی استریم ندارند.

–  در برخی موارد هم سیستم اینتگریتورها به دلایل مختلف از جمله صرفه جویی در پهنای باند و … از رزولوشن های پایین دوربین استفاده می کنند و تنظیمات استریم پایین – Low Stream- را در VMS ها بکار می برند. به عنوان مثال اگر استریم و رزولوشن واقعی دوربین 3 مگا پیکسل باشد،ممکن است سیستم اینتگریتور استریم دوربین را  روی  D1 تنظیم نماید.

که این تنظیمات یکی از راهکارهای هوشمند در راستای کاهش پهنای باند به حساب می آیند در واقع نرم افزارهای نظارت تصویر حرفه ای در دنیا و همچنین شیردال می توانند از همه استریم های دوربین به نحو کاملا برنامه ریزی شده استفاده می کنند.

لذا باید برای وضوح بهتر تصویر نه تنها از هماهنگی استریم و رزولوشن سنسور دوربین مطمئن شد بلکه می بایست برای وضوح تصویر واقعی دوربین به تنظمیمات آن در VMS نیز توجه کرد. 

در این بخش به یکی دیگر از عوامل موثر در وضوح تصویر و یا همان رزولوشن که غالبا” فراموش می شود می پردازیم. اگرچه وضوح تصویر بر اساس تعداد پیکسل های فیزیکی تصویر اندازه گیری می شود اما باید به یاد داشت که تصاویر ارسالی با فشرده سازی کیفیت تصویر اصلی خود را نخواهند داشت.

در تصاویر دیجیتال دوربین ها به هر پیکسل مقداری تخصیص داده می شود که بیانگر رنگ آن است، در حدود 16 میلیون (24 بیت) که مقدار زیادی از فضای ذخیره سازی را اشغال می کند. برای مثال استریم یک تصویر 1080 پیکسل با 30fps  حدود بیش از 1 گیگابیت بر ثانیه حجم خواهد داشت، که البته امروزه همه تصاویر دوربین های دیجیتال نظارت تصویری از تکنیک فشرده سازی استفاده می کنند.

تصاویر  1080p/30fps معمولا” با نرخ 1 Mb/s تا 8Mb/s ذخیره سازی می شوند به عبارت دیگر یعنی 1/100 ام یا 1/1000ام  فشرده سازی و کاهش حجم صورت می گیرد. سؤال مهم این است که چرا این فشرده سازی انجام می شود؟ جواب این است که فشرده سازی معمولا همراه با کاهش حجم انجام می پذیرد تا منجر به کاهش هزینه های تجهیزات سخت افزاری و سوئیچ و پهنای باند و …. گردد.

بنابراین وضوح تصویر به نوع و مقدار فشرده سازی نیز بستگی دارد. برخی اوقات استریم حاصل از دو دوربین با یک تعداد پیکسل دو کیفیت متفاوت خواهند داشت که حاصل نوع فشرده سازی آنها است. از انواع کدک (Codec) های فشرده سازی می توان به فرمت های MJPEG , MPEG-4 , H.264 , H.265 اشاره کرد.

هر دوربین دارای یک سطح کیفیت تصویر می باشد که مستقل از فرمت های فشرده سازی می باشد. معمولا” کاربران به عامل Quantization توجهی ندارند ولی در نرم افزارهای VMS معمولا برای انتقال تصویر قابل تعریف و تنظیم می باشند. بطور مثال در کدک H.264 مقادیر 0 تا 51 قابل تنظیم برای سطح کیفیت تصویر در انتقال و ذخیره سازی آن می باشد. عدد 0 در ماکزیمم کیفیت و هرچه به عدد 51 نزدیک شویم کیفیت کاهش می یابد و عدد 51 در مینیمم کیفیت می باشد. بازه 0% تا 100% توسط سازندگان دوربین برای تنظیم کیفیت انتقال تصویر و کیفیت فشرده سازی استفاده می شود. این بازه در نرم افزار های نظارت تصویر برای انتقال تصویر وجود دارد. عدد صد بیانگر عدد 0 و عدد صفر بیانگر عدد 51 در عامل Quantization در مثال بالا می باشد. لذا تنظیم کیفیت بین 0 تا 100 توسط کاربران در دوربین ها و یا نرم افزارهای نظارت تصویر وجود دارد.

Quantization Scale

نرم افزار شیردال نیز از فرمت های کدک و فشرده سازی رایج نام برده شده با قابلیت تنظیم کیفیت فشرده سازی یاد شده فوق پشتیبانی می کند.

در صورت اینکه کیفیت تصویر دوربین ها به همان نسبت افزایش پیکسل های لنز دوربین افزایش  پذیرد، باز با دو محدودیت در کیفیت تصویر روبرو خواهیم بود.

1) زاویه پوشش دوربین

صرف نظر از استفاده دوربین های با کیفیت و مگاپیکسل بالا ، نمایش مسلط به محوطه و صحنه با استقرار دوربین و زاویه نصب آن وابسته است. با نصب صحیح در موقعیت مناسب است که جزییات بهتری از اشیاء و افراد را بدست می دهد.(مثل ارتفاع نصب دوربین)

 2) وضوح تصویر و Resolution مورد نیاز

 همچنین معمولا” ذهنیت افراد این است که بالاترین کیفیت دوربین را برای رفع نیازهای خود تهیه کنند. حال آنکه با محاسبات فنی و BPP و .. در تصاویر در برخی موارد می توان همان نتیجه را که از دوربین های با کیفیت بالا گرفته می شود با دوربین های با تعداد پیکسل پایینتر هم گرفت و اصطلاحا” افزایش کیفیت و پیکسل های دوربین در این موارد تلف می شود. برای مثال استفاده از دوربین ها در تشخیص پلاک خودرو با توجه به شرایط محیط (مثل نور و …) پلاک خوانی و سیستم تشخیص پلاک ، کیفیت و تعداد پیکسل های دوربین از مقداری معین افزایش یابد در نتیجه نهایی تاثیری نخواهد داشت.

عوامل موثر بر وضوح تصویر به غیر از پیکسل در دوربین ها که کیفیت نمایش تصویر را متاثر می سازند عبارتند از:

-عملکرد دوربین در شرایط کاهش نور Low_light_Performance

-عملکرد WDR دوربین

-تنظیمات فشرده سازی

-زاویه و ارتفاع دوربین

-انتخاب لنز دوربین و Focus

بدیهی است برای تهیه و استقرار دوربین های نظارتی و بدست آوردن بهترین کیفیت مجموعه ای از این عوامل را در کاربردهای مختلف باید در نظر گرفت.

منبع : IPVM

مقالات مرتبط