Jak działa nocna wizja w wideorejestratorze 4K: co faktycznie dają Sony STARVIS 2 + F1.08

Dzienne nagrania z wideorejestratora to łatwizna. Prawie każdy sprzedawany dziś rejestrator zapewni czytelną tablicę rejestracyjną w południe. Liczy się jednak inny rodzaj nagrań: ciemna boczna ulica o 23:00, wyjazd z tunelu w stronę niskiego słońca, światła nadjeżdżających pojazdów na drodze o dwóch pasach. To tutaj większość wideorejestratorów zamienia tablice w białe smugi, a cienie w szarą maź.

National Safety Council zauważa, że tylko około jedna czwarta jazdy odbywa się nocą, a mimo to połowa wszystkich ofiar śmiertelnych w ruchu drogowym ma miejsce właśnie wtedy. (NSC, Jazda w nocy) Jeśli wideorejestrator ma zasłużyć na swoje miejsce, musi działać po ciemku.

Ten przewodnik wyjaśnia, co decyduje o jakości nagrań nocą — sensor, przysłona i HDR — oraz dlaczego „4K” znajduje się na końcu tej listy. AKEEYO XPRO jest używany jako przykład praktyczny, ponieważ został zaprojektowany dokładnie wokół tych trzech elementów.

Czy wideorejestratory faktycznie działają w nocy?

Niektóre tak. Wiele nie, a powodem jest fizyka, a nie marketing.

Kamera tworzy obraz, zbierając światło. W południe światła jest więcej, niż sensor może wykorzystać, więc nawet tania kamera wygląda ostro. W nocy jest go bardzo mało, a kamera ma dwie złe opcje: pozostawić migawkę otwartą dłużej, co rozmywa wszystko, co się porusza, albo zwiększyć wzmocnienie, co dodaje ziarno. Dodaj do tego parę reflektorów lub podświetlany znak, a kamera staje przed trzecim problemem: jasne punkty przepalają się do czystej bieli, podczas gdy reszta kadru pozostaje czarna, a tablica rejestracyjna jest gdzieś pomiędzy.

Dlatego nocne nagrania zawodzą w dwojaki, przeciwstawny sposób — są zbyt ciemne do odczytania albo zbyt jasne do odczytania. Dobra kamera nocna musi rozwiązać oba problemy jednocześnie.

Czym jest Sony STARVIS 2 i dlaczego sensor ma większe znaczenie niż 4K?

Sensor to element, który zamienia światło w dane. Jego rozmiar, konstrukcja pikseli oraz sposób, w jaki radzi sobie z bardzo jasnymi i bardzo ciemnymi obszarami, wyznaczają pułap dla wszystkiego innego. Żadna ilość oprogramowania nie odzyska szczegółów, których sensor nigdy nie zarejestrował.

STARVIS to rodzina podświetlanych od tyłu czujników obrazu Sony zaprojektowanych do zastosowań w systemach bezpieczeństwa i przy słabym oświetleniu. Sony opisuje te czujniki jako stworzone do niezawodnego rejestrowania obiektów w ciemnych miejscach i scenach o dużych różnicach jasności, z konstrukcją podświetlaną od tyłu, która przenosi okablowanie za warstwę zbierającą światło, dzięki czemu każdy piksel zbiera więcej światła. STARVIS 2 to druga generacja, z przeprojektowaną powierzchnią fotodiody, która według Sony znacznie poprawia czułość w bliskiej podczerwieni. (Sony Semiconductor Solutions, Technologia czujników obrazu dla systemów bezpieczeństwa)

XPRO wykorzystuje Sony STARVIS 2 IMX678. To czujnik 4K, ale rozdzielczość nie jest tu najważniejsza. Chodzi o to, że został zaprojektowany z myślą o dwóch scenariuszach, które stanowią wyzwanie dla zwykłych kamer: bardzo słabym świetle i bardzo wysokim kontraście.

Dlaczego ma to większe znaczenie niż 4K? Ponieważ czujnik 4K skonstruowany do pracy w dzień nadal rejestruje szum w rozdzielczości 4K w nocy. Ostrość pomaga tylko wtedy, gdy jest czysty sygnał do wyostrzenia. Czujnik do pracy przy słabym oświetleniu daje kamerze czysty sygnał od samego początku; rozdzielczość 4K zamienia go następnie w tablicę rejestracyjną, którą można odczytać, a nie taką, którą można tylko zobaczyć.

Co daje przysłona F1.08 w nagraniach nocnych?

Przysłona to otwór w obiektywie, który przepuszcza światło do czujnika. Liczba f informuje, jak duży jest ten otwór, a skala działa odwrotnie: mniejsza liczba oznacza większy otwór i więcej światła.

Wiele wideorejestratorów używa obiektywów o jasności od około F1.8 do F2.0. Obiektyw XPRO ma F1.08. Przejście z F2.0 na F1.08 to nieco ponad półtora przysłony, co w prostych słowach oznacza około trzykrotnie więcej światła docierającego do matrycy w tym samym momencie.

Dlaczego to pomaga? Przypomnij sobie dwa złe rozwiązania z wcześniejszej części: dłuższy czas otwarcia migawki (rozmycie ruchu) albo wyższe wzmocnienie (ziarno). Więcej światła przechodzącego przez obiektyw oznacza, że kamera potrzebuje mniej jednego i drugiego. Tablica rejestracyjna przejeżdżającego samochodu pozostaje ostra, bo migawka może pozostać krótka, a cienie pozostają czyste, bo wzmocnienie może pozostać niskie. Matryca decyduje o tym, jak dobrze kamera wykorzystuje światło; przysłona decyduje o tym, ile światła może wykorzystać. W XPRO oba te elementy wybrano z myślą o ciemności.

Jak HDR zapewnia jednoczesną czytelność reflektorów i tablic rejestracyjnych

Trzeci element rozwiązuje problem kontrastu. Przy pojedynczej ekspozycji kamera musi wybrać jeden poziom jasności dla całego kadru. Ustaw ekspozycję na ciemną drogę, a światła nadjeżdżających samochodów staną się białą łuną, która pochłania tablicę za nimi. Ustaw ekspozycję na światła, a droga zniknie.

HDR (wysoki zakres dynamiki) rejestruje więcej niż jedną ekspozycję i łączy je, zachowując szczegóły jednocześnie w jasnych i ciemnych partiach. Praktyczny efekt to scena, która ma największe znaczenie w sporze: tablica rejestracyjna drugiego samochodu pozostaje czytelna, nawet gdy jego reflektory świecą prosto na Ciebie.

XPRO obsługuje HDR i to właśnie tutaj te trzy elementy działają jako jeden system. Sensor STARVIS 2 został zaprojektowany z myślą o scenach o wysokim kontraście, obiektyw F1.08 dostarcza mu wystarczająco dużo światła do pracy, a HDR wykorzystuje ten zapas, aby zachować szczegóły na obu krańcach kadru.

Tunele, światła nadjeżdżających pojazdów, nieoświetlone drogi: trzy scenariusze, które oddzielają dobre od złego

Wjazd do tunelu i wyjazd z niego. Poziom światła zmienia się ogromnie w ciągu sekundy lub dwóch. Słaba kamera czernieje przy wjeździe i bieleje przy wyjeździe, tracąc kilka sekund nagrania na każdym końcu. Sensor do słabego oświetlenia z HDR dostosowuje się wystarczająco szybko, aby pojazdy wokół ciebie pozostały widoczne podczas tej zmiany.

Światła nadjeżdżających pojazdów nocą. To klasyczny zabójca tablic rejestracyjnych. Bez HDR tablica tonie w łunie odblasku. Dzięki sensorowi o wysokim kontraście i HDR odblask jest ograniczony, a tablica pozostaje czytelna, gdy samochód przejeżdża.

Nieoświetlona ulica osiedlowa lub droga wiejska. Żadnych latarni, tylko własne reflektory. Tutaj pracę wykonują przysłona i sensor. Więcej światła przez obiektyw i sensor stworzony do słabego oświetlenia oznaczają, że kamera widzi samochód, tablicę i krawędź drogi zamiast ciemnego kadru z dwiema jasnymi plamkami.

Żadna kamera nie sprawia, że noc wygląda jak dzień, a tablica na drugim końcu ciemnego parkingu to wciąż trudny cel. Różnica polega na tym, że kamera stworzona do słabego oświetlenia utrzymuje nagranie użytecznym w typowych nocnych scenariuszach, podczas gdy zwykła kamera daje ci coś, co możesz obejrzeć, ale nie wykorzystać.

Na co zwrócić uwagę w specyfikacji przed zakupem

Rozdzielczość to liczba, którą każde ogłoszenie pokazuje jako pierwszą. Jeśli zależy Ci na jakości w nocy, czytaj ją na końcu. Zamiast tego sprawdź te trzy pozycje:

• Model sensora. Szukaj konkretnego, nazwanego sensora do słabego oświetlenia, a nie tylko „sensora HD”. Sony STARVIS i STARVIS 2 to te, na które warto zwrócić uwagę w wideorejestratorze, a numer modelu (np. IMX678) mówi dokładnie, co jest w środku.
• Przysłona. Niższa liczba f oznacza więcej światła. F1.8 jest powszechne; wszystko w okolicach F1.0 zostało zaprojektowane z myślą o nocy.
• HDR lub WDR. Bez tego reflektory przepalą tablicę rejestracyjną, niezależnie od tego, jak dobry jest sensor.

Jeśli karta produktu podaje 4K, ale pomija model sensora i przysłonę, to zwykle znak, że kamera została stworzona pod dzienną specyfikację, a nie pod boczną uliczkę o 23:00. Nasz przewodnik kupującego po wideorejestratorze do RAV4 omawia resztę specyfikacji, a porównanie XPRO vs FitCamX pokazuje, jak dwie kamery RAV4 dopasowane na miarę różnią się dokładnie w tych punktach.

Połowa poważnych wypadków ma miejsce w godzinach, w których większość kamer sobie nie radzi. Sensor, przysłona i HDR decydują o tym, czy Twoja kamera jest jedną z nich.