دوربین های با نور کم

دوربین های با نور کم (که گاهی دوربین‌های با حساسیت بالا نیز نامیده می‌شوند) نوعی دوربین فیلمبرداری با ویژگی‌های طراحی اختصاصی هستند که قابلیت‌های دوربین را برای ضبط در تنظیمات با نور کم یا بدون نور افزایش می‌دهند. این امر با استفاده از سنسورهای تصویر دیجیتال با حساسیت قابل توجه انجام می شود، که سطح روشنایی مورد نیاز برای کیفیت تصویر خوب است. دوربین های با نور کم به حداقل میزان نور محیط نیاز دارند، بنابراین نباید با دوربین های دید در شب مرتبط شوند.

نمایش همه تولیدکنندگان دوربین های با نور کم

عملکرد دوربین در نور کم

دوربین های با نور کم همان عملکرد اصلی دوربین‌های ویدیویی معمولی را دارند : ضبط دنباله‌ای سریع از عکس‌های ثابت که وقتی متوالی پخش می‌شوند، ترجمه اشیا یا افراد را در طول زمان نشان می‌دهند.  

با این حال دوربین های با نور کم برای عملکرد در موقعیت‌هایی که دوربین‌های معمولی از کار می‌افتند بهینه‌سازی شده‌اند: سناریوهایی که تاریکی مانع از نمایش الکترونیکی یک صحنه توسط حسگر تصویر می‌شود. دوربین های کم نور حساسیت خود را به یکی از دو روش افزایش می دهند: یکپارچه سازی بار یا ضرب الکترون. تقریباً تمام دوربین‌های کم نور با سنسور تصویر CCD کار می‌کنند ، زیرا فناوری CMOS تا حدودی نابالغ است.

دوربین های با نور کم یکپارچه شارژ

این نوع از دوربین های کم نور با افزایش روشنایی موجود برای افزایش قدرت سیگنال با افزایش زمان نوردهی کار می کنند. با این حال، این نرخ نوردهی به شدت نویز تصویر را افزایش می‌دهد که ناشی از جریان تاریک در سیلیکون روی حسگر تصویر است. به این ترتیب، خنک کردن سنسور تا 8 درجه سانتیگراد، صدای جریان تاریک را تا نصف کاهش می دهد. عملکردهای خنک کننده معمولاً توسط یک عنصر Peltier ارائه می شود، اما برخی از سبک های صنعتی ممکن است از نیتروژن مایع استفاده کنند. این نوع دوربین ها گاهی اوقات به عنوان دوربین های CCD خنک شده نامیده می شوند.

دوربین های با نور کم ضرب الکترون

• دوربین‌های SIT (هدف تشدید شده با سیلیکون) فوتون‌ها را به الکترون تبدیل می‌کنند که سپس توسط یک ولتاژ شتاب می‌گیرند تا به سیلیکون برخورد کنند، جایی که بسیاری از جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌شوند. بارهای تشدید شده از سیلیکون سپس توسط یک پرتو الکترونی خوانده می شود تا یک سیگنال ویدئویی به دست آید. در مقایسه با دوربین ICCD که بعداً ذکر شد، دوربین‌های SIT دارای نوسانات ضرب کمتری در تصویر هستند، اما دوربین‌های SIT نیز مستعد عدم دقت فضایی و شدت رنگ نادرست هستند. با این حال، هر دوی این مشکلات را می توان با پردازش تصویر اصلاح کرد.

• دوربین های ICCD (تقویت کننده تصویر CCD) برچسب خود را از استفاده از تقویت کننده تصویر در جلوی دوربین فیلمبرداری می گیرند. تقویت کننده ها را می توان روی لنز هر دوربینی قرار داد، اما CCD های مدرن به طور خاص برای ادغام تقویت کننده ها طراحی شده اند. فوتون ها در یک فوتوکاتد به الکترون تبدیل می شوند. تعداد الکترون ها با استفاده از یک صفحه میکروکانال بزرگ می شود و الکترون ها با ولتاژ در صفحه میکروکانال شتاب می گیرند. پس از این فرآیند به طور متوسط ​​یک فوتون به عنوان 1000 الکترون ثبت می شود. دوربین های ICCD روش دیگری برای کار دارند که شمارش فوتون نامیده می شود. در این فرآیند، از یک صفحه میکروکانالی دو مرحله‌ای استفاده می‌شود، بنابراین بار فوتون به الکترون دارای دامنه‌ای به اندازه کافی بزرگ است که با پردازش دودویی از نویز دوربین (که باید قبلاً تعیین شود) جدا شود. همانطور که در زیر نشان داده شده است، تصویر پس از آن تحت تشخیص اتصال و گرانش قرار می گیرد.

• دوربین‌های CCD بمباران الکترونی ( EB-CCD ) همچنین فوتون‌ها را به الکترون تبدیل می‌کنند که سپس توسط یک ولتاژ شتاب می‌گیرند. الکترون‌ها با یک نوع CCD نوردهی شده برخورد می‌کنند و انرژی حاصل از برخورد برای ضرب در ثبت الکترون عمل می‌کند. یک فوتون قادر است 1200 الکترون یا خروجی داشته باشد.

• EM-CCD ، جدیدترین نسخه دوربین های کم نور، برخی از عناصر CCD خنک شده را با ضرب الکترون ترکیب می کند. یک بخش ضرب‌کننده الکترون، که به آخرین قسمت دوربین CCD انتقال فریم اضافه شده است، الکترون‌ها را با ولتاژی بسیار بالاتر از حالت عادی منتقل می‌کند. یک الکترون الکترون دیگری را با سرعت کم تولید می کند، اما وقتی چند صد بار تکرار شود، تصویر می تواند تا 2000 برابر تشدید شود. یک دوربین EM-CCD را می توان با کاهش بهره و افزایش زمان نوردهی به یک دوربین CCD خنک شده تبدیل کرد. دوربین‌های EM-CCD نیز باید خنک شوند، زیرا با افزایش بهره، دوربین باید دمای ثابتی را حفظ کند. سازنده دوربین اسکاتلندی Andor Technology یک ویدیوی جامع در مورد EM-CCD های خود دارد.

تولید دوربین فیلمبرداری

کیفیت ویدیو

لنز 

صرف نظر از روش ثبت تصویر دوربین، لنز مهم ترین جزء در مورد فیلم برداری با کیفیت بالا باقی می ماند. لنزها برای اصلاح انحرافات نوری که در هنگام ضبط ویدیو رخ می دهند، ساخته شده اند و طیف گسترده ای از لنزهای دوربین برای سناریوهای مختلف ضبط وجود دارد. لنزها در چندین کاربرد استاندارد و سبک های نصب وجود دارند.

لنزهای نصب CS/C/S

• لنزهای C-mount دارای فاصله فلنجی 17.5 میلی متری هستند و برای دوربین های C-mount مورد نیاز هستند. در مقایسه، لنزهای CS-mount دارای فاصله 12.5 میلی متری از پشت فلنج هستند. لنزهای CS-mount به دلیل فاصله کانونی عقب کمتری که دارند، نمی توانند با دوربین های C-mount استفاده شوند. C-mount دارای قطر 1 اینچ و رزوه نصب 32 نخ در هر اینچ است. 

• دوربین های CS-mount می توانند از لنزهای C-mount و CS-mount استفاده کنند. با این حال، لنزهای C-mount به آداپتور 5 میلی متری یا تنظیمات دوربین CS-mount نیاز دارند. لنزهای CS-mount به دلیل فاصله کانونی کمتری که دارند، فقط با دوربین های CS-mount قابل استفاده هستند. CS-mount دارای قطر 1 اینچ و رزوه نصب 32 نخ در هر اینچ است.

• S-mount یک پیکربندی نصب کوچکتر است که در دستگاه هایی مانند دوربین های رایانه شخصی و دوربین های نصب شده روی برد استفاده می شود. پایه های S از رزوه های M12 x 0.5 استفاده می کنند.

• یک لنز F-mount از یک پایه سرنیزه ای استفاده می کند که توسط نیکون استاندارد شده است.

ابعاد پایه لنز F 

قطعنامه

رزولوشن کیفیت تصویر هنگام مشاهده است. برای دوربین های دیجیتال، وضوح به تعداد پیکسل ها (افقی و عمودی) بستگی دارد. در اندازه استاندارد، پیکسل‌های بیشتری جزئیات عکس را واضح می‌کنند، اما وقتی بزرگ‌تر می‌شوند، پیکسل‌ها در اثری به نام پیکسل‌سازی آشکار می‌شوند. این شبیه دانه روی فیلم است. وضوح دوربین دیجیتال معمولاً با مگاپیکسل (MPx) اندازه گیری می شود که هر مگا نشان دهنده یک میلیون پیکسل مربع است. وضوح بالا به عنوان وضوح 1280 x 720 پیکسل یا بیشتر در نظر گرفته می شود.

نرخ فریم

این تعداد عکس گرفته شده با فریم در ثانیه اندازه گیری می شود. چشم انسان قادر است بین 10 تا 12 تصویر مجزا در هر ثانیه متمایز کند. هر چیزی بیشتر و تغییرات سریع تصاویر توهم حرکت را ایجاد می کند. نرخ فریم دوربین‌های جداگانه بسیار به روش پخش و قلمرو یا کاربرد خاص دوربین بستگی دارد.

دوربین های کم نور معمولاً در محدوده 25 تا 35 فریم در ثانیه ضبط می کنند که به طور کلی سرعت پخش دوربین های فیلمبرداری است.

سرعت شاتر

این مدت زمانی است که نور به سنسور تصویر یا فیلم می رسد. مستقیماً میزان نوردهی را همراه با دیافراگم کنترل می کند. سرعت شاتر آهسته‌تر منجر به ضبط حرکت تار می‌شود. برای دوربین‌های با نور کم، به‌ویژه دوربین‌های سبک یکپارچه شارژ، سرعت شاتر به‌طور استثنایی زیاد است تا شدت نور به طور کامل ثبت شود.

پخش ویدیو

دوربین‌های کم نور معمولاً برای کاربردهای امنیتی ساخته می‌شوند. بیشتر ویدیوهای گرفته شده از طریق دوربین های کم نور روی یک مانیتور ساده سیاه و سفید برای نظارت زنده و از راه دور نمایش داده می شود. فید ویدیو ممکن است به عنوان فایل اضافی (VHS، MPEG، و غیره) نیز ذخیره شود. پیکربندی‌های مدرن ممکن است خوراک ویدیو را مستقیماً به رابط‌های رایانه برای تجزیه و تحلیل و ویژگی‌های پخش اضافی ارائه دهند.

مشخصات دوربین کم نور

نصب دوربین

موقعیت‌یابی دوربین با استفاده از انواع مختلف پایه‌ها انجام می‌شود، اما بسیاری از دوربین‌های کم نور با هدفی خاص، یک پایه یکپارچه دارند (مثلاً دوربین‌های کم نور روی سپرهای خودرو). بازوهای قابل گسترش و قابل تنظیم معمول هستند، بنابراین دوربین ها می توانند تغییر مکان دهند. براکت ها برای سودمندترین طرح ها در نظر گرفته شده است. پایه‌هایی مانند تک پایه‌ها و سه‌پایه‌ها، در عین حال که دوربین را در دسترس اپراتورها قرار می‌دهند، پایه‌ای پایدار ارائه می‌دهند. در نهایت، بسیاری از دوربین ها با گزینه عملکرد دستی یا نصب شده روی شانه عرضه می شوند.

دوربین‌های امنیتی اغلب توسط یک براکت بازویی قابل تنظیم با سخت‌افزار استاندارد به دیوار یا سقف نصب می‌شوند و عملکردهای پان و شیب را ارائه می‌دهند. این کار نصب آنها را آسان می کند و کارایی آنها را افزایش می دهد. دوربین‌های امنیتی را می‌توان به‌طور نامحسوس برای ضبط مخفیانه افراد یا به‌طور برجسته برای جلوگیری از رفتار نادرست نصب کرد.

دوربین‌های صنعتی و علمی گاهی اوقات در داخل یک محفظه قرار می‌گیرند تا از دستگاه در برابر محیط‌های متخاصم محافظت کنند. دوربین های صنعتی معمولاً با براکت ها یا یک نوع پایه جداگانه نصب می شوند که حرکات دستگاه را محدود می کند. آنها همچنین ممکن است مقاومت در برابر ارتعاش مکانیکی، که در تنظیمات تولید رایج است، ایجاد کنند. دوربین های علمی از هر پایه ای استفاده می کنند که به بهترین وجه برای تحقیق مناسب است، که ممکن است به معنای قرارگیری غیر معمول باشد. این پایه‌ها ممکن است به‌طور موقت اعمال شوند، ممکن است بسیار کوچک باشند، یا ممکن است دوربین اصلاً نصب نشود. دوربین های علمی به بالاترین درجه انعطاف پذیری در بین گزینه های نصب نیاز دارند.

موارد استفاده از دوربین در نور کم برای مقاصد سرگرمی نادر است، اما ممکن است به طور متناوب برای ارائه چشم انداز صحنه منحصر به فرد به بینندگان استفاده شود. این دوربین‌ها تقریباً همیشه در یک موقعیت ضبط ثابت نصب می‌شوند - مانند یک دوربین امنیتی، یا دستگاه‌های دستی هستند که توسط سوژه ویدئویی کار می‌کنند.  

ویژگی های دوربین

این مشخصات اغلب در دوربین فیلمبرداری اختیاری هستند، اما بسته به استفاده، کیفیت فیلم را افزایش می دهند.

برنامه های کاربردی دوربین های کم نور

دوربین های کم نور اغلب بر روی وسایل نقلیه استفاده می شود تا تغذیه قابل اعتمادی از جاده های کم نور، آبراه ها و فرودگاه ها را به اپراتورهای مربوطه ارائه دهند. در حالی که رایج ترین کاربرد صنعتی نظارت در شب است، اما در برنامه های بینایی ماشین با نور محدود نیز استفاده می شود. دوربین‌های ترافیک معمولاً دوربین‌هایی هستند که برای ثبت جزئیات - مانند پلاک‌ها - در شرایط کم نور و همچنین دوربین‌های داخل داشبورد مورد استفاده پلیس بهینه‌سازی شده‌اند.

کاربردهای علمی دوربین های کم نور بسیار گسترده است، از تشخیص مولکول و رصد سلولی گرفته تا نجوم و نیمه هادی ها. تحقیقات حیوانی یکی از کاربردهای رایج و محبوب دوربین‌های کم نور است. 

منبع

globalspec