White paper. Ins rechte Licht gerückt Die Anforderungen an die Mindestbeleuchtung

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1 White paper Ins rechte Licht gerückt Die Anforderungen an die Mindestbeleuchtung

2 Inhalt 1. Einführung 3 2. Das Rätsel der Lichtempfindlichkeit 3 3. Lassen Sie sich nicht täuschen! 5 4. Treffen Sie die intelligentere Wahl 6

3 1. Einführung Licht ist grundlegend für die Qualität eines Bildes. Im Allgemeinen gilt: Je mehr Licht in der aufgenommenen Szene verfügbar ist, desto besser ist die Bildqualität, vorausgesetzt, das Bild wird nicht überbelichtet. Bei zu wenig Licht weist das Bild Rauschen auf oder ist dunkel. Wie viel Licht benötigt wird, um eine gute Bildqualität zu erzielen, ist von der Kamera und ihrer Lichtempfindlichkeit abhängig. Mit anderen Worten, je dunkler die aufgenommene Szene ist, desto lichtempfindlicher muss die Kamera sein. Die Lichtempfindlichkeit oder Mindestbeleuchtung bezieht sich auf die kleinste Lichtmenge, die die Kamera benötigt, damit sie ein brauchbares Bild erzeugen kann. Die Mindestbeleuchtung wird in Lux (lx), der Maßeinheit für die Beleuchtungsstärke, angegeben. Sie wird oft irrtümlich als Lichtstärke bezeichnet. Demzufolge könnte man annehmen, je niedriger der vom Hersteller angegebene Lux-Wert ist, desto lichtempfindlicher ist die Kamera. Leider ist es jedoch nicht ganz so einfach. Bezüglich der Mindestbeleuchtung liegt hier eine paradoxe Situation vor. Während der Lichtempfindlichkeit einerseits häufig eine entscheidende Rolle bei der Wahl eines Produkts oder Herstellers zukommt, ist sie andererseits ein komplexer Aspekt der Kameratechnologie und lässt sich sehr schwer darstellen. Das vorliegende Dokument soll etwas mehr Klarheit beim Thema Lichtempfindlichkeit schaffen und Ihnen mögliche Fallen aufzeigen. Sie erfahren, warum es für eine sinnvolle Kaufentscheidung wichtiger ist, Tests am Standort durchzuführen, als Datenblätter zu vergleichen. 2. Das Rätsel der Lichtempfindlichkeit Die Messung der Lichtempfindlichkeit ist ein komplizierter und nicht eindeutiger Vorgang. Hierfür gibt es mehrere Gründe. Erstens wird die Beleuchtungsstärke mit einem Luxmeter gemessen. Obwohl die eigentliche Messmethode präzise ist, sind die Lux-Werte bezüglich der Lichtempfindlichkeit der Kamera irreführend, da Luxmeter und Kamera unterschiedliche Lichtinformationen aufzeichnen. Wenn wir von der Beleuchtungsstärke bzw. von Lux sprechen, meinen wir, wie stark eine Szene beleuchtet ist und nicht, wie das Licht von der Kamera erfasst wird. Während das Luxmeter die Menge an sichtbarem Licht misst, mit dem ein bestimmter Bereich beleuchtet wird (einfallendes Licht), erfasst die Kamera die Lichtmenge, die von den Objekten in diesem Bereich abgegeben wird (reflektiertes Licht). Demzufolge werden für zwei Personen, die denselben Platz einnehmen, wobei eine Person weiß und die andere schwarz gekleidet ist, identische Lux-Werte gemessen. Die von der Kamera erfasste Lichtmenge derselben Szene ist jedoch möglicherweise niedriger oder höher, da die schwarz gekleidete Person weniger Licht reflektiert als die weiß gekleidete Person. Darüber hinaus wird von glänzenden Objekten mehr Licht reflektiert als von matten Objekten. Außerdem wirken sich die Wetterbedingungen auf die Beleuchtung und die Reflexion aus. Durch Schnee wird das reflektierte Licht verstärkt, während Regen einen großen Teil des reflektierten Lichts absorbiert. Abbildung 1: Unterschied zwischen vom Luxmeter gemessenem einfallendem Licht und von der Kamera erfasstem reflektiertem Licht. 3

4 Zweitens weisen natürliche Orte häufig sehr komplexe Lichtverhältnisse auf, z. B. Gegenlicht, Schatten und Spitzlichter, die die Kamera bei der Wahrnehmung der Szene beeinträchtigen. Durch Gegenlicht werden beispielsweise die Objekte in der Szene verdunkelt, so dass eine eindeutige Identifizierung nicht möglich ist. Bei der Außenüberwachung ändern sich Lichtintensität und Beleuchtungsrichtung durch den unterschiedlichen Sonnenstand im Laufe des Tages. Es ist daher wichtig zu berücksichtigen, dass ein Lux-Wert weder die Lichtverhältnisse der gesamten Szene angibt noch etwas über die Beleuchtungsrichtung aussagt. Abbildung 2: Bildbeispiele, die die tatsächliche Wiedergabe von 5 Lux (links), 80 Lux (Mitte) und 4000 Lux (rechts) zeigen. Beachten Sie, dass Lux-Werte, die in einer Szene gemessen werden, nur die Beleuchtungsstärke am Objekt im Fokus angeben. In den Bildern oben gibt der Lux-Wert z. B. die Beleuchtungsstärke am Baum bzw. vor dem Gebäude an. Der hellere Himmel und der dunklere Boden werden nicht berücksichtigt. Drittens gibt es viele Faktoren, die sich auf die Lichtempfindlichkeit der Kamera auswirken. Dazu gehören die Belichtungszeit, das Öffnungsverhältnis des Objektivs, die Größe und Qualität des Sensors, die Qualität des Objektivs und die Farbtemperatur. Auch der IRE-Wert wird ins Spiel gebracht, obwohl es sich dabei um einen Wert aus der analogen Videoüberwachung handelt, der im Rahmen einer Interpretation in die digitale Welt übernommen wurde und nicht anwendbar ist. Viele der genannten Faktoren können manipuliert werden, so dass die Kamera mehr Licht erfasst. In der Tat scheuen sich einige Anbieter nicht davor, mit geänderten Werten ihre Produkte aufzuwerten. Beispielsweise gelangt durch eine längere Belichtungszeit, d. h. eine längere Verschlusszeit, mehr Licht zum Sensor. Damit lassen sich auf bequeme Weise eine bessere Bildqualität und gute Werte bei Standbildern erzielen. In Bildszenen mit Bewegung sind die Videobilder jedoch unscharf und die Objekte lassen sich nicht identifizieren. Trotzdem wenden einige Anbieter diesen Trick bei den bereitgestellten Testbildern und Daten an. Seien Sie sich daher immer dessen bewusst, dass einige Anbieter Standbilder als Beleg für die Videoleistung der Kamera in Bildszenen mit Bewegung bei schwacher Beleuchtung verwenden. Die Signalverstärkung hat keinen Einfluss auf die Lichtempfindlichkeit der Kamera. Vielmehr handelt es sich dabei um eine Verstärkung des Videosignals. Durch eine Erhöhung der Verstärkung wird das Videosignal verstärkt und das Bild wird heller. Ein Nachteil ist jedoch, dass das Bildrauschen ebenfalls verstärkt wird. Es ist ähnlich wie bei einem Radio mit schwachem Rundfunkempfang. Wenn Sie das Radio lauter drehen, werden neben der Musik auch die Störgeräusche lauter. Abbildung 3: Links eine Szene, die bei 500 Lux mit geringer Verstärkung aufgenommen wurde. Rechts eine ähnliche Szene, die ebenfalls bei 500 Lux, aber mit hoher Verstärkung aufgenommen wurde. Die Bilder zeigen, dass mit zunehmender Verstärkung das Videosignal stärker und das Bild heller wird, gleichzeitig jedoch mehr Bildrauschen in Kauf genommen werden muss. 4

5 Zu guter Letzt gibt es momentan keinen weltweiten Standard für die Messung der Mindestbeleuchtung auf dem Markt. Dies bedeutet, dass selbst die führenden Anbieter in der Branche unterschiedliche Methoden verwenden, was die Anbieter vor eine große Herausforderung stellt, wenn er faire Werte angeben möchte. 3. Lassen Sie sich nicht täuschen! Die oben beschriebenen Herausforderungen führen zu dem Ergebnis, dass ein Vergleich von Produkten unterschiedlicher Anbieter auf Grundlage der Lux-Werte, Öffnungsverhältnisse und Sensorgrößen immer fehlerhaft ist. Der Kauf einer Kamera, basierend auf diesen unzureichenden Kriterien ist oft eine schlechte Wahl. Eine Kamera mit einer Angabe zur Mindestbeleuchtung von 5 lx, F 10, kann bei schwacher Beleuchtung die gleiche Leistung bringen, wie eine Kamera mit 0,05 lx, F 1,0. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, dieselben Eigenschaften anzugeben und die einzelnen Anbieter verwenden unterschiedliche Standards. Demzufolge genügt es für den Vergleich der Produkte von konkurrierenden Anbietern bei Weitem nicht, nur die technischen Daten zu vergleichen. Einige Anbieter verwenden sogar zur Erzielung einer optimalen Leistung für ihre Testbilder optionale Objektive oder teure High-End-Objektive, die für den Durchschnittskunden unerschwinglich sind. Vergleichen Sie daher die angegebenen Werte für die Mindestbeleuchtung und das Öffnungsverhältnis mit dem tatsächlichen Öffnungsverhältnis des Standardobjektivs der Kamera, falls ein Objektiv im Lieferumfang enthalten ist. Die Angebote für Axis-Kameras sind All Inclusive-Pakete, d. h. die Kameras werden immer mit einem Objektiv geliefert und unsere Tests werden konsequent mit dem jeweiligen Standardobjektiv und den Standardeinstellungen durchgeführt. Als Experiment haben wir unter Verwendung der Axis-Methode1 die Mindestbeleuchtung gemessen, um einige unserer Produkte mit ähnlichen Produkten anderer Hersteller zu vergleichen. Die folgenden Bilder wurden alle mit den Standardeinstellungen der Kameras aufgezeichnet. Die Unterschiede zwischen den in den Produktdatenblättern angegebenen Lux-Werten und den Testergebnissen sprechen für sich. Fixed-Netzwerk-Kamera AXIS P1346 Netzwerk-Kamera Konkurrenzprodukt 1 Konkurrenzprodukt 2 Testbild 2 Datenblatt 3 Testbild 2 Datenblatt 3 Testbild 2 Datenblatt 3 0,5 lx 0,6 lx (Farbe) 0,5 lx 0,3 lx (Farbe) 0,1 lx 0,2 lx (Farbe) AXIS M1031-W Netzwerk-Kamera Konkurrenzprodukt 1 Konkurrenzprodukt 2 Testbild 2 Datenblatt 3 Testbild 2 Datenblatt 3 Testbild 2 Datenblatt 3 1 lx 1 lx (Farbe) 1 lx 1 lx (Farbe) 1 lx 0.5 lx (Farbe) 1 Ein technischer Hinweis bezüglich der Messung der Mindestbeleuchtung (MMI, Measurement of Minimum Illumination) Die Axis-Methode wird unter beschrieben 2 Beleuchtung während des Tests 3 Im Produktdatenblatt angegebene Mindestbeleuchtung 5

6 Fixed-Dome-Netzwerk-Kamera AXIS M3114-R Netzwerk-Kamera Konkurrenzprodukt 1 Konkurrenzprodukt 2 Testbild 2 Datasheet 3 Testbild 2 Datasheet 3 Testbild 2 Datasheet 3 0,5 lx 1 lx (Farbe) 0,5 lx 0,5 lx (Farbe) 0,5 lx 0,4 lx (Farbe) Wenn die Mindestbeleuchtung eine äußerst wichtige Anforderung für die Wahl der Kamera ist, nehmen Sie sich die Zeit und testen Sie die Kameramodelle. Verlassen Sie sich nicht blindlings auf die angegebenen Werte. 4. Treffen Sie die intelligentere Wahl Sie haben zwei Möglichkeiten für die Wahl einer geeigneten und zuverlässigen Kamera. Die beste Methode ist, die Kamera am Standort mit Objekten in Bewegung und gemäß den spezifischen Anforderungen des Überwachungssystems zu testen. Falls dies nicht möglich ist, entscheiden Sie sich für einen Anbieter, der seine Produkte unter Verwendung einer dokumentierten, wiederholbaren Methode testet. Dadurch stellen Sie sicher, dass die > Produkte dieses Anbieters miteinander verglichen werden können und > die angegebenen Werte nicht manipuliert wurden, um das Produkt aufzuwerten. 6

7 Belichtungszeit Die Belichtungszeit ist die Zeit, in welchem der Bildsensor belichtet wird. Je länger die Belichtungszeit ist, desto mehr Licht trifft auf den Bildsensor auf. Eine längere Belichtungszeit verbessert die Bildqualität bei schwachem Licht, verstärkt jedoch auch die Bewegungsunschärfe und senkt die Gesamtbildrate, da zur Belichtung jedes Einzelbilds mehr Zeit benötigt wird. Öffnungsverhältnis des Objektivs Das Öffnungsverhältnis bzw. die F-Zahl gibt an, wie viel Licht ein Objektiv passieren kann. Das Öffnungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen der Brennweite (Abstand zwischen dem optischen Mittelpunkt des Objektivs und dem Fokuspunkt) und dem Durchmesser der Eintrittspupille (Öffnung, durch die Licht durch das Objektiv zum Sensor gelangt). Je kleiner das Öffnungsverhältnis ist, desto höher ist die Lichtstärke des Objektivs. Das Öffnungsverhältnis wird meist im Format Fx oder f/x (Brennweite dividiert durch Blendenöffnung) angegeben. Die Angabe F4 bedeutet, dass der Blendendurchmesser dem Quotienten aus Brennweite und 4 entspricht. Wenn also die Kamera ein 8-mm-Objektiv hat, beträgt der Durchmesser der Blendenöffnung, durch die das Licht einfallen kann, nur 2 mm. Brennweite Große Blendenöffnung Kleine Blendenöffnung Qualität des Objektivs Welche Auflösung das Objektiv erzielen kann, ist unter anderem von der Qualität des Linsenmaterials und vom Design des Objektivs abhängig. Das perfekte Objektiv gibt es nicht. Aufgrund der technischen Beschränkungen weisen alle Objektive Abbildungs- und Bildfehler auf. Die Konstruktion von Objektiven ist auf den jeweiligen Sensor abgestimmt. Achten Sie daher bei der Wahl eines Objektivs darauf, dass es für die Kamera geeignet ist. 7

8 Qualität des Sensors Das Licht, das durch das Objektiv einfällt, wird auf dem Bildsensor der Netzwerk-Kamera fokussiert. Die Pixel auf dem Sensor registrieren die Menge an Licht, denen sie ausgesetzt sind, und konvertieren diese in eine entsprechende Anzahl an Elektronen bzw. elektrischen Signalen. Je heller das Licht ist, desto mehr Elektronen werden erzeugt. Früher galt allgemein die Regel, dass ein großer Sensor mehr Licht aufnehmen kann als ein kleiner und dass größere Pixel mehr Elektronen speichern können. Inzwischen gibt es jedoch Technologien und Designs, die das Licht bündeln und seine Qualität verbessern sowie die Empfindlichkeit des Sensors erhöhen. Demzufolge können heute kleine Sensoren und Pixel durchaus bessere Ergebnisse liefern als große Sensoren. Um herauszufinden, wie gut der Sensor tatsächlich ist, sollten Sie über die Pixelgröße hinwegsehen und den Sensor bzw. Kamera testen. Farbtemperatur Die Farbtemperatur wird in Kelvin (K) gemessen. Die Messskala gründet auf der Tatsache, dass erhitzte Objekte Licht abstrahlen. Die erste sichtbare Lichtabstrahlung eines erhitzten Objekts ist rot. Erhöht man die Temperatur des Objekts, wird die Farbe bläulicher. Ebenso wie sich die Farbtemperatur des Tageslichts im Laufe des Tages ändert, hat auch das Innenraumlicht unterschiedliche Farbtemperaturen. Das menschliche Auge kann die durch verschiedene Lichtquellen erzeugten Farbunterschiede ausgleichen, sodass sich die Farbe der Gegenstände scheinbar nicht ändert. Kameras müssen jedoch an die Beleuchtung vor Ort angepasst werden. In der Regel wird es automatisch über den Weißabgleich ausgeführt, vergleichbar zu dem manuellen Abgleich einer neutralen Oberfläche, z. B. einer Graukarte. Zudem kann die Farbdarstellung mithilfe der von Kameraeinstellungen optimiert werden. 8

9 /DE/R1/1101 Hintergrund Axis Communications Axis ist ein IT-Unternehmen, das Netzwerk-Videolösungen für professionelle Installationen anbietet. Das Unternehmen ist der weltweite Marktführer im Bereich Netzwerk- Video und treibt den Wechsel von analoger zu digitaler Videoüberwachungs-Technologie an. Die Produkte und Lösungen von Axis konzentrieren sich auf Anwendungen wie Sicherheits- und Fernüberwachung und basieren auf einer innovativen und offenen Technologie-Plattform. Axis ist ein schwedisches Unternehmen und weltweit mit Niederlassungen in mehr als 20 Ländern tätig und arbeitet mit Vertriebspartnern in mehr als 70 Ländern zusammen. Axis wurde 1984 gegründet und ist an der NASDAQ OMX Stockholm unter dem Börsenschreiber AXIS notiert. Weitere Informationen über Axis finden Sie unter Axis Communications AB. AXIS COMMUNICATIONS, AXIS, ETRAX, ARTPEC und VAPIX sind eingetragene sowie in verschiedenen Gerichtsbezirken beantragte Marken von Axis. Alle weiteren Firmen und Produktnamen sind Marken oder eingetragene Marken der jeweiligen Firmen. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen ohne vorherige Ankündigungen vorzunehmen.