traurig aber wahr: Immer wieder findet sich ein Hersteller und / oder Distributer, der es sich nicht verkneifen kann, mit solcherlei Headlines die herausragende Leistungsfähigkeit seiner Produkte anzupreisen! Wir, die wir über mehr als 26 Jahre der Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und im Einsatz der zur Diskussion stehenden technischen Erzeugnisse verfügen, haben unser Angaben zu Leuchtweiten immer mit Angaben zu verwendeten Kameras, Objektiven und Belichtungszeiten ergänzt. Mit Blick auf CMOS- Aufnehmer ist das heute nicht mehr so ganz einfach, deshalb haben wir für uns entschieden: Diese kleine Ausarbeitung soll dazu beitragen unter Fachplanern und Errichtern videotechnischer Systeme ein besseres Verständnis für das Thema Szenenausleuchtung in der Videoüberwachungstechnik zu entwickeln, dies besonders mit Blick auf die Verwendung von LED-Lichtquellen im nahen IR-Spektrum INHALTSVERZEICHNIS SEITE 1 SEITE 2 SEITE 3 SEITE 4 SEITE 5 SEITE 6 SEITE 7 SEITE 8 SEITE 9 SEITE 10 SEITE 11 SEITE 12 SEITE 13 SEITE 14 VORWORT Leistungsaufnahme infrarote Lichtleistung Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 950 / 950 nm) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] Fortsetzung: Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] Systembedingte Verluste Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors Fortsetzung: Spektrale Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors Lichtstärke des optischen Systems Fortsetzung: Lichtstärke der optischen Systeme (Objektive) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten Fortsetzung: Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten Fortsetzung: Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten IR-LED-Spots vs Wärmebildkameras - Werbung oder was soll das sein?
VORWORT Als die Erfinder dieser Technik (IR-LED-Spots für videotechnische Anwendung (siehe Gebrauchsmuster von 1989) und als Entwickler und Hersteller von Produkten der hier zu besprechenden Art und Anwendung, sind uns die notwendigen Kenntnisse, allgemein Beleuchtungstechnik betreffend, wie auch die Grenzen der Anwendbarkeit unserer Erzeugnisse, geläufig. Praxistests und über 25-jährige Erfahrung in der Planung von Systemen der Videoüberwachungstechnik, Erfahrung im Umgang mit CCTV und IP-Kameras, bis hin zur Entwicklung und Herstellung von Kameras für medizinisch-technische Anwendungen, sind sicher Grundlage genug, dies sehr verwirrende Thema sach und fachgerecht auszuleuchten. Allgemeines Man muss es schon ganz deutlich sagen: Jeder Hersteller von technischen Erzeugnissen der hier zu besprechenden Art, der sich einfach etwas von Leuchtweiten in die technischen Unterlagen murmelt, und diese Leuchtweite - ohne jede weitere Erläuterung - in Meter angibt, führt Fachplaner, Errichter und Endkunden in die Irre. Gebrauchsmuster 1989 Ob dies nun vorsätzlich, leichtfertig oder ohne die nötige Fachkenntnis geschieht, ist dabei völlig nebensächlich, denn das jeweilige Ergebnis kann in vielen Fällen sein: Man ist mit dem erreichten Resultat nicht so recht zufrieden! In manchen Fällen herrscht so große Unzufriedenheit, dass wirtschaftlich nachteilige Folgen für den Errichter und den Fachplaner drohen. Auch wir selbst wollen unsere eigenen technischen Angaben in diesem Bezug noch verfeinern, obschon das Beispiel unten zeigt, dass wir es bereits jetzt ziemlich genau nehmen, mit unseren Hinweisen zu Leuchtweiten unserer Systeme! (*1) In Abhängigkeit von der Lichtempfindlichkeit der eingesetzten CCD- oder CMOS-Megapixel-IP- Kamera, von der spektralen IR-Lichtempfindlichkeit des darin eingesetzten Sensors, von der auf die Anwendung bezogene, als wünschenswert eingestellten, maximalen Belichtungszeit, von der Lichtstärke (F) des eingesetzten Objektivs, vom Reflexionsgrad der Szene und der gewählten Einstellung der Diffusoren des eingesetzten IR-LED-Spots und von dessen Wellenlänge der maximalen Emission. (Erläuterung: Diffusoren = heute z. T. bestimmend für den Ausbreitungswinkel) Wir weisen also sehr deutlich darauf hin, wo der Hase im Pfeffer liegt und deuten damit an, dass, unter Einbeziehung aller notwendigen Baugruppen, nur der VERSUCH letztlich Klarheit schaffen kann, bzw. aus und in Versuchen gewonnene Erfahrungen zukünftige Planungen erleichtern werden können. SEITE 1
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten? Die aktiven Faktoren: 1) Leistungsaufnahme und Wirkungsfaktor des Systems IR-LED-Spot 2) Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 940 nm) 3) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] 4) Systembedingte Verluste zu 1) Leistungsaufnahme infrarote Lichtleistung Insbesondere Systeme, denen entsprechende Vorschaltgeräte implementiert sind, müssen unter diesem Gesichtspunkt genauerer Betrachtung zu unterzogen werden. Das gilt auch für unsere eigenen Systeme, die generell über interne Netzteile, bzw. Spannungswandler im Falle der PoE++ - Systeme, verfügen. Den fraglichen Geräten ist letztlich über die reine Messung des primärseitigen Stromes in dieser Hinsicht nicht beizukommen, so lange man nicht weiß, welchen Wirkungsfaktor das interne Netzteil aufweist. Insbesondere so genannte Weitbereichsnetzteile sind bekannt dafür, dass ihr Wirkungsfaktor häufig gegen 0,8 oder schlechter tendiert. Zu dieser Frage gehört übrigens auch das Thema Oberwellen bei Systemen >25 Watt Leistungsaufnahme. Vergleichsmessungen - die übrigens jeder Interessierte ohne aufwendige Mess technik selbst durchführen kann - haben hinlänglich bewiesen, dass diese WATT-Huberei in den allermeisten Fällen nur einen, auf das jeweilige Fabrikat begrenzten, Informationsgehalt besitzt. (Hinweise zur Durchführung von Vergleichsmessungen siehe Anhang 1) Vor dem Hintergrund der oben geschilderten und leicht nachprüfbaren Tatsachen ist es dann auch spannend zu betrachten, dass häufig, die im Rahmen solcher Tests als geringer leistungsfähig erkannten Systeme, seitens der ihnen zugeordneten Datenblätter mit - für uns Fachleute - geradezu grotesk anmutenden Leuchtweiten angepriesen werden. Diese Vorgehensweise der Hersteller und derer Distributoren korrespondiert mit der Tatsache, dass eben nichts über diejenigen Rahmenbedingungen ausgesagt wird, unter denen diese Angaben ermittelt wurden. Häufig findet nicht einmal der immer noch vorhandene Unterschied der grundlegenden Lichtempfindlichkeit, der zwischen CCD und CMOS-Aufnehmern besteht, Erwähnung. SEITE 2
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten? Die aktiven Faktoren: 1) Leistungsaufnahme und Wirkungsfaktor des Systems IR-LED-Spot 2) Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 940 nm) 3) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] 4) Systembedingte Verluste zu 2) Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 940 nm) Nicht selten wünscht der Anwender von IR-LED-Spots, die IR-LEDs auch im nächtlichen Betrieb nicht wahrnehmen zu können, wie das bei 850 nm-led immer dann der Fall ist, wenn direkt in den Ausbreitungswinkel der LED geblickt wird. Dieser Wunsch geht mit der Erwartung einher, dass z. B. die Verwendung von 940 nm-led, bzw. 950 nm-led völlige Unsichtbarkeit böten. Hinweis dazu: Zu Zeiten der Standard-3,5-mm-LED, konnte dieses Ziel der gewissermaßen völligen Unsichtbarkeit noch erreicht werden. Die moderne 5-Watt-SMD-Hochleistuings-LEDs scheinen aber an der Flanke zum sichtbaren Licht hin, allein ihrer Intensität wegen, im menschlichen Auge noch Rezeptoren anzuregen, so dass in der Dunkelheit eines geschlossenen Raumes der Eindruck entstehen kann: Da ist aber noch was?!. 850 nm-led Selbst der Einsatz zusätzlicher Filter, wie wir selbst sie einsetzen, kann diesen oben geschilderten Eindruck nur wenig bedämpfen, will man die Leuchtweite nicht allzu sehr reduzieren! Prinzipiell gilt: 950 nm-led a) die Leuchtweite von 950 nm-led selbst ist nicht reduziert, jedoch sind b) die Kamerasensoren in diesem Bereich des NIR in aller Regel so weitgehend in ihrer Sensitivität geringer, dass durchaus c) von einer ca. 50 %gen Reduktion der Leuchtweite ausgegangen werden kann! SEITE 3
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten? Die aktiven Faktoren: 1) Leistungsaufnahme und Wirkungsfaktor des Systems IR-LED-Spot 2) Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 940 nm) 3) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] 4) Systembedingte Verluste zu 3) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] Nach Möglichkeit sollten der Ausbreitungswinkel des infraroten Lichtstrahls des LED-Spots einigermaßen mit dem Erfassungsbereich der eingesetzten Kamera übereinstimmen. Dies gilt besonders dann, wenn Kamera und IR-LED-Spot relativ nahe beieinander installiert und die optischen Achsen beider Geräte sehr ähnlich ausgerichtet sind. (andere Möglichkeiten der Szenenausleuchtung werden separat behandelt) Häufig war und ist zu beobachten, das signalisieren auch die bekannten Absatzzahlen, dass IR-LED-Spots bevorzugt werden, deren Lichtausbreitungswinkel bei 80 liegen. In der Vergangenheit waren diese Ausbreitungswinkel meist kegelförmig, während neuere Technologien auch asymmetrische, elliptische Ausbreitung ermöglichen. Grundlegend ist zu sagen, dass große Lichtausbreitungswinkel, bei gleicher infraroter Lichtleistung die Leuchtweite der Systeme drastisch verringern, die Beleuchtungsstärke je Flächeneinheit (m²) abnimmt. Nachfolgend: Eine Lichtquelle mit einem Lichtstrom von 1000 Lumen (lm). Im Falle der Bündelung des Lichtstrahls von 90 auf 10 wird die Beleuchtungsstärke in gleich bleibender Entfernung um Faktor <77 zunehmen, dafür wird aber die beleuchtete Fläche um denselben Faktor <77 kleiner. Flacher Winkel α= 90 90 90 90 90 Raumwinkel Ω= sr 1,8403 1,8403 1,8403 1,8403 1,8403 Abstand r= m 1 10 100 200 400 Beleuchtungsstärke E= lx 543,3900 5,4339 0,054339 0,013587 0,0033962 Flacher Winkel α= 10 10 10 10 10 Raumwinkel Ω= sr 0,023909 0,023909 0,023909 0,023909 0,023909 Abstand r= m 1 10 100 200 400 Beleuchtungsstärke E= lx 41824,52 418,25 4,18 1,045 0,261 Selbst als gering erachtete Unterschiede zwischen dem Erfassungswinkel einer Kamera und dem Ausbreitungswinkel des Lichtstrahls einer Lichtquelle, wir betrachten dafür einen Unterschied von 30 (Kamera) zu 45 (Lichtquelle) hat zur Folge, dass die 2,23-fache infrarote Lichtleistung eingesetzt werden muss, als sie bei angepasste0 Öffnungs und Ausbreitungswinkeln (30 ) nötig wäre, um den in diesem Falle möglichen Maximalwert der Aufhellung zu erzielen. SEITE 4
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten? Die aktiven Faktoren: 1) Leistungsaufnahme und Wirkungsfaktor des Systems IR-LED-Spot 2) Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 940 nm) 3) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] 4) Systembedingte Verluste zu 3) Fortsetzung: Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] Verwenden Sie für Ihre eigenen Berechnungen bitte dieses kostenlose Applet, das von Herrn Maurizio Tidei hier zur Verfügung gestellt wird: http://www.stromsparlampen.eu/fotometrie_applet.html?id=1. SEITE 5
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten? Die aktiven Faktoren: 1) Leistungsaufnahme und Wirkungsfaktor des Systems IR-LED-Spot 2) Wellenlänge der maximalen Emission (z. B. 850 nm oder 940 nm) 3) Winkel der Lichtausbreitung (flacher Winkel [ ] / Raumwinkel [sr] 4) Systembedingte Verluste zu 4) Systembedingte Verluste Als systembedingte Verluste bezeichnen wir denjenigen Anteil der infraroten Lichtstrahlung, welcher an optischen Komponenten des Gesamtsystems anfällt. Diese sind - im Falle der Verwendung von Hochleistungs-LED - folgende: - Verlust an Linsenvorsätzen und Diffusoren: ca. 10% - Verlust an Kunststoffabdeckungen aus infrarottransparentem Polycarbonat: ca. 10% Auch dies zeigt, dass weder die Watt-Huberei bzgl. der Leistungsaufnahme, noch die Addition der infraroten Lichtleistung der einzelnen LED bei Nennstrom, vonseiten der LED-Hersteller in mw/sr ausgewiesen, ausreichend ist, die Wirksamkeit des Gesamtsystems zu beurteilen. Komplett verwirrend wird es übrigens dann, wenn ein namhafter Distributer die infrarote Lichtleistung einer IR-LED-Lichtquelle mittels der physikalischen Einheit Lumen beziffert, dabei 249 lm angibt und diese Angabe mit einer Leuchtweite von 150 m ergänzt. Das bedeutete, dass in einer Entfernung von 150 m noch exakt 0,27 lx zu messen sein würden, wäre die physikalische Einheit zutreffend gewählt. WIKIPEDIA 1 Lumen ist definiert als der Lichtstrom einer 1,464 mw starken 555-nm-Lichtquelle (gelbgrün) mit 100 % Lichtausbeute. Dabei ist 555 nm diejenige Wellenlänge, bei der das menschliche Auge gemäß V-Lambda-Kurve seine maximale Empfindlichkeit hat. Dagegen liefert eine ebenfalls 1,464 mw starke rote Lichtquelle nur etwa 0,1 lm, d.h. sie wird als 10mal weniger hell wahrgenommen, da das Auge in diesem Farbbereich nur 10 % der Empfindlichkeit im Vergleich zum Grünen besitzt. Der Lichtstrom ist ein Maß für die gesamte von einer Strahlungsquelle ausgesandte sichtbare Strahlung. Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/lumen_%28einheit%29 SEITE 6
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung zu A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors Die grundlegende Lichtempfindlichkeit von Kamerasensoren wird meist in der physikalischen Größe Lux (lx) angegeben. Seit geraumer Zeit wird dieser Angabe die Lichtstärke (F) eines einzusetzenden optischen Systems hinzugefügt, was bedeuten soll, dass der jeweils angegebene Wert in Lux, bei Verwendung eines Objektivs z. B. der Lichtstärke F1:1,2 gemessen wurde. Beispiel: Lichtempfindlichkeit (Farbbetrieb): Lichtempfindlichkeit (s/w-betrieb): 0,2 lx / F1:1,2 0,01 lx / F1:1,2 Die spätere Behandlung des Themas Blendereihe wird aufzeigen, welche Bedeutung der Lichtstärke F eines Objektiv in den hier zu behandelnden Zusammenhänge zukommt. Die Verwendung der physikalischen Einheit Lux (lx), zeigt schon an, dass der jeweils angegeben Wert sich auf sichtbares Licht, nicht aber auf Licht im NIR-Spektrum bezieht. Allerdings ist dieser Wert nicht so gänzlich ohne Belang, macht er doch eine Unterscheidung der generellen Lichtempfindlichkeit eines Kamerasystems zu einem anderen möglich. Ungeachtet dessen, können wir aus diesem jeweils angegebenen Wert keine direkten Schlussfolgerungen bzgl. der hier zu behandelnden Anwendung von Kameras im infraroten Spektrum (NIR) des Lichts ziehen, weil nun die behandelt werden muss! Wie auch das menschliche Auge, sind die Kameraaufnehmer, gleichgültig ob nun CCD oder CMOS, über die Bandbreite des sichtbaren Lichts unterschiedlich sensitiv. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Abweichungen, fabrikats- und typbe-. zogen unterschiedlich ausfallen. Beispiel der relativen Lichtempfindlichkeit unterschiedlicher Aufnehmer nebst der Kurve der Empfindlichkeit des menschlichen Auges SEITE 7
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung zu B) Fortsetzung: Spektrale Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors Es gilt eine wichtige Anmerkung zu den rechts gezeigten Kurven zu machen: Die Verläufe dieser Kurven beziehen sich ausschließlich auf die spektrale Empfindlichkeit eines Sensors, geben jedoch keine Auskunft über die jeweiligen Pegel der Lichtempfindlichkeit von CCD, CMOS oder dem menschlichen Auge! CCD CMOS Weiter ist zu erkennen: Menschliches Auge 850 nm 950 nm - Das menschliche Auge kann IR-Strahlung nicht wahrnehmen* - CCD-Sensoren sind bei 850 nm sensitiver als CMOS-Sensoren - Der Abfall der Flanke nach 950 nm fällt bei CMOS stärker aus, als bei CCD** * Das ist insofern nicht ganz richtig, dass intensiv strahlende IR-Lichtquellen, sofern man direkt hin einschaut, durchaus noch Rezeptoren im menschlichen Auge anregen! ** Diese Darstellung muss nicht in jedem Fall Gültigkeit haben, eher schlägt unterm Strich die allgemeine Lichtempfindlichkeit des Sensors zu Buche. Es gilt zu beachten, dass die spektrale Sensitivität von CCD und CMOS-Sensoren deutliche Unterschiede aufweisen kann. Da diese Kurven vonseiten der Anbieter von Überwachungskameras nur selten oder nie gezeigt werden, fehlen diese Informationen und können, selbst nur theoretisch, nicht in eine Planung einfließen. Darstellung der spektralen Empfindlichkeitsunterschiede des Auges und einer Auswahl von Standard bildsensoren für die industrielle Bildverarbeitung. SEITE 8
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung zu C) Lichtstärke des optischen Systems (Objektive) Die Frage großes Fenster oder kleines Fenster entscheidet darüber ob mehr oder weniger Tageslicht in einen Raum fällt! Die weitere Frage der Raumtiefe entscheidet über die Aufhellung der Wand, die einem Fenster gegenüberliegt! Nicht anders verhält es sich es mit Kameraobjektiven! ZITAT WIKIPEDIA: Der Wert bei voll geöffneter Blende wird als Lichtstärke bezeichnet. Ein Objektiv mit Blende 2 hat bei 50 mm Brennweite einen effektiven Öffnungsquerschnitt (Durchmesser der Eintrittspupille) von 25 mm, die Eintrittspupille eines 135 mm-teleobjektivs gleicher Lichtstärke hat dagegen bereits einen Durchmesser von 67,5 mm. Die Blendenreihe ist so angelegt, dass die durch das Objektiv fallende Lichtmenge sich von Blendenstufe zu Blendenstufe halbiert, wenn die nächste Blen denstufe einen höheren Wert hat (beispielsweise 11 16) oder verdoppelt, wenn die nächste Blendenstufe einen kleineren Wert hat. (beispielsweise 11 8). Der Blendendurchmesser D vergrößert bzw. verkleinert sich von Blendenstufe zu Blendenstufe um den Faktor 2 bzw. 1/ 2, wodurch sich Fläche und Lichtmenge verdoppeln bzw. halbieren. Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/blendenreihe_%28optik%29 LightDec GmbH & Co. KG Robert-Bosch-Straße 66 85053 Ingolstadt Telefon: 0049 // 841 // 97475-29 Telefax: Telefon: 0049 // 841 // 97475-48 www.lightdec.de info@lightdec.de SEITE 9
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung zu C) Fortsetzung: Lichtstärke de optischen Systems (Objektive) Bei Betrachtung angeblicher Leuchtweiten, gerade wenn diese dann schon über die 150, 200 oder gar 300 m hinausgehen, stellt sich sofort die Frage danach, was denn genau in einer derartigen Entfernung abgebildet werden soll. Zwecks weiterer Betrachtung wählen wir: Aufgabe: Volle Abbildung eines Objekts Abmessungen des Objekts: B 25 m x H 18,62 m / Diagonale: 31,172 m Entfernung: 200 m Format des CMOS-Aufnehmers: 1/2,7 = 5,37 x 4,0 mm = Diagonale 6,7 mm ^ Notwendiges f=: 43 mm = Öffnungswinkel = 10 Verfügbares f=: 8-50 mm (F03Z06NDDC-MP) Lichtstärke F: 1:1,6 IR-LED-Spot: 13 / 850 nm / 30 W / ENEO IRLED-402S Leistungsaufnahme LED-Spot: 30 Watt Lichtstrom: (falscher Terminus) 498 lm (falsche physikalische Einheit) IP-Kamera: ENEO GXC-1710M Sensor: 1/2.7" 2.0 Megapixel CMOS-Sensor ^ Sensorfläche: 5,37 mm x 4,0 mm (BxH) Lichtempfindlichkeit: Farbe 0,2 Lux / s/w 0,01 Lux bei F1:1,2 Zwischenfrage zu den falsch gewählten Termini Lichtstärke und Lumen: Wenn eine Hochvolt-Halogenlampe, bei einer Leistungsaufnahme von 40 Watt einen Lichtstrom von 500 lm erzeugen kann, wie soll dann eine IR-LED-Lichtquelle mit einer Leistungsaufnahme von 30 Watt, wovon mit hoher Sicherheit zwischen 4,5 und 6,0 Watt im Weitbereichsnetzteil als Verlustleistung anfallen, einen Lichtstrom [was ohnehin ein falsch gewählter Terminus ist] von 498 Lumen erzeugen können? Ausgehend davon, dass zwischen F1:1,2 und F1:1,6 etwa 2/3-Blenden liegen, muss also in einer Entfernung von 200 m eine Beleuchtungsstärke von 0,0232 Lux erzeugt werden, dass der Kamerasensor auf seine Kosten kommt! Das scheint mit der Angabe von 498 Lumen = 0,31 lx in 200 m Entfernung gut gelingen zu können! Scheint! Aber: Wer hat das je getestet und gemessen? Das kann nicht getestet worden sein, weil es weder getestet, noch, unter Berücksichtigung falsch gewählter Termini, überhaupt gemessen werden kann! Spätestens jetzt stellt sich die folgende Frage: Welchen Nutzen kann ein Fachplaner oder ein Errichter von video- technischen Überwachungssyste men aus solchen Datenblättern ziehen, außer den, einer fulminanten ^ Fehlplanung? LightDec GmbH & Co. KG Robert- Bosch-Straße 6 SEITE 10
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung zu D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten Es leuchtet ein, dass das Reflexionsverhalten dessen, was im nächtlichen Betrieb videotechnisch überwacht werden soll, eine nicht unbeträchtliche Rolle hinsichtlich des zu erwartenden Ergebnisses spielt. Beispiel 1: Niemand wird bestreiten, dass hier eine sehr gut ausgeleuchtete Szene gezeigt wird. Eingesetzt wurden hier eine 3 MPix-Kompaktkamera und ein 850nm--LED-Spot mit einer Leistungsaufnahme von 70 Watt, dessen interne Netzteile einen Wirkungsgrad von 0,95 bis 0,97 aufweisen. Nun stelle man sich einfach vor, das Gebäude wäre nicht vorhanden, stattdessen breite sich die Wiese aus, ein paar Bäume und Busche drin. Sind noch Fragen? Vermutlich nicht! Eine Erklärung dazu: Die starke Reflexion des Gebäudes sorgt natürlich dafür, dass die Blende des Objektiv auf kleinere Öffnung regelt, bzw. die AGC nach geringerer Verstärkung. Stünde die starke Reflexion nicht zur Verfügung, wäre dies nicht der Fall, was dann zwar die Bildhelligkeit wieder erhöhte, damit aber auch das Bildrauschen verstärkte, was schon für sich betrachtet die Detailauflösung sehr beeinträchtigte. Gleichzeitig wird auch die Objektivblende nach größerer Blendenöffnung regeln, was die Bildschärfe zusätzlich, durch Verringerung der Schärfentiefe, negativ beeinflussen würde. SEITE 11
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung zu D) Fortsetzung: Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten Es leuchtet ein, dass das Reflexionsverhalten dessen, was im nächtlichen Betrieb videotechnisch überwacht werden soll, eine nicht unbeträchtliche Rolle hinsichtlich des zu erwartenden Ergebnisses spielt. Beispiel 2: Dieses Beispiel zeigt was in der Beschreibung zu Beispiel 1 schon angedeutet wird: (LED-Spot 850 nm / 120 ) Die AGC regelt nach höherer Verstärkung, die Objektivblende regelt nach größerer Blendenöffnung, das Bildrauschen nimmt zu, die Detailauflösung wird schlechter. Die beiden Beispiele können unseres Erachtens das zu lösende Problem recht gut beschreiben, zeigen aber auch, dass mit pauschalen Leuchtweiten - Versprechen, auch dann nicht viel anzufangen ist, sofern sie mit dem nebenordnenden Adjektiv bis versehen werden. An dieser Stelle muss wiederholt werden, was wir als nötige Einschränkung zu Leuchtweitenangaben in Metern erachten, damit Planer und Errichter das zugrunde liegenden Problem frühzeitig erkennen können: (*1) In Abhängigkeit von der Lichtempfindlichkeit der eingesetzten CCD- oder CMOS-Megapixel-IP- Kamera, von der spektralen IR-Lichtempfindlichkeit des darin eingesetzten Sensors, von der auf die Anwendung bezogene, als wünschenswert eingestellten, maximalen Belichtungszeit, von der Lichtstärke (F) des eingesetzten Objektivs, vom Reflexionsgrad der Szene und der gewählten Einstellung der Diffusoren des eingesetzten IR-LED-Spots und von dessen Wellenlänge der maximalen Emission. (Erläuterung: Diffusoren = heute z. T. bestimmend für den Ausbreitungswinkel) SEITE 12
Welche Faktoren beeinflussen die Leuchtweiten Die passiven Faktoren. A) Grundlegende Lichtempfindlichkeit des CCD oder CMOS-Sensors C) Lichtstärke des optischen Systems (F) D) Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten E) IR-LED-Spots vs. Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung D) Fortsetzung: Reflexionsverhalten in kameraüberwachten und infrarot ausgeleuchteten Allgemeines zur Reflexion von farblich bewertungsfähigen Oberflächen: Reflexion von Farben F Reflexion von Materialien F Weiss 0.85-0.75 Silberspiegel hinter Glas 0.88-0.80 Hellgelb 0.70-0.60 Aluminium hochglänzend 0.87-0.80 Hellgrau 0.60-0.40 Papier weiss 0.80-0.70 Hellgrün 0.55-0.45 Aluminium matt 0.75-0.55 Mittelgrau 0.35-0.25 Marmor poliert 0.35-0.30 Bittelbarun 0.30-0.20 Teppich hell 0.35-0.30 Dunkelgrau und andere dunkle Farben 0.20-0.10 Holz hell 0.35-0.20 Das Reflexionsverhalten von Gegenständen, oder des Bewuchses von Gelände, weicht im infraroten Lichtspektrum von der oben gezeigten Tabelle aus zwei Gründen ab: Es geht dort um Farben und Materialien und um sichtbares Licht. Die Grafik rechts macht deutlich, dass Blattwerk von Bäumen und Sträuchern, also chlorophyllhaltiges Material, im NIR- Spektrum einen deutlich höheren Reflexionsgrad als im sichtbaren Bereich des Lichts aufweist. Belaubung wird also unter IR-Lichtbedingungen deutlich heller reflektiert und abgebildet als z. B. trockener Boden oder Wasserflächen. Im sichtbaren Bereich des Lichts verhält sich das exakt andersrum. Im infraroten Lichtspektrum, präziser als das Nahe IR-Spektrum (NIR) bezeichnet, verändert sich das Reflexionsverhalten so weitgehend, dass z. B. ein dunkelblaues Jackett aus Wolle als strahlend weiße Kellnerjacke abgebildet wird. Allerdings ist es meist so, dass kameraüberwachte Gelände nicht nur aus diesem der jenem Material bestehen. Es wird sich, so gut wie in jedem Fall, um eine Mischung aus allem zeigen. Bebauung, Fassadenanstriche, Straßen, Wege, Plätze, Bepflanzung; es wird also häufig von alldem etwas darin enthalten sein. SEITE 13
E) IR-LED-Spots vs Wärmebildkameras - nichts als nur sachunkundige Werbung Als interessante Werbestrategie für IR-LED-Spots möchten wir zum Ende unserer Ausarbeitung auf ein Fight hinweisen, den ein namhafter Hersteller von IR-LED-Spots ausgerufen hat. Es hat allerdings den Anschein, dass der Ausgang dieses Fights bereits vor Beginn der ersten Runde festgestanden hat. Zuerst hat man annehmen können, das Ganze sei irgendwie witzig gemeint, doch schnell hat sich herausgestellt: Man meint das wirklich ernst! Neben der unbestreitbaren Tatsache, dass sowohl die eine, wie auch die andere Technik Vorzüge und Nach- Teile in der Anwendung aufweist, ist zu sagen: Ein auf diese Weise durchgeführter Vergleich der Anwendung unterschiedlicher Techniken, ist aus unserer Sicht absolut unseriös. Begründung: Wärmebildkameras werden in der Videoüberwachungstechnik vorzugsweise dort eingesetzt, wo es um die Überwachung tieferer Gelände geht, wobei die Identifizierung von Personen keine Rolle spielt. Es soll in den allermeisten Fällen nur festgestellt werden, ob sich im überwachten Bereich ein Gegenstand oder ein Lebewesen - Mensch oder Tier - befindet, der/das dort nicht hingehört! Diese Aufgabe zu meistern ist der IR-Technik in vielen Fällen verwehrt. Nachbearbeitet? Beispiel: Würden die beiden oben abgebildeten Personen sich nicht im Vordergrund, sondern am oberen Bildrand, zwischen den Bäumen und Büschen befinden, könnten sie dort nicht mehr wahrgenommen werden, weil zur Reflexion des Bewuchses kein Kontrast mehr zu den Personen entstehen könnte. Erschwerend würde sich das IR-Reflexionsverhalten von chlorophyllhaltigem Material, also dem Blattwerk von Büschen und Bäumen, bemerkbar machen. Die Anwendung der Wärmebildkamera würde aber immer noch möglich machen, diese Personen zwischen ebendiesem Bewuchs so gut aufzuhellen, dass der dabei entstehende Kontrast zum Buschwerk ausreichen würde, mittels digitaler Bildauswertung eine Aufzeichnung und/oder eine Alarmierung zu starten. Was diese Bilder ebenfalls nicht zeigen: Wärmebildkameras können ihre Vorteile, die natürlich ihren Preis haben, vor allem dann ausspielen, wenn aktive Szenenausleuchtung lange schon an ihre Grenzen gekommen ist. Nicht bearbeitet! Diese sind u. a.: Schwere Nebellagen und/oder schwere Regenfälle! Wir selbst würden einen solchen Vergleich niemals anstellen, geschweige denn, ihn dann auch noch zu veröffentlichen! Schließlich würde man ja seine technische Reputation zu verlieren haben! SEITE 14