חיישנים במצלמות אבטחה

חיישן תמונה – Image Sensor (Pick Up Element)

חיישן התמונה הוא רכיב אלקטרו-אופטי שתפקידו להמיר אנרגיה של אור לאנרגיה חשמלית. על משטח החיישן פרושים תאים פוטו-אלקטריים המייצרים זרם חשמלי במוצאם כפונקציה של כמות האור שפגעה בהם. ככל שמספר התאים רב יותר (פיקסלים) המרת התמונה לתמונה חשמלית תהיה מהימנה יותר עם פרטים רבים יותר.

חיישן צבעוני פועל באותה שיטה אך מחלק את האור לשלושה צבעי יסוד RGB. לפני כל תת פיקסל ניצב מסנן צבע לאחד מצבעי היסוד המאפשר להעביר רק את האור בצבע היסוד הנבחר, כלומר, תת הפיקסל יספק עתה אות דיגיטאלי המייצג את כמות האור של צבע היסוד הנבחר.

שילוב של כל שלושת צבעי היסוד מייצג את הצבע הספציפי בכל פיקסל באמצעות 24-26Bit.את הזרם החשמלי הנוצר בתא, ממירים לאות דיגיטאלי ואותו מעבירים בשיטות שונות (בהתאם לסוג החיישן) אל מעבד התמונה.

סוגי חיישנים

ככלל, שני סוגי חיישנים המשמשים לתחום הצילום הם – CMOS ו- CCD. הסוגים השונים נבדלים ביניהם בחומרים מהם הם מיושמים ובעיקר באופן איסוף המידע האופטי. אופן איסוף המידע משפיע על התמונה המצולמת בעיקר כאשר ישנה תנועה מהירה באזור המצולם. חיישן מסוג CCD אוסף את המידע כולו מהחיישן. לעומתו, חיישן מסוג CMOS מבצע סריקה של הפיקסלים מחלקו העליון של החיישן עד לחלקו התחתון. עם זאת, לרוב, לא ניתן לבחור את סוג החיישן ורובם המכריע של החיישנים נכון למועד כתיבת שורות אלו הנם מסוג CMOS.

פרמטרים של חיישן תמונה

בכל הקשור לחיישן התמונה, שני פרמטרים מרכזיים משפיעים על התמונה – גודל החיישן והרזולוציה שלו. חשוב לדעת כי קיימים עוד מגוון פרמטרים של החיישן המשפיעים על איכות התמונה וביצועי המצלמה, לדוגמא: רגישות החיישן לאור, אופן חלוקת הפיקסלים על המשטח ועוד, אך כדי לפשט את הנושא ניתן לסכם ולומר שהפרמטרים הרבים באים לידי ביטוי בביצועי מצלמה ולא ניתן לבחור כל פרמטר בנפרד. לפיכך, בחירת המצלמה תהיה בהתאם לביצועים הסופיים הנדרשים ולא לפי פרמטר ספציפי.

• גודל החיישן – גודל החיישן נמדד באינטש ובאלכסון (בדיוק כמו במסכים) כאשר הגדלים המקובלים נעים החל מ- 1/4", 1/3", 1/2.8", 1/2", 2/3", 1" ו- 4/3". ניתן לומר כי נכון להיום מרבית החיישנים הנם בין 1/3" ל- 1/2". היחס בין גובה החיישן לרוחבו משתנים ואינם נתונים במפרט המצלמה אך לרוב החיישנים הנם בעלי יחס של 9:16. גודל החיישן משפיע באופן כמעט מכריע על יכולות המצלמה וניתן להגיד כמעט באופן גורף כי ככול שהחיישן גדול יותר ביצועי המצלמה יהיו טובים יותר, בעיקר בשל הסיבות הבאות:

מנגד, חיישן גדול יותר צורך אנרגיה רבה יותר ולכן דרישות האנרגיה של מצלמות בעלות חיישן גדול יותר גבוהות יותר ויעילות פחות. בשנים האחרונות יצרנים שואפים להקטין חיישנים מבלי לפגוע באיכות הצילום על מנת להציג יעילות אנרגטית (בעיקר בפתרונות הזנה ניידים – סולארי / שבשבות).

על אף שהשפעת גודל החיישן הינה מכריעה על איכות הצילום, בעת בחירת המצלמה כמעט ולא נתייחס לגודל החיישן עצמו כפרמטר משפיע, שכן ביצועי המצלמה כמו רגישות לאור, מהירות צילום "מעניינים יותר". בחירה של האחרונים תשפיע על החיישן בו בחר מתכנן המצלמה.

• רזולוציית החיישן – רזולוציה מוגדרת ככמות הפיקסלים בשטח נתון. ככל שכמות הפיקסלים לשטח נתון גבוהה יותר, ניתן להביא לידי ביטוי פרטים רבים יותר בתמונה המצולמת וכך החיישן יכול לבטא באופן חשמלי את התמונה באופן מהימן יותר למציאות. רזולוציות נפוצות כיום הנן: 2Mp, 2.4Mp, 3Mp, 4Mp, 5Mp, 6Mp, 8Mp ו-12Mp.

רזולוציית החיישן מוצגת במגוון רחב של תצורות:

• QCIF – 176 x 144
  • CIF – 352 x 288
  • 2CIF – 704 x 288
  • DCIF – 528 x 384
  • 4CIF – 704 x 576

חישוב רזולוציית חיישן תמונה

רזולוציית החיישן נקבעת על-בסיס שני נתונים מרכזיים שהמתכנן קובע:

• מהו שטח הצילום
• מהי רמת הזיהוי הנדרשת

שני נתונים אלו פועלים ביחס ישיר לרזולוציה כלומר, ככל ששטח הצילום גדול יותר עבור אותה רמת זיהוי כמות הפיקסלים בחיישן צריכה להיות גדולה יותר. באותה מידה, ככל שרמת הזיהוי גבוהה יותר עבור אותו שטח צילום, כמות הפיקסלים

קיימים מספר מודלים בעולם המסייעים בקביעת צפיפות הפיקסלים לשטח הצילום. אחד מהם מכונה DORI בעל 4 רמות זיהוי וצפיפות פיקסלים מתאימה לכל רמת זיהוי:

Identification – זיהוי – רמת זיהוי זו מאפשרת לזהות ברמת מהימנות גבוהה פני אדם ומהווה תנאי בסיס לביצוע זיהוי פנים ברמה בסיסית. לשם קבלת רמת זיהוי זו נדרשים לא פחות מ- 200 פיקסלים לכל מטר מרוחב התמונה.

Overview – אווירה – רמת זיהוי זו מאפשרת לקבל תמונה כללית על הנעשה בשטח הצילום. לרוב ברמת זיהוי זו ניתן לראות תנועה של אובייקטים מבלי לזהותם. לשם קבלת רמת זיהוי זו נדרשים לא פחות מ- 30 פיקסלים לכל מטר מרוחב התמונה.

Detection – גילוי – רמת זיהוי זו מאפשרת לקבל פרטים עיקריים על אובייקטים בתמונה כגון פרטי לבוש, אביזרים נלווים (תיקים, כובעים וכו') מגדר, צבעים ועוד. לשם קבלת רמת זיהוי זו נדרשים לא פחות מ- 70 פיקסלים לכל מטר מרוחב התמונה.

Recognition – הכרה – רמת זיהוי זו מאפשרת לזהות פני אדם באופן שניתן יהיה להשתמש בצילום כעדות בבית דין. לשם קבלת רמת זיהוי זו נדרשים לא פחות מ- 170 פיקסלים לכל מטר מרוחב התמונה.

ביישומים ניתוח וידאו מורכבים יותר נדרשת צפיפות פיקסלים גבוהה יותר, בהתאם ליישום המתאים:

• LPR – זיהוי לוחיות רישוי – רמת זיהוי זו מאפשר לזהות מספרי רכבים (כמובן שקיימות דרישות נוספות רבות על מנת להגדיל את סיכוי הזיהוי ומהימנותו. לשם קבלת רמת זיהוי זו נדרשים כ- 350 פיקסלים לכל מטר מרוחב התמונה.
• Face Recognition – זיהוי פנים ברמה גבוהה – רמת זיהוי זו מאפשר לזהות פני אדם במהימנות גבוהה. כמובן שנדרשים תנאים נוספים רבים על מנת לשמור על רמת מהימנות גבוהה ויכולות עיבוד גבוהות מאד. לשם קבלת רמת זיהוי זו נדרשים בין 400 ל- 500 פיקסלים לכל מטר מרוחב התמונה.

לכן, כדי שהמתכנן יוכל לקבוע את רזולוציית המצלמה (ולא סתם יקבע מצלמה 4K כי זה נשמע טוב…), ראוי שהגורם שקובע את הדרישה המבצעית יקבע איזו רמת זיהוי נדרשת לטובת מימושה. תכנון אבטחה מדויק המגדיר את תנאי השטח, הדפ"אות ואת הדרישה המבצעית, יאפשר למתכנן לבחור את המצלמה המתאימה ביותר על מנת לממש את הזיהוי הנדרש.

לחיישן המצלמה השפעה מכריעה על יכולות הזיהוי הנדרשות ומנגד גם על תעבורת המידע ברשת ה

כמו תמיד – מוזמנים להתייעץ עם המומחים שלנו בכל שלב בתהליך התכנון כדי לקבל את התוצאות הטובות ביותר עבורכם!