Diskret und clever

Sobald es dunkel wird, nimmt die Detailauflösung und Schärfeleistung von Überwachungs-kameras ohne zusätzliche Beleuchtung meist rapide ab. Schnell können dann Nummernschilder oder Gesichter nicht mehr richtig erkannt werden. Um dem Problem auf eine unauffällige Weise zu begegnen, hat sich seit geraumer Zeit die Ausleuchtung mit Infrarotlicht etabliert. Es ist unsichtbar für das menschliche Auge, aber sehr gut von Kameras wahrnehmbar. Sie liefern so auch in anscheinend völliger Dunkelheit klare Schwarzweißbilder, die sich gut auswerten lassen.

Die Ausleuchtung mit Infrarot bringt jedoch auch einige Tücken mit sich. So müssen die IR-Strahler genau an das Sichtfeld der Kamera angepasst werden, damit sie effektiv arbeiten können. Geschieht dies nicht mit der nötigen Sorgfalt, können Nebeneffekte wie „Hot-Spotting“ – also überstrahlte, komplett weiße Bereiche – oder dunkle Bildränder und -ecken auftreten. Besonders schwierig wird das Kalibrieren mit Variofokal-Objektiven, bei denen sich der Bildausschnitt verändern lässt. Ebenfalls problematisch sind sich nähernde Objekte oder Personen, die schnell überstrahlen können, wenn sie zu nahe an den Kamerastandort herankommen.

Um diese Einschränkungen und Probleme der IR-Beleuchtung abzufedern oder ganz zu vermeiden, wurde die adaptive – sprich: anpassungsfähige – IR-Technik entwickelt. Im Gegensatz zu statischer IR-Beleuchtung, reagiert sie dynamisch und passt die Ausleuchtung der Szene und den Objekten an. Das von Avigilon angebotene System etwa verbindet gleich mehrere veränderliche Kriterien, um je nach Bildinhalt stets die bestmögliche Qualität zu erzielen.

Die Funktion „Zoom Adaptive“ fokussiert den IR-Strahl so, dass er genau zum Sichtfeld der Kamera passt. So wird eine bestmögliche Ausleuchtung aller Bereiche bei jeder Zoom-Einstellung erreicht. Die „Content Adaptive“-Funktion richtet sich nach dem Bildinhalt. Sie optimiert die Kameraeinstellungen auf Basis von Veränderungen im überwachten Bereich. So kann größtmögliche Detailauflösung erreicht werden. Hierfür werden zwei Methoden angewandt: „Oversaturation Detection“ und „Ignoring Background Oversaturation“. Erstere erkennt, sobald ein Objekt oder Bildbereich überstrahlt, und regelt entsprechend nach. So wird Bewegungsunschärfe reduziert und eine bessere Erkennung von beispielsweise Nummernschildern gewährleistet. Die zweite Methode erkennt überstrahlte Bereiche im weniger wichtigen Hintergrund und ignoriert diese, falls weiter vorne wichtige Objekte erkannt werden, die es bestmöglich abzubilden gilt.

Das Problem des Überstrahlens wird durch die verschiedenen Reflexionseigenschaften von Materialien verstärkt. So haben etwa Nummernschilder oder Sicherheitswesten hochreflektive Eigenschaften, die schnell zu Überstrahlen führen können. Kameras ohne adaptive IR-Technik würden die Bildeinstellungen auf Basis des Mittelwerts vornehmen, was angesichts überwiegend sehr dunkler Bildpartien zu massiven Detailverlusten bei den hellen Bereichen führt.

Mit adaptiver IR-Technik wird die Kamera das Bild hingegen intelligent auswerten und auf Basis der relativen Größe der überstrahlenden Objekte eine Neujustierung vornehmen. In der Folge wird das Überstrahlen ganz gezielt beseitigt. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn sich Objekte oder Personen nah an die Kameras heran bewegen. Überstrahlen, das jedoch von Autoscheinwerfern oder Laternen verursacht wird, ignoriert das System, so dass der restliche Bildinhalt nicht beeinträchtigt wird.

Es gibt zwei herkömmliche Arten, um Überstrahlen auszugleichen, die beide gewisse Stärken und Schwächen haben. Der erste Weg ist die Verminderung der IR-Strahlerleistung. Dies ist ein recht effektiver Weg, da höchstwahrscheinlich die IR-Beleuchtung für die zu hellen Partien verantwortlich ist.

Der zweite Weg führt über die Anpassung der Kameraeinstellung, genauer gesagt über die Veränderung der Belichtungszeit. So wird ein generell schwächer belichtetes Bild am Sensor abgegriffen, was das Überstrahlen ebenso eliminiert. Wichtig dabei ist jedoch, dass beide Wege zu einem generell dunkleren Bild führen – nur mit unterschiedlichen Effekten.

Avigilon nutzt in seiner Technik letztere Variante, weil in der Regel nahe Objekte wichtiger sind als weiter entfernte. Die kürzeren Belichtungszeiten führen zu schärferen und weniger verwischten Bildern, so dass sich bewegte Objekte besser und Nummernschilder besser erkennen lassen. In letzterem Fall kommt hinzu, dass sich das Kennzeichen im Gegenlicht der beiden Autoscheinwerfer befindet. Durch die kräftige IR-Ausleuchtung aus der Gegenrichtung wird es erhellt und anschließend die Belichtung des Sensor optimiert. Durch die Kombination dieser cleveren IR-Funktionen ermöglicht es Avigilon, auch unter wechselnden und schwierigen Bedingungen stets eine bestmögliche Ausleuchtung bei Nacht zu erhalten, ohne auf wesentliche Bilddetails verzichten zu müssen.