Flicker در دوربین مداربسته؛ چرا تصویر زیر نور LED خط‌خطی می‌شود؟
تا به حال دوربینی را دیده‌اید که در یک محیط کاملاً روشن، تصویر آن به‌صورت خطوط افقی متحرک، نوارهای روشن و تیره یا موج‌دار دیده شود؟
این مشکل معمولاً به خرابی دوربین یا سنسور مربوط نیست. در بسیاری از مواقع، عامل اصلی Flicker یا سوسو زدن منبع نور است؛ مشکلی که به‌خصوص در محیط‌هایی با چراغ‌های LED، لامپ‌های فلورسنت و برخی منابع نوری دارای PWM بیشتر دیده می‌شود.
Flicker چیست؟
Flicker به تغییرات سریع و دوره‌ای شدت نور گفته می‌شود که ممکن است با چشم انسان به‌وضوح دیده نشود، اما سنسور دوربین آن را ثبت کندFlicker. به تغییرات سریع و دوره‌ای شدت نور گفته می‌شود که ممکن است با چشم انسان به‌وضوح دیده نشود، اما سنسور دوربین آن را ثبت کند.
از طرف دیگر، سنسورهای CMOS در بسیاری از دوربین‌ها از Rolling Shutter استفاده می‌کنند؛ یعنی تمام تصویر در یک لحظه ثبت نمی‌شود، بلکه خطوط تصویر پشت سر هم خوانده می‌شوند.اگر زمان نوردهی دوربین با تغییرات نور هماهنگ نباشد، قسمت‌های مختلف تصویر شدت نور متفاوتی دریافت می‌کنند و در نتیجه این تفاوت نوری باعث ایجاد خطوط روشن و تیره و موج دار شدن تصاویر می شود.این همان چیزی است که در دوربین به‌عنوان Flicker یا Banding مشاهده می‌کنیم.
یک مثال واقعی؛ دوربین در فروشگاه لوستر
فرض کنید یک دوربین AHD در یک فروشگاه لوستر نصب شده است.
محیط کاملاً روشن است و تعداد زیادی لامپ LED و چراغ تزئینی در سقف وجود دارد. در حالت عادی تصویر دوربین خوب است، اما وقتی تصویر را روی مانیتور مشاهده می‌کنید، خطوط افقی متحرکی روی تصویر ظاهر می‌شوند و حتی ممکن است با حرکت افراد، این خطوط بیشتر به چشم بیایند.
در این شرایط ممکن است تصور کنیم:
- سنسور دوربین مشکل دارد
- برد دوربین خراب است
- کابل تصویر ایراد دارد
- منبع تغذیه نویز دارد
اما اگر مشکل فقط در همین محیط و زیر همین نور اتفاق بیفتد، یکی از اولین مواردی که باید بررسی شود Flicker ناشی از نور محیط است.
با فعال کردن Anti-Flicker و انتخاب فرکانس مناسب، مثلاً 50Hz در محیط‌های برق 50Hz، دوربین می‌تواند زمان نوردهی را با شرایط نور هماهنگ‌تر کند و خطوط تصویر تا حد زیادی کاهش پیدا کنند.
Anti-Flicker چگونه مشکل را کاهش می‌دهد؟
قابلیت Anti-Flicker برای کاهش اثر سوسو زدن منابع نوری طراحی شده است.دوربین با تنظیم زمان نوردهی یا Shutter تلاش می‌کند تصویری ثبت کند که تغییرات دوره‌ای نور تأثیر کمتری روی آن داشته باشد.
به همین دلیل در بسیاری از دوربین‌ها گزینه‌هایی مانند 50Hz- 60Hz- Outdoor- Auto دیده می‌شود.
برای مثال، اگر دوربین در محیطی با برق 50Hz نصب شده باشد، انتخاب 50Hz معمولاً انتخاب مناسب‌تری است.در محیط‌های 60Hz نیز گزینه 60Hz مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چرا فقط روشن بودن Anti-Flicker همیشه کافی نیست؟
اینجا یک نکته مهم وجود دارد؛همه منابع نوری رفتار یکسانی ندارند.
یک لامپ LED ممکن است از PWM (Pulse Width Modulation) برای کنترل شدت نور استفاده کند. در این حالت، نور می‌تواند با فرکانسی بسیار بالاتر از فرکانس برق شهر تغییر کند.بنابراین ممکن است حتی با فعال بودن Anti-Flicker، مقداری Banding همچنان در تصویر باقی بماند.
در چنین شرایطی باید موارد دیگری مانندShutter Speed - Gain - Exposure Modeو نوع منبع نور نیز بررسی شوند.
تفاوت Flicker، Banding و Anti-Flicker
Flicker: سوسو زدن یا تغییر دوره‌ای شدت نور.
Banding: خطوط یا نوارهای روشن و تیره‌ای که در تصویر دوربین به دلیل عدم هماهنگی نور و فرآیند ثبت تصویر ایجاد می‌شوند.
Anti-Flicker: قابلیتی در دوربین برای کاهش اثر Flicker و در نتیجه کاهش Banding ناشی از منابع نور مصنوعی.
یک مثال دیگر؛ پارکینگ با چراغ‌های LED
فرض کنید چند دوربین در یک پارکینگ نصب شده‌اند. در طول روز تصویر کاملاً طبیعی است، اما شب هنگام روشن شدن چراغ‌های LED سقفی، روی تصویر بعضی دوربین‌ها نوارهای افقی ایجاد می‌شود.اگر همه دوربین‌ها از یک نوع باشند اما فقط دوربین‌های نزدیک به چراغ‌های خاص دچار مشکل شوند، احتمال دارد مشکل از نوع و فرکانس عملکرد همان چراغ‌ها باشد، نه از خود دوربین.در این حالت می‌توان ابتدا:
1. Anti-Flicker را فعال کرد.
2. فرکانس 50Hz یا 60Hz مناسب محیط را انتخاب کرد.
3. Shutter را بررسی کرد.
4. Gain را در صورت نیاز تنظیم کرد.
5. منبع نور مشکل‌دار را با یک چراغ LED با کیفیت‌تر آزمایش کرد.
گاهی تعویض منبع نور، مؤثرتر از تغییر تنظیمات دوربین است.
رابطه Flicker با Shutter Speed
یکی از مهم‌ترین تنظیمات مؤثر بر این مشکل Shutter Speed است.اگر Shutter بیش از حد سریع یا نامتناسب با فرکانس منبع نور انتخاب شود، دوربین ممکن است بخش متفاوتی از سیکل نور را در خطوط مختلف تصویر ثبت کند. برای همین در محیط‌های حساس به Flicker، انتخاب Shutter مناسب اهمیت زیادی دارد.
به‌عنوان مثال، در سیستم‌های 50Hzمعمولاً زمان‌های نوردهی مرتبط با 50/1 یا 100/1 ثانیه می‌توانند در کاهش اثر Flicker مؤثر باشند؛ البته مقدار دقیق به طراحی دوربین، منبع نور و الگوریتم Exposure بستگی دارد.بنابراین نباید یک عدد ثابت را برای تمام دوربین‌ها و تمام چراغ‌ها به‌عنوان راه‌حل قطعی در نظر گرفت.
چگونه مشکل Flicker را عیب‌یابی کنیم؟
اگر خطوط افقی یا نوارهای متحرک روی تصویر مشاهده کردید، این مراحل را بررسی کنید:
1. منبع نور را بررسی کنیدببینید مشکل فقط زیر یک نوع چراغ اتفاق می‌افتد یا خیر.
2. Anti-Flicker را بررسی کنید50Hz و 60Hz را متناسب با سیستم برق محیط امتحان کنید.
3. Shutter را بررسی کنیددر صورت امکان، Shutter را به‌صورت دستی آزمایش کنید.
4. Gain را بررسی کنیدGain بالا می‌تواند نویز و مشکلات تصویری را تشدید کند.
5. نوع چراغ را بررسی کنیدبرخی LEDها به دلیل PWM می‌توانند Flicker بیشتری ایجاد کنند.
6. دوربین را در محیط دیگری آزمایش کنیداگر دوربین در محیط دیگری کاملاً سالم است، احتمال اینکه مشکل از نور محیط باشد افزایش پیدا می‌کند.
جمع‌بندی
Flicker یکی از مشکلاتی است که ممکن است حتی در یک دوربین سالم و در یک محیط کاملاً روشن ظاهر شود. ترکیب منبع نور ناپایدار + Rolling Shutter + تنظیم نامناسب Exposure/Shutter می‌تواند باعث ایجاد خطوط و نوارهای متحرک در تصویر شود.
قابلیت Anti-Flicker با هماهنگ‌تر کردن فرآیند نوردهی دوربین با فرکانس منبع نور، می‌تواند این مشکل را کاهش دهد؛ اما در مورد برخی چراغ‌های LED و منابع نوری مبتنی بر PWM، ممکن است تنظیمات بیشتری لازم باشد.بنابراین هنگام نصب دوربین در محیط‌هایی مانند فروشگاه‌های لوستر، سالن‌های تجاری، پارکینگ‌ها و کارخانه‌ها، نوع نور محیط نیز به اندازه مشخصات خود دوربین اهمیت دارد.یک دوربین با سنسور و پردازنده قدرتمند، اگر در کنار یک منبع نور نامناسب و با تنظیمات نادرست Exposure نصب شود، همچنان می‌تواند تصویر نامطلوبی ارائه دهد.