Технология STARVIS в видео камерах ComOnyX.

  Новая технология SONY STARVIS на чипе IMX290 была широко представлена в России на выставке Mips/Securica-2016. Однако выставочные условия не позволяли на первый взгляд определить серьезной разницы с другой новинкой SONY- CMOS из серии Exmor на чипе IMX322.

 Сегодня 2Мп IP-камеры являются уже отработанным и принятым решением на рынке безопасности. Однако вопрос о необходимости технологии Starvis данному сегменту по-прежнему остается открытым, так как практических материалов и исследований на эту тему на русском языке почти нет. 
В открытом доступе находятся статьи в виде переведенной официальной информации с сайта производителя. В неизменном виде повторяются и результаты «тестов».

Между тем, CMOS сенсор IMX290 обновился версией IMX291, а IMX322 получил замену в виде IMX323.

Тестирование.

В 2017 году в линейку оборудования ComOnyX были добавлены IP-камеры с технологией Starvis. Сотрудниками технической службы компании был проведен сравнительный анализ различных технологий, чтобы показать своим клиентам все их преимущества и недостатки.

В тестировании приняли участие Starvis-новинка CO-i20SY2IRP(HD5) и классическая модель CO-i20SY2IRP(HD2), которая до сих пор является лидером продаж ComOnyX в больших проектах.
За два года IP-камеры серии HD2 прошли большой путь оптимизации работы всех модулей камеры - от оптики до программного управления шумоподавления.
Большинство наработок использованы в IP-камерах серии HD5, поэтому предполагается идентичность кожуха, оптики, работу Убираемого ИК-фильтра и схожие алгоритмы программного ядра.
Это позволит оценить изменения связанные со сменой набора чипов CMOS+DSP от Sony.

Тесты в условиях дневной освещенности не проводились, так как данный режим не предъявляет высоких требований к чипам современных 2Мп IP-камер и поэтому является не показательным.

   Тест 1 – работа в ночном режиме в офисном помещении 10х10 метров.
ИК-подсветка во включенном состоянии, камера работает в режиме "Ночь". 
Формат 1920х1080, H.264, 6Мбит CBR. 
Оценивается уровень контрастности по тестовым таблицам размера А4, фактически оценивается количество деталей видимых в кадре.
Оценивается уровень освещенности – равномерность освещенности кадра и степень освещенности.
Оценивается уровень шумов – качество работы алгоритмов шумоподавления 3DNR / 2DNR.

Изображение с классической камеры:

Изображение, передаваемое Starvis-новинкой:

Видео, использованное в Тест1 можно посмотреть на страницах камер портала comonyx.com и по ссылке youtube:

CO-i20SY2IRP(HD2)

CO-i20SY2IRP(HD5)

     Выводы:
Обе модели не допустили засветок областей, хорошая работа фильтра ИК-коррекции, не замечено серьезных искажений деталей потока H.264.
Уровень контрастности классической модели выше, что хорошо видно по тестовым таблицам, несмотря на то, что по освещенности кадра новинка лучше (в кадре почти не остается темных зон). При этом уровень «шарпинга» (оконтуривания) практически идентичен. 
Освещенность изображения у новинки выше благодаря высокой светосиле CMOS и улучшенной по углу и силе LED подсветки. 
А вот с показанным уровнем шумов новинке еще предстоит долгий путь оптимизации, старая модель, отшлифованная за два года работ, явно выигрывает.
Итог: со счетом 2-1 этот раунд выигрывает классическое отработанное решение.

     Тест 2 – работа в Ч/Б режиме в ночных уличных условиях. 
ИК-подсветка во включенном состоянии, камера работает в режиме "Ночь".  
Формат 1920х1080, H.264, 6Мбит CBR.
Камера захватывает участки разной освещенности, дальность до объектов от 25 до 100м.
Оценивается уровень контрастности по деталям объектов расположенных на различном расстоянии.
Оценивается уровень освещенности – равномерность освещенности, отсутствие затемненных зон в кадре.
Оценивается уровень шумов – качество работы алгоритмов шумоподавления 3DNR / 2DNR на объектах различной удаленности.

Тест классической камеры:

Тест камеры Starvis:

Выводы:
По уровню освещенности кадра камера Starvis серьезно опережает своего предшественника. Если в ближней зоне (25-30м) классическая камера еще способна составить конкуренцию, благодаря помощи ИК-прожектора и свету от окон здания, то в зоне с остаточной городской освещенностью от 70 до100м (за забором на ЖД-участке путей) уже явно сказывается более широкий динамический диапазон и высокая светосила новинки. 
Зону кадра от 70 до 100м классическая камера не способна  «вытянуть» с хорошей освещенностью. 
При этом обе камеры не допускают явных затемненных зон в кадре, даже в сложных участках, таких как зона между сходящимися заборами в 50м от камеры. 
По уровню шумов на расстоянии 30м – Starvis-камера имеет меньше шумов, но классическая лучше выделяет детали (шарпинг), и за счет этого классическая модель выдает лучшую детализацию.
По уровню шумов на расстоянии 50м можно сказать, что камеры примерно равны, но на классическую камеру влияет низкая освещенность зоны, поэтому алгоритм шумоподавления «размывает» изображение т.к. ему сложнее ухватиться за детали объектов.
По уровню шумов в зоне 100м – классическая камера выдает уровень шумов, серьезно превышающий приемлемый уровень, видны шумовые искажения и артефакты. 
На кадре Starvis-камеры видна пикселизация изображения, однако, эта  пикселизация не столь велика, чтобы произошла потеря контуров объектов. 
Уровень контрастности классической камеры на участке, удаленном на 30м, немного выше.
Уровень контрастности на расстоянии 50м – классическая камера «потеряла» часть объектов, таких как колючая проволока над забором и прорези в плите забора. 
На изображении Starvis камеры все объекты на расстоянии 50м сохранены.
Участок на расстоянии 100м по параметру уровень контрастности – классической камерой показан с потерей детализации объектов, остался только серый фон объектов.  
Starvis камера сохранила объекты на изображении.

Итог: 3 - 1 в пользу Starvis-решения. Классическая камера продемонстрировала сходный уровень качества только на ближнем расстоянии.

     Тест 3 – работа в цветном режиме в ночных уличных условиях.
ИК-подсветка выключена, камера переведена в режим «День». 
Формат 1920х1080, H.264, 6Мбит CBR. 
Камера захватывает участки разной освещенности, дальность до объектов от 25 до 100м.

Оценивается уровень контрастности по деталям объектов, расположенных на различном расстоянии.
Оценивается уровень освещенности – равномерность освещенности, отсутствие затемненных зон в кадре.
Оценивается уровень шумов – качество работы алгоритмов шумоподавления 3DNR / 2DNR на объектах различной удаленности.
Оценивается качество цветопередачи – корректность цветов объектов, равномерность цветов объектов в кадре, насыщенность цветопередачи.

Тест классической камеры:

Тест камеры Starvis:

Выводы:
Уровень освещенности кадра камеры Starvis серьезно выше классической камеры в зонах любой удаленности
Уровень шумов Starvis-решения на объектах любой удаленности существенно ниже, чем у обычной камеры. 
Шумы изображения классической камеры приемлемы в зоне 30м, но на расстоянии 50м и выше шумы очень существенно влияют на картинку, в дальней зоне кадра (100м) шумы настолько сильны, что разрушают детализацию объектов.
Уровень контрастности у решений сравним на ближнем расстоянии (30м). 
На расстоянии 50м классическая камера показывает близкий к Starvis уровень, но только на хорошо освещенных участках. 
На удалении 100м от контрастности классической камеры ничего не остается, только серые контуры объектов. 
При этом Starvis-решение продолжает демонстрировать высокий уровень контрастности.
По качеству цветопередачи решение Starvis выше по всем показателям, а цветовая насыщенность выше во всех зонах кадра. 
По параметру корректности цветопередачи видно, что классическое решение добавляет в цвета объектов серые и коричневые тона, заметно, что в зоне 30м почти не остается синего цвета, а в зоне 50м красный цвет почти перешел в коричневый, зона же 100м стала серо-коричневой.
Итог: 4 - 1 в пользу Starvis-решения. Один балл стандартная камера получает за саму возможность работы в цветном режиме в ночных уличных условиях.

Ролики, представленные в тесте 2 и 3, можно посмотреть на youtube:

CO-i20SY2IRP(HD2)

CO-i20SY2IRP(HD5)

     Заключение.
И в заключение необходимо упомянуть в каких именно технических заданиях камеры с подобной технологией смогут оправдать свои затраты.

     Первое – Не стоит рассчитывать, что технология Starvis позволит камере успешно работать в полной темноте в цветном режиме (без ИК-подсветки).
Результат будет немногим отличаться от обычного 2Мп решения, и будет примерно таким же как данный кадр, снятый в офисе ночью при зашторенных окнах, т.е. при минимальном уровне освещенности:

     Второе – Использование камеры Starvis в качестве охранной камеры в помещении так же не имеет особого смысла при условиях небольших расстояний и достаточности ИК-подсветки. (см. Тест1)

     Третье – В режиме уличной камеры с небольшим обзором (например, охрана площадки 25х25м), стандартная IP-камера покажет себя не хуже, а стоить будет дешевле. 
При этом решая стандартную ночную задачу «отсутствие посторонних в охраняемой зоне», в цветном изображении нет никакой необходимости. (см. Тест2)

     Четвертое – можно однозначно сказать, что камера с технологией Starvis была бы очень полезна при охране общественной территории на открытом воздухе в черте города. 
Сюда входят все круглосуточные открытые заведения, городские парки, пешеходные улицы. 
Именно в таких условиях важно различать посетителей и прочие объекты охраны по цветам в любое время дня и ночи. При этом в общественных городских местах всегда имеется минимальное освещение, которого вполне достаточно для успешной работы камеры с технологией Starvis.