IP-Video für geringes Umgebungslicht

Sehen – auch in der Nacht

Scharfe Bilder in Farbe, wenig Rauschen, volle Bildrate in lichtarmen Situationen – was bisher nicht erreichbar schien, ist mit der neuen „Lightfinder“-Technologie von Axis möglich.

Eine Eule hat uns Menschen in puncto Nachtsicht einiges voraus: Sie nimmt auch bei Nacht kleinste Bewegungen mit beeindruckender Sicherheit wahr und überwältigt in Sekundenschnelle ihr völlig ahnungsloses Beutetier. Von solchen visuellen Fähigkeiten können wir Menschen in der Zeit zwischen Abend- und Morgendämmerung nur träumen. Vielleicht schaffen wir es gerade noch, im Dunkeln Bewegungen wahrzunehmen. Die Fähigkeit zur Erkennung von wichtigen Details wie menschlichen Gesichtern, Fahrzeugkennzeichen oder den Farben bestimmter Objekte oder von Kleidungsgegenständen sinkt jedoch mit nachlassendem Umgebungslicht schnell. Und das ist auch der Grund, warum nachts so viele Straftaten verübt werden.

Normale Überwachungskameras kommen hier schnell an ihre Grenzen, da sie ähnlich wie das menschliche Auge aufgebaut sind. Der Sensor benötigt – genau wie die Netzhaut des Menschens – eine gewisse Mindestlichtmenge, um ein Bild darstellen zu können. Über die Iris des Auges beziehungsweise die Blende der Kamera wird reguliert, wie viel Licht den Sensor/die Netzhaut erreicht. Je schwächer das Umgebungslicht, desto schlechter die erreichte Bildqualität. In den vergangenen zehn Jahren haben jedoch die Hersteller moderner Kameras bei der Entwicklung neuer Sensor-, Bildverarbeitungs- und Objektivtechnologien in diesem Zusammenhang enorme Fortschritte gemacht. Sie bieten heute Systeme an, die auch bei schwachen Lichtverhältnissen sehr gute Ergebnisse liefern.

Herkömmliche Produkte stießen bei vielen Anwendungen des professionellen Überwachungsmarktes schnell an ihre Grenzen und reichten nicht mehr aus. Eine Alternative für die zuverlässige Detektion bieten netzwerkbasierte Wärmebildkameras. Sie visualisieren die vom Objekt oder Körper abgestrahlten Wärmestrahlen, die für den Menschen nicht sichtbar sind und können damit auch in vollständiger Dunkelheit „sehen“. Wichtige Erkennungsfaktoren wie spezielle Details oder die Farben von Gegenständen lassen sich bei Nacht jedoch weder mit den IR-gestützten Überwachungs- noch mit den Wärmebildkameras erkennen.

Farben auch bei Nacht erkennen

Nicht so bei der neuesten Generation von Netzwerk-Kameras, basierend auf der sogenannten „Lightfinder“-Technologie, die zur Überwachung von Objekten in der Nacht eine ganz neue Qualitätsdimension bieten: Die Lightfinder-Technologie verbindet höchste Lichtempfindlichkeit mit verbesserter Bildverarbeitung und ermöglicht damit auch bei extrem schwach beleuchteten Umgebungen (im Bereich von etwa nur 0,05 Lux – also in stockfinsterer Nacht mit nur wenigen zur Beleuchtung genutzten Straßenlaternen) die Darstellung von beeindruckend detailreichen Bildern – in Farbe und voller Bildrate.

Jede dieser unterschiedlichen Kameratechnologien bietet bei schlechtem Umgebungslicht ganz spezifische Stärken. Wichtig ist in diesem Zusammenhang insbesondere die Kenntnis darüber, wie die verschiedenen Systeme optimal zu einer leistungsfähigen Gesamtlösung kombiniert werden können. Diese kann die Nachtsichteigenschaften einer Eule sogar noch übertreffen.

Echte Tag-/Nacht-Kameras nutzen Infrarot-Sperrfilter, die auf einer Elektromechanik aufgebracht sind, wodurch die Filterposition verändert werden kann. Am Tag ist der IR-Filter eingeschwenkt und sperrt das Spektrum oberhalb von 730 nm (Infrarotlicht), das sonst beim Auftreffen auf den Sensor die wiedergegebenen Farben der Bilder verfälschen würde. Beim Einsatz in der Nacht wird der IR-Filter automatisch weggeschwenkt, damit das infrarote Licht den Sensor erreichen kann. Dies bietet den Vorteil, dass man nun mit IR-Licht arbeiten kann, um den zu überwachenden Bereich auszuleuchten.

Außerdem wird durch das Wegschwenken des Filters die Lichtempfindlichkeit der Kamera leicht gesteigert. Aufgrund der verfälschten Farbwiedergabe schaltet das System gleichzeitig in den Schwarz-Weiß-Modus. Im Schwarz-Weiß-Betrieb kann eine echte Tag-/Nacht-Kamera bis zu einer Restlichtmenge von 0,08 Lux hochwertige Bilder erzeugen. IR-Strahler bieten – egal ob als diskrete (940 nm) oder semidiskrete Version (850 nm) – eine zusätzliche Ausleuchtung des Überwachungsbereichs. Durch IR-Strahler kann eine Tag-/Nacht-Kamera Bilder im unsichtbaren IR-Lichtspektrum liefern. Tag-/Nacht-Kameras in Kombination mit IR-Strahlern eignen sich insbesondere für sehr dunkle Umgebungen wie unbeleuchtete Lagerhalleneingänge ohne Umgebungslicht oder dunkel gelegene Büroflächen mit nur wenigen Fenstern. Und bei einem Einsatz von diskreten Strahlern sind diese Kamerasysteme mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen.

Semidiskrete Strahlertypen erzeugen allerdings ein auch für den Menschen schwach wahrnehmbares rotes Licht, das sich von einem Eindringling bei genauem Hinschauen unter Umständen entdecken lässt. Daher spricht man bei IR-Strahlern nur von einer semidiskreten Lösung. Separate IR-Strahler verteuern die installierte Überwachungslösung zudem und verbrauchen zusätzlich Energie, was sich in den Betriebskosten bemerkbar macht. Darüber hinaus ist das von solchen Kameratypen bei dunstigen oder staubigen Umgebungen erzeugte Bild genauso unklar, wie es auch das menschliche Auge wahrnehmen würde. Und da das Kamerabild nur in Schwarz-Weiß wiedergegeben wird, kann dies zu Schwierigkeiten bei der Erkennung von Personen oder Objekten führen.

Während Tag-/Nacht-Kameras zur Aufnahme von Bildern im sichtbaren Lichtspektrum zum Einsatz kommen, können Wärmebildkameras auch Wellenlängen bis weit in das Infrarotspektrum hinein erkennen. Da alle Menschen und Objekte ein gewisses Maß an Infrarotstrahlung abgeben – auch bekannt als so genannte Wärmesignatur –, können Objekte und Personen mit Wärmebildkameras unter allen Umgebungslichtsituationen detektiert werden – sei es in nebeligen, staubigen oder dunstigen Umgebungen oder bei direktem Sonnenlicht, das konventionelle Kameras typischerweise blenden würde. Eine Wärmebildkamera kann auch eine vollständig weiß gekleidete Person inmitten einer vollständig weißen Schneelandschaft sicher als Silhouette darstellen.

Da sie Wärmesignaturen aufspüren und selbst in totaler Finsternis Personen und Objekte detektieren können, eignen sich Wärmebildkameras gut zur Überwachung von Hafenanlagen, Kraftwerken, Tunneln oder Gleisanlagen – ihre erweiterten Detektionsfunktionen können das vor Ort befindliche Sicherheitspersonal dabei unterstützen, etwaige Eindringlinge oder gefährdete Personen schnell zu detektieren und somit Verbrechen, Unfällen oder anderen schwerwiegenden Ereignissen vorzubeugen.

Wärmebildkameras liefern keine forensischen oder gesichtsspezifischen Details, was eine Identifikationen von Personen unmöglich macht. Dunst oder Staub können die von Menschen oder Objekten ausgehenden Wärmesignaturen dämpfen und somit die Detektion aus großen Distanzen erschweren. Darüber hinaus können Nebel, Schnee und Regen ihre Reichweite verringern. Bestimmte Materialien wie Beton, Marmor und Asphalt reflektieren Phantombilder, während andere wie Glas den Einsatz einer Wärmebildkamera ganz und gar unmöglich machen können. Und: Genau wie Tag-/Nacht-Kameras geben Wärmebildkameras nicht die realen Farben einer aufgenommenen Szene wieder – die Bilder werden in Schwarz-Weiß oder in einer falschen Farbdarstellung geliefert. Letzteres soll dem Betrachter eine bessere Visualisierung bieten.

Während sich spätestens seit dem Oscar-prämierten Kassenschlager „The Artist“ Schwarz-Weiß-Filme gerade bei den Cineasten besonderer Beliebtheit erfreuen, ist bei hochwertigen Überwachungslösungen eine Farbwiedergabe der aufgenommenen Bilder unverzichtbar – die Darstellung der Farben lässt die jeweilige Szenerie gerade bei Aufnahmen in der Nacht wesentlich realer erscheinen, als ein Schwarz-Weiß-Bild dies erreichen könnte. Die Kamerahersteller haben diesem Trend mit der Entwicklung einer neuen Technologie mit ultralichtempfindlichen Bildsensoren und besonders lichtstarken Objektiven Rechnung getragen.

Quantensprung

Unter dem treffenden Namen „Lightfinder” nutzt diese Technologie die Kombination aus lichtstarkem Objektiv, Hochleistungssensor und dem besonders leistungsfähigen Bildverarbeitungschip einer Netzwerk-Kamera, um das vorhandene Licht einer Aufnahmesituation zu erfassen, intern aufzubereiten und im Anschluss ein hochwertiges Bild bzw. einen Videostream zu liefern. Das Ergebnis sind lebensechte, detailreiche Videobilder sowohl bei Nacht als auch in direktem Sonnenlicht.

Vergleich einer herkömmlichen Tag/Nacht-Netzwerkkamera (links) mit einer Lightfinder-Netzwerkkamera von Axis (rechts) bei gleichen Lichtbedingungen. (Bild: Axis)

Wer diese Bilder und den damit verbundenen Quantensprung in puncto Wiedergabetreue zum ersten Mal sieht, ist begeistert. Mit einer konventionellen Überwachungskamera bei Nacht aufgenommene Bilder sind schwarz-weiß, verrauscht und werden mit einer Bildrate von lediglich fünf Bildern pro Sekunde geliefert (Bild links). Dieselben Szenen aufgenommen mit einer hochwertigen Netzwerkkamera mit Lightfinder-Technologie erscheinen dagegen in Farbe, rauschfrei und mit einer Bildrate von 30 Bildern pro Sekunde (Bild rechts). Dies zeigt deutlich die Performance dieser Netzwerk-Kamera basierend auf moderner Bildsensortechnologie und der von Axis entwickelten Lightfinder-Technologie.

Bei der Aufnahme dieser Bilder kamen keinerlei Kunstlichtquellen, IR-Strahler oder irgendwelche Videotricks zum Einsatz – im Gegenteil, die Szene wurde um 23 Uhr in fast stockfinsterer Nacht aufgenommen. Dennoch erscheint die Person mit der orangefarbenen Jacke auf dem rechten Bild so klar wie bei einer Tagesaufnahme. Erkennbare und in Farbe wiedergegebene Details wie diese können dabei helfen, die Identität des Mannes zu bestimmen oder gegebenenfalls einen Sicherheitsalarm auszulösen.

Bevorzugte Einsatzgebiete

Lightfinder-Kameras sind eine Überwachungslösung erster Wahl, wenn es darum geht, bei geringem oder fast nicht vorhandenem Umgebungslicht reale Farben und andere forensische Details wiederzugeben. Mit dieser IP-Technologie lässt sich beispielsweise die Identität von Personen trotz geringer Umgebungsbeleuchtung bestimmen. Transportbetreiber können damit Tunnel und entlegene Gleisstrecken sicher überwachen. Und Diebe, die nachts eine unbesetzte Baustelle für einen schnellen Beutezug heimsuchen, werden detailreich und in Farbe aufgenommen.

Einsatzbeschränkungen: Anders als eine Wärmebildkamera benötigt eine mit Lightfinder-Technologie ausgerüstete Kamera ein gewisses Restmaß an Umgebungslicht. Unterhalb einer Mindest-Luxgrenze schaltet sie automatisch auf den Schwarz-Weiß-Modus um und funktioniert dann wie eine herkömmliche Tag-/Nacht-Kamera (mit Infrarot-Sperrfilter), wobei das Umschalten bei einem weitaus geringeren Beleuchtungsniveau erfolgt, als bei herkömmlichen Tag-/Nacht-Kameras. Eine Lightfinder-Kamera liefert also bei extrem niedrigem Licht noch bestechend detailgetreue Bilder in Farbe und dies bei 30 Bildern pro Sekunde. Damit stehen dem Sicherheitspersonal bisher nicht da gewesene Möglichkeiten zur Identifizierung zur Verfügung.

Mit den hier vorgestellten Lösungen verfügen Sicherheitsmitarbeiter über eine breite Palette an hochwertigen Netzwerk-Kameras zur Detektion und Erkennung – und das sogar bei vollständiger Dunkelheit. Zur Auswahl stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Kameratypen zur Dokumentation von Vorfällen innerhalb des gesamten sichtbaren Spektrums mit der jeweils erforderlichen forensischen Detailtiefe.

Gleichzeitig ist es mit dieser Technologie möglich, zwischen Objekten wie beispielsweise einem heruntergefallenen Ast und einer Person zu unterscheiden, um damit einen falschen Alarm auszuschließen. Sollte die Wärmebildkamera einen menschlichen Eindringling zeigen, kann im Anschluss die Lightfinder-Technologie aktiviert werden, um wichtige Anhaltspunkte und erkennungsrelevante forensische Details zu sichern.

Jörg Rech, Team Leader Training Middle Europe bei der Axis Communications

Informationen zu Preisen und Verfügbarkeit erhalten Sie bei Ihrem Axis Vertriebspartner: ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH