Pixim Seawolf
CMOS-Bildsensor von Pixim mit 17-bit Dynamik und Low-Light-Fähigkeiten
„Seawolf“ ist der neueste CMOS-Bildsensor von Pixim für alle Lichtverhältnisse, geeignet für IP- oder CCTV-Kameras und ausgestattet mit der industrieweit höchsten effektiven SD-Auflösung, dem größten Dynamikbereich sowie bester Performance bei schlechten Lichtverhältnissen zu einem Mainstream-Preis.
Optimiert für schlechte Lichtverhältnisse
Pixim stellte vor kurzem “Seawolf” vor, die weltweit erste Single-Chip-Lösung für professionelle Sicherheits-Videokameras. Erstmalig können Hersteller solcher Kameras nun anstelle komplizierter Mixed-Signal Chip-Sets einen einzelnen Chip verwenden, um Kameras für alle Lichtbedingungen zu entwickeln.
„Seawolf“ bietet eine etwa 10-fach bessere Performance unter schlechten Lichtbedingungen als die Chipsätze der letzten Generation, den industrieweit größten Dynamikbereich (WDR) sowie eine präzise Farbwiedergabe.
Mit effektiven 690 HTVL (entsprechend der HTVL-E Spezifikation) bietet der Imager die höchste nutz‑bare Auflösung für den CCTV-Anwender. Üblicherweise verlieren analoge CCD-basierende Kameras durch Aufzeichnung und Wiedergabe viel von ihrer Auflösung und damit Bildqualität. Durch die hohe Auflösung beim Seawolf-Chip hingegen können auch gängige DVRs und Anzeigegeräte die qualitativ hochwertigen Bilder speichern und darstellen.
IP-Kameras mit dem Seawolf-Chip profitieren vom globalen elektronischen Verschluss (Global Shutter), progressiver Bilderfassung und voller D1-Auflösung bei 30 Frames/s.
Vertikale Auflösung von CCD-Sensoren
Es ist wichtig, die impliziten Begrenzungen zu verstehen, die durch Bildaufnehmer mit Zeilensprungverfahren (= interlace) entstehen.
Analoge CCD-Bildsensoren, wie sie in vielen Überwachungskameras eingesetzt werden, erfassen ein Interlace-Videobild (Zeilensprungverfahren) mit einem Prozess, der Line-Pair Summation genannt wird.
Dieser verbessert zwar in geringem Umfang die Lichtempfindlichkeit und wirkt als Tiefpassfilter, hat aber den Nachteil, die effektive vertikale Auflösung um 25% zu reduzieren. Das bedeutet, dass ein CCD-Sensor mit einer vertikalen Auflösung von 480 Zeilen auf eine maximale vertikale Auflösung von 360 Zeilen reduziert wird. Schlecht für den Anwender, denn die meisten digitalen Videorekorder sind durchaus in der Lage, Videos mit 480 VTVL aufzuzeichnen.
Dagegen erhalten Bildsensoren mit progressiver Abtastung (kein Zeilensprung) wie Pixims Digital Pixel System ® die volle vertikale Auflösung.
Die Verfahren zur Erfassung eines Bildes und zur Darstellung müssen nicht zwangsläufig gleich sein. CCTV-Kameras geben das Videosignal zwar meist im Interlace-Format aus, dennoch kann der eigentliche Bildsensor progressiv arbeiten.
Zum Vergleich mit den Pixim-Sensoren wurde ein CCD-Sensor gewählt, der mit Zeilensprungverfahren arbeitet. Angegeben ist die horizontale Auflösung mit 650 HTVL, sollte also höchste Qualität bieten (dass in normalen CCTV-Systemen mehr als 540 HTVL nicht dargestellt und aufgezeichnet werden können, sei hier nur am Rande erwähnt). Zur Prüfung wurde ein Standard CCTV Test-Chart aufgenommen.
Die erzielte Auflösung wird an dem Punkt festgemacht an dem die 4 Linien als nur mehr 3 erscheinen. In diesem Fall beträgt die echte Auflösung weniger als das theoretische Limit von 360 VTVL.
Interessant auch die massiven Farbartefakte, die im Test-Chart bereits vor der 200 VTVL-Markierung entstehen. Dieser Teil des Charts ist im Original ausschließlich S/W und die „Falschfarben“ entstehen durch Abtastungsprobleme als direkte Folge der Auflösungs‑begrenzung in vertikaler Richtung.
Das 2. Bild unten, zeigt das gleiche Bild von einem Sensor mit progressiver Abtastung basierend auf der Pixim Technologie. Hier entstehen keine Farbartefakte bis zu dem Punkt des Bildmusters, an dem die Linien miteinander verschmelzen, bei etwa 460 VTVL.
- Pixim HTVL Effective Specification for CCTV Cameras
- Pixim D8800C Seawolf Digital Imaging System Product Brief
Das Konzept der „Effektiven Auflösung“
Üblicherweise wird die horizontale Auflösung in typischen CCTV-Anlagen auf einen Wert von 540 HTVL (= horizontal TV lines) beschränkt, im wesentlichen bedingt durch Limitierungen der Aufzeichnungsgeräte und Monitore.
In vertikaler Richtung unterstützen die meisten Systeme bis zu 480 VTVL, doch wird dies selten ausgenutzt. Obwohl die Auflösung in Y-Richtung einen wichtigen Beitrag zur gesamten Auflösung und damit zur Bildqualität leistet, taucht sie in einschlägiger Produktliteratur von CCTV-Kameras nur selten auf.
Es ist also angebracht, etwas wie „effektive Auflösung“ zu definieren, um damit einen qualitative Aussage über die Bildauflösung in X- und Y-Richtung in einer Zahl anzugeben.
Dies leistet die HTVL Effective oder HTLV-E Spezifikation, die eine totale Bildauflösung auf die vertikale Auflösung von Interlace-Kameras normalisiert, weil diese die am häufigsten eingesetzten Bildaufnehmertypen innerhalb der Videoüberwachung darstellen. Normalisierung bedeutet einfach das Teilen durch eine Konstante, verwendet wird hier also die übliche vertikale Auflösung von CCD-Sensoren von 360 VTVL (= vertical TV lines).
So ergibt sich folgende Formel:
HTVLEff =Total Resolution (H x V) / 360 VTVL
Der 650 HTVL-Sensors hat mit den in der Spezifikation angegebenen horizontalen Auflösung von 650 HTVL und den gemessenen 360 VTVL eine totale Bildauflösung von 234.000 Pixel (650 x 360). Setzt man die Werte in die obige Formel ein so ergibt sich eine effektive Auflösung von 650 HTVL-E.
Der progressiv aufnehmende Pixim-Sensor hat eine Gesamtauflösung von 248.400 Pixel (540 x 460) und einen Wert von 690 HTVL-E.
Mit der Spezifikation der Auflösung als Gesamt-Auflösung des Sensors erhält der Anwender eine griffigere Zahl zur Beurteilung der Qualität einer Kamera und über das Maß an Details, dass in den Aufzeichnungen zuu finden sein wird.
Angaben zur Auflösung in IP-Kameras sind in ähnlicher Weise spezifiziert, da sie die gesamte Anzahl in Pixeln spezifizierenm, die der Bildsensor erfassen kann.
Die HTVL-E Spezifikation orientiert sich ebenfalls an der gesamten Auflösung, setzt das Ganze aber in einen Wert um, der in CCTV-Kreisen geläufig ist.
Effektive Auflösung ist nutzbare Auflösung
Verbesserte Vertikalauflösung ist eine Verbesserung der effektiven Sensorauflösung und ermöglicht eine bessere Detailauflösung, also Erkennbarkeit. Gleichzeitig entstehen auf diese Weise keine Farbartefakte, die wiederum zu einer Verschleierung kleiner Strukturen führen und Aufzeichnungsdateien unnötig vergrößern.
Klassische Röhrenmonitore aber auch die neuen LCD-Monitore können die zusätzliche vertikale Auflösung darstellen, d.h. also dass sich Kameras mit diesen verbesserten Eigenschaften auch in bestehenden Installationen in verbessertem Bildmaterial darstellen.
Low-Light-Fähigkeiten
- Bildvergleich CCD- und Seawolf-Kamera unter schlechten Lichtverhältnissen
Wie schon eingangs erwähnt hat der neue Seawolf Chip D8800C eine deutlich verbesserte Lichtempfindlichkeit im Vergleich zum ältereren Orca/Orca-E. So kann er bis zu einer Beleuchtungsstärke von 0.1 lx (Lux) arbeiten, während Orca minimal 0.8 lx brauchte.Der Bildvergleich rechts, zeigt die gleiche Szenerie, aufgenommen einmal mit einem CCD-Sensor (links) und dem Pixim Seawolf (rechts) bei geringer Beleuchtung. Weitere technische Parameter der beiden Sensorgenerationen sind in der Tabelle aufgelistet.
- Gegenüberstellung des neuen Bildsensors „Seawolf“ mit dem Vorgänger „Orca“ bzw. „OrcaE"
