Come impostare la velocità dell'otturatore per una chiara acquisizione della targa a lunga distanza?

Ho passato settimane a cercare di leggere le targhe dalle riprese della mia telecamera PTZ. Ogni fotogramma era sfocato. Il problema non era l'obiettivo. Era la velocità dell'otturatore.

Per catturare chiaramente le targhe a lunga distanza, impostare un tempo di posa compreso tra 1/500s e 1/2000s. I veicoli più veloci richiedono tempi di posa più rapidi. A 60 mph, utilizzare almeno 1/1000s - 1/2000s. Abbinare un'illuminazione IR adeguata e un guadagno controllato per mantenere l'immagine sufficientemente luminosa per il riconoscimento.

Velocità dell'otturatore della telecamera PTZ per l'acquisizione della targa

Di seguito, spiego le impostazioni esatte dell'otturatore per le diverse velocità, come gestire i fari notturni, come utilizzare la modalità a priorità di otturatore e come automatizzare l'intero processo. Se vi occupate di progetti LPR, questa guida vi risparmierà ore di tentativi ed errori.

Qual è la velocità minima dell'otturatore necessaria per bloccare un veicolo in movimento a 60 miglia orarie?

Una volta ho consegnato un progetto di monitoraggio autostradale. Il cliente mi chiamò il giorno dopo. Ogni singola lastra era una macchia bianca. Avevo lasciato la fotocamera su “Auto”.

A 60 mph, un veicolo si muove di circa 88 piedi al secondo. Per congelare la targa, è necessario un tempo di posa di almeno 1/1000 di secondo. Per ottenere risultati migliori a lunga distanza con un teleobiettivo, utilizzare 1/2000 o addirittura 1/4000.

Impostazione della velocità dell'otturatore per la targa del veicolo a 60 mph

Perché la sfocatura da movimento distrugge le targhe?

Ecco i semplici calcoli. Un'auto a 60 miglia orarie percorre circa 26,8 metri al secondo. Se la velocità dell'otturatore è di 1/100s, l'auto si sposta di circa 26 centimetri durante quel singolo fotogramma. Questo è sufficiente per imbrattare ogni carattere della targa in un pasticcio illeggibile. Le lettere si sovrappongono. I numeri si confondono. Nessun software può risolvere questo problema.

L'obiettivo è semplice. Si vuole che l'auto si muova meno di un pixel durante l'esposizione. Quando si utilizza uno zoom lungo a 200 metri di distanza, un pixel copre un'area molto piccola. Quindi l'otturatore deve essere molto veloce.

Riferimento della velocità dell'otturatore in base alla velocità del veicolo

Uso questa tabella come punto di partenza per ogni progetto LPR. Poi la perfeziono in loco.

Velocità del veicolo	Otturatore consigliato (diurno)	Otturatore consigliato (notturno con IR)
Parcheggio / Cancello (0-15 mph)	1/250s - 1/500s	1/250s - 1/500s
Strada urbana (20-35 mph)	1/500s - 1/1000s	≥ 1/500s
Autostrada urbana (35-50 mph)	1/1000s	1/500s - 1/1000s
Autostrada / superstrada (oltre 60 mph)	1/1000s - 1/2000s	1/1000s - 1/2000s

La regola della densità dei pixel

Il congelamento del movimento è solo metà del lavoro. Ricordo sempre ai miei clienti che la lastra deve essere sufficientemente grande nell'inquadratura. Per un riconoscimento affidabile, sono necessari almeno 100 pixel su tutta la larghezza della lastra. Da 120 a 150 pixel è ancora meglio.

Ciò significa che è necessario utilizzare uno zoom ottico sufficiente. Una telecamera PTZ con zoom 38X o 40X può mettere a fuoco una lastra da oltre 100 metri di distanza. Ma se non si utilizza uno zoom sufficiente, la targa sarà minuscola. Anche con zero sfocature di movimento, i caratteri saranno troppo piccoli per qualsiasi Software LPR ¹ da leggere.

Quindi l'ordine corretto è: prima, zoomare finché la targa non riempie abbastanza l'inquadratura. Quindi, impostare la velocità dell'otturatore in base alla velocità del veicolo. Non invertire l'ordine.

Cosa succede se si va troppo veloci?

Se si spinge l'otturatore a 1/4000 di secondo, il tempo di esposizione è estremamente breve. La luce che raggiunge il sensore è minima. L'immagine diventa scura. Nelle sezioni che seguono viene illustrato come risolvere questo problema. Ma il punto chiave è: iniziare sempre con la velocità dell'otturatore che corrisponde alla velocità del veicolo desiderata, quindi risolvere il problema della luminosità separatamente.

Come posso evitare che i fari sovraespongano la targa di notte?

Ho riscontrato questo problema in quasi tutte le installazioni LPR notturne a cui ho lavorato. L'area della targa diventa un rettangolo bianco brillante. I fari oscurano tutto.

Attivare la funzione HLC (High Light Compensation) sulla telecamera PTZ. L'HLC sopprime il bagliore dei fari e rivela i dettagli della targa. Combinando l'HLC con una velocità dell'otturatore da 1/500s a 1/2000s, un'illuminazione IR adeguata e un guadagno controllato, si ottengono targhe leggibili di notte.

Soppressione dei fari HLC per l'acquisizione notturna della targa

Perché i fari rovinano le targhe?

I moderni fari a LED sono estremamente luminosi. Quando un'auto si dirige verso la telecamera di notte, i fari creano un'enorme esplosione di luce intorno alla parte anteriore del veicolo. Il sensore della telecamera viene inondato di luce in quell'area. La targa, che si trova proprio tra o sotto i fari, si perde nel bagliore.

Non è un problema di messa a fuoco. Non è un problema di risoluzione. È un problema di gamma dinamica. I fari sono migliaia di volte più luminosi della superficie della targa. Senza un intervento, l'esposizione automatica della fotocamera cerca di bilanciare l'intera scena e l'area della targa diventa completamente bianca.

I tre strumenti necessari di notte

Configuro sempre queste tre impostazioni insieme per qualsiasi implementazione LPR notturna:

1. HLC (High Light Compensation)

L'HLC è diverso dal WDR. Il WDR cerca di bilanciare l'intera scena. L'HLC mira specificamente ai punti più luminosi dell'inquadratura e li sopprime. Scurisce l'area dei fari in modo da rendere visibile la targa dietro di essi. La maggior parte delle telecamere PTZ di produttori cinesi supporta l'HLC. Cercatelo nelle impostazioni dell'immagine o nel menu dell'esposizione.

2. Illuminazione IR esterna

I LED IR integrati nella maggior parte delle telecamere PTZ coprono circa 30-50 metri. Per l'acquisizione di lastre a lunga distanza, a 80 o 100 metri, non sono sufficienti. Consiglio sempre di aggiungere un illuminatore IR esterno ². Una luce IR a fascio stretto puntata sulla zona di acquisizione si rifletterà sul rivestimento retroriflettente della lastra e farà risaltare chiaramente i caratteri.

3. Controllo del guadagno

Quando l'otturatore è veloce e fuori è buio, la fotocamera cerca di aumentare il guadagno (ISO) per schiarire l'immagine. Un guadagno eccessivo aggiunge rumore. Il rumore distrugge i bordi nitidi dei caratteri della lastra. Mantengo il guadagno al di sotto dei 20-30 dB. Se l'immagine è ancora troppo scura a quel livello di guadagno, aggiungo altra luce esterna invece di aumentare il guadagno.

Riferimento rapido alle impostazioni notturne

Impostazione	Valore consigliato	Perché
Velocità dell'otturatore	1/500s - 1/2000s (in base alla velocità)	Congelare il piatto, senza sfocature
HLC	ON	Soppressione dell'abbagliamento dei fari
WDR	Spento di notte	Il WDR aggiunge rumore in condizioni di scarsa illuminazione
Guadagno / AGC	≤ 20-30 dB	Mantenere il rumore basso, proteggere i bordi dei caratteri
Illuminazione IR	Esterno, a fascio stretto	Illuminare il piatto a distanza
Apertura	Apertura massima (F1.0 - F1.2)	Fate entrare più luce possibile

Un errore comune che vedo

Molti integratori attivano il WDR di notte pensando che sia utile. Secondo la mia esperienza, il WDR in condizioni di scarsa illuminazione aumenta il rumore dell'immagine. La telecamera miscela più esposizioni e questo processo amplifica il rumore nelle aree scure. Per l'LPR notturno, disattivo il WDR e mi affido a HLC e IR forte. I risultati sono molto più puliti.

La telecamera PTZ supporta la modalità “priorità dell'otturatore” per un riconoscimento coerente della targa?

Ricevo spesso questa domanda da integratori abituati a lavorare con telecamere LPR fisse. Vogliono sapere se una telecamera a sfera PTZ può fare lo stesso lavoro. La risposta breve ha sorpreso molti di loro.

Sì, la maggior parte delle telecamere PTZ professionali supporta la modalità a priorità di otturatore. In questa modalità, si blocca la velocità dell'otturatore a un valore fisso, come 1/1000s. La telecamera regola poi automaticamente il guadagno e il diaframma per mantenere la luminosità. Questa è la modalità migliore per catturare le targhe in modo coerente.

Modalità di priorità dell'otturatore della telecamera PTZ per LPR

Come funziona la priorità dell'otturatore in una telecamera PTZ

Quando si imposta la modalità di esposizione su “Priorità otturatore”, si dice alla fotocamera una cosa: non cambiare mai la velocità dell'otturatore. La fotocamera obbedirà. Se la scena diventa più scura, aprirà l'apertura del diaframma. Se l'apertura è già al massimo, aumenterà il guadagno. Ma l'otturatore rimane bloccato.

Questo è esattamente ciò che si desidera per l'LPR. L'effetto mosso è il nemico principale. Bloccando l'otturatore, si elimina il rischio che la fotocamera rallenti l'otturatore in una giornata nuvolosa o al crepuscolo, dando luogo a lastre sfocate.

Dove trovare questa impostazione

Nella maggior parte delle telecamere PTZ di produzione cinese, compresi i modelli che produciamo noi di Loyalty-Secu, la modalità di esposizione si trova nell'interfaccia Web alla voce Impostazioni immagine > Esposizione. Le opzioni di solito includono:

• Auto - La telecamera controlla tutto. Un problema per l'LPR.
• Manuale - Si controllano otturatore, guadagno e iride. Controllo completo, ma richiede una maggiore configurazione.
• Priorità otturatore - Si blocca l'otturatore. La fotocamera gestisce il resto. Ideale per LPR.
• Priorità Iris - Si blocca l'apertura. Non è utile per l'acquisizione di lastre.

Consiglio sempre la priorità dell'otturatore come punto di partenza. Se il cliente vuole il pieno controllo, va bene anche la modalità manuale. Ma non lasciate mai la modalità Auto per nessuna applicazione LPR.

E le posizioni preimpostate?

Ecco un dettaglio che a molti sfugge. Una telecamera PTZ può memorizzare diverse impostazioni di esposizione per diverse posizioni preimpostate. Ciò significa che è possibile avere una preimpostazione rivolta all'ingresso del parcheggio con un otturatore di 1/500s e un'altra rivolta alla corsia autostradale con un otturatore di 1/2000s. Ogni preselezione richiama le proprie impostazioni di immagine quando viene attivata.

Questa funzione è molto potente per i progetti in cui un PTZ copre più zone di acquisizione. Uso questa funzione in quasi tutti i progetti. Si imposta la preimpostazione, si blocca lo zoom, si blocca la messa a fuoco e si blocca l'otturatore. Quando la telecamera si sposta su quella preimpostazione, tutto si carica automaticamente.

La messa a fuoco manuale è fondamentale a lunga distanza

A livelli di zoom elevati, come 30X o 38X, la profondità di campo diventa molto ridotta. La messa a fuoco automatica può andare avanti e indietro e mancare completamente la lastra. Passo sempre alla messa a fuoco manuale per le preimpostazioni LPR. Ecco il mio procedimento:

1. Spostare il PTZ nella posizione preimpostata per l'acquisizione.
2. Ingrandire fino alla distanza di destinazione.
3. Aspettate che passi un veicolo.
4. Utilizza la regolazione fine della messa a fuoco attraverso l'interfaccia Web.
5. Bloccare la messa a fuoco.

Questa operazione richiede alcuni minuti, ma consente di evitare innumerevoli targhe mancanti. Ho visto l'autofocus fallire proprio nel momento peggiore: quando passa un camion e la fotocamera rimette a fuoco il cassone del camion invece della targa.

È possibile automatizzare la modifica della velocità dell'otturatore in base all'ora del giorno?

Gestisco diversi siti remoti alimentati a energia solare per i miei clienti. Non posso inviare un tecnico a modificare le impostazioni ogni mattina e sera. Ho bisogno che la telecamera cambi le impostazioni da sola.

Sì, la maggior parte delle telecamere PTZ professionali supporta i profili programmati o la commutazione della configurazione giorno/notte. È possibile impostare un profilo di esposizione per le ore diurne con un otturatore di 1/1000s e WDR attivato, e un profilo diverso per le ore notturne con un otturatore di 1/2000s, HLC attivato e WDR disattivato. La fotocamera cambia automaticamente in base all'ora o al livello di luce.

Programmazione automatica della velocità dell'otturatore giorno e notte per la telecamera PTZ

Perché servono due profili diversi

Il giorno e la notte sono due ambienti di illuminazione completamente diversi. Le impostazioni che funzionano perfettamente a mezzogiorno falliscono a mezzanotte. E le impostazioni che funzionano a mezzanotte sovraesporranno l'immagine a mezzogiorno. Non è possibile utilizzare un'unica impostazione per entrambi.

Di giorno c'è molta luce. Un otturatore veloce di 1/1000 funziona facilmente. Il WDR aiuta a bilanciare le ombre e il cielo luminoso. Il guadagno rimane basso. L'immagine è pulita e nitida.

Di notte, tutto cambia. La luce diminuisce drasticamente. È ancora necessario un otturatore veloce per i veicoli in movimento. Ma ora è necessario l'HLC per combattere i fari. Il WDR dovrebbe essere disattivato perché aggiunge rumore. Il guadagno sarà più alto. Le luci IR devono essere accese.

Impostazione dei profili pianificati

Ecco come configuro di solito una telecamera PTZ per un cliente come David, che ha bisogno di un sistema LPR affidabile 24 ore su 24:

Profilo diurno (6:00 AM - 6:00 PM)

• Modalità di esposizione: Priorità otturatore
• Velocità dell'otturatore: 1/1000s
• WDR: ON
• HLC: OFF
• Limite di guadagno: 15 dB max
• IR: OFF

Profilo notturno (6:00 PM - 6:00 AM)

• Modalità di esposizione: Priorità otturatore
• Velocità dell'otturatore: 1/2000s
• WDR: OFF
• HLC: ON
• Limite di guadagno: 25 dB max
• IR: ON (interno + esterno se necessario)
• Apertura: Apertura massima

Il percorso esatto del menu dipende dal modello di telecamera. Nelle nostre telecamere PTZ Loyalty-Secu, il percorso si trova alla voce Sistema > Pianificazione > Profilo immagine. Si seleziona l'intervallo di tempo e si assegna a ciascun periodo una configurazione di immagine salvata.

Regolazione remota su 4G

Molti dei miei clienti installano telecamere PTZ su pali a energia solare in aree remote. Si collegano attraverso 4G LTE ³. Ecco alcune cose che dico a tutti i clienti sulla sintonizzazione a distanza:

• Non cercate di guardare un video in diretta e di regolare le impostazioni allo stesso tempo tramite la rete 4G. La latenza lo rende frustrante. Piuttosto, regolate le impostazioni, salvatele e poi controllate un clip registrato in un secondo momento.
• Utilizzare la funzione di scatto. Scattare un'istantanea durante il passaggio del veicolo e scaricare il JPEG. Controllare se la targa è leggibile. In questo modo si consuma molta meno larghezza di banda rispetto allo streaming in diretta.
• Se il sito presenta velocità di traffico molto diverse in orari diversi (come una zona scolastica), si può pensare di creare tre profili invece di due: mattina di punta, mezzogiorno e sera.

Riepilogo della configurazione giorno/notte

Parametro	Impostazione diurna	Impostazione notturna
Velocità dell'otturatore	1/1000s	1/2000s
WDR	ON	SPENTO
HLC	SPENTO	ON
Limite di guadagno	≤ 15 dB	≤ 25 dB
Luce IR	SPENTO	ON
Apertura	Auto	Apertura massima (F1.0-F1.2)

Un consiglio per i siti solari 4G

Nelle installazioni a energia solare, ogni watt è importante. Gli illuminatori IR esterni assorbono energia. Consiglio sempre di utilizzare un timer o una fotocellula per accendere l'illuminatore IR esterno solo di notte. In questo modo si risparmia la batteria e si prolunga il tempo di attività del sistema. Il profilo programmato della telecamera gestisce già le impostazioni dell'immagine. Per l'illuminatore a infrarossi è sufficiente un semplice trigger di accensione e spegnimento sincronizzato con la stessa pianificazione.

Conclusione

Bloccate la velocità dell'otturatore, aggiungete un'illuminazione adeguata e utilizzate i profili programmati. Questi tre passaggi vi consentiranno di ottenere dalla vostra telecamera PTZ immagini pulite e leggibili giorno e notte.

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1. Software e algoritmi di riconoscimento automatico delle targhe. ︎ 2. Tipi di illuminatori a infrarossi per la sorveglianza notturna. ︎ 3. Latenza della rete 4G LTE per la regolazione della telecamera in remoto. ︎ 4. Requisiti dello zoom ottico per la densità di pixel della targa. ︎ 5. Compensazione delle alte luci (HLC) per la soppressione dei fari. ︎ 6. Impostazioni di guadagno e ISO per l'acquisizione LPR a basso rumore. ︎ 7. Priorità dell'otturatore vs esposizione manuale per l'inseguimento di veicoli. ︎ 8. Configurazione della posizione preimpostata PTZ per più zone LPR. ︎ 9. Profondità di campo con zoom elevato per la messa a fuoco della targa. ︎ 10. Programmazione del profilo immagine giorno/notte per le telecamere PTZ. ︎