טכנולוגיית השנה לשנת 2022

אתגרים מבצעיים של צילום בצבע במתארים של תאורה מוגבלת

כמדי שנה אנו בוחרים בטכנולוגיה פורצת דרך. הפעם בחרו כתבי מצודה טק בטכנולוגיה חדשנית המאפשרת צילום בצבע בתנאי תאורה נמוכים. בכתבה זו ננסה להאיר על טכנולוגיה זו ועל תרומתה הצפויה לעולמות המודיעין והאבטחה.

מאת: אופיר תבור

בעבר היינו רגילים למצלמות אנלוגיות שבתנאי תאורה טובה סיפקו איכות גבוהה של צילום. בחלוף השנים והמעבר למצלמות דיגיטליות, החלו היצרניות להשתמש בחיישנים מסוג אחר (CMOS) בעלי יכולות נוספות אך עדיין לא סיפקו מענה לבעיית צבע בצילומי לילה/תאורה מוגבלת.
מתארי המודיעין והאבטחה עשו ועושים שימוש רב במצלמות דיגיטליות כאשר במירב המקרים המענה לצילום לילה/תאורה חלשה היה שימוש בתאורת IR, שלצערנו לא נותנת מענה לצבע אלא רק ליכולת "להאיר" שטח ולצלם באיכות גבוהה את האירוע.
ישנם מתארים בהם לצבע חשיבות רבה ביכולת הפענוח של המתאר. לדוגמא, קבלת צבעי הביגוד של אובייקט והיכולת להבדיל בין לובש מדים לאזרח מן השורה או כאשר רוצים לדעת את צבע הרכב המצולם לצורך איתורו. ישנם מספר פרמטרים שתורמים לאיכות ביצועים בתאורה נמוכה של מצלמה: גודל פיקסל, יחס אות לרעש (SNR), צמצם העדשה, רגישות חיישן והעדשה עצמה.
גודל פיקסל
גודל פיקסלים הוא המימד הפיזי של פיקסל בודד בחיישן התמונה. הפיקסלים הם סוג של משטחים שאוספים פוטונים, וגודל הפיקסלים מתייחס למימד של משטח ריבועי זה. גודל הפיקסלים בחיישנים עם ביצועי תאורה נמוכים הוא בד"כ 3 מיקרומטר או יותר. ככל שהמשטח גדול יותר, מספר הפוטונים הנאספים גבוה יותר, ומכאן שביצועי המצלמה יהיו טובים יותר בסביבת תאורה חלשה. זה הופך את גודל הפיקסלים לאחד הגורמים הקריטיים ביותר ליישומי תאורה חלשה.
יחס אות לרעש (SNR)
יחס אות רעש, במילים פשוטות מתייחס ליחס בין כמות האות (נתוני תמונה חוקיים) לרעש (נתוני תמונה לא חוקיים) בתמונה. יחס אות לרעש גבוה יותר מעיד על פחות רעש. מצלמת "תאורה נמוכה" מגיעה עם היכולת למזער את רכיבי הרעש כדי להשיג יחס אות לרעש גבוה יותר ובכך לייצר תמונות באיכות טובה.
צמצם
צמצם העדשה קובע את כמות האור והפוטונים הנופלים על החיישן. כדי לצלם תמונות בתנאי תאורה נמוכים, מומלץ שילוב צמצם עדשה גדול שמאפשר ליותר פוטונים להגיע לחיישן. עם זאת, הגדלת צמצם העדשה מפחיתה את עומק השדה של המצלמה.
רְגִישׁוּת חיישן
רגישות היא אינדיקטור ליכולתו של חיישן תמונה להמיר אנרגיית פוטון לאותות חשמליים. מצלמות בעלות רגישות גבוהה מאפשרות המרה יעילה של תמונות באור נמוך לפלטים איכותיים, מה שהופך אותה לתכונה בלתי נמנעת עבור מצלמות באור נמוך.

העדשה
מצלמות גם צריכות להשתמש בעדשות באיכות גבוהה באמצעות זכוכית בפיזור נמוך במיוחד (UD). UD מסמן צעד עצום קדימה בטכנולוגיית העדשות, שכן היא מפחיתה את פגמי הצבע, ממזערת טשטוש בשולי התמונות ומפצה על כל אסטיגמציה בעדשה.

פיתוחים מתקדמים לעתיד

עדשות באיכות גבוהה ופיתוחים בטכנולוגיית UD כבר דוחפים את הפיתוח של אור נמוך קדימה, אבל עדיין יש מקום לשיפור.
רגישויות החיישנים יגדלו, מה שייקח את ביצועי האור הנמוך לרמות חדשות – ואנו נראה את המוצרים ברזולוציה הגבוהה של המחר מספקים את ביצועי האור הנמוכים שאנו רואים כיום ממצלמות ברזולוציה נמוכה יותר, הוצאת צבע בטווחים בינוניים וארוכים.
כיום ישנם כבר מספר חברות שמוכרות מצלמות עם יכולת צילום צבע בתאורה נמוכה, אנליטיקות, צילום ב-180 מעלות ועוד כדוגמת חברת HIKVISION עם יכולות K4 (להמחשת צילום צבע בתאורה נמוכה ראה תמונות מטה.
שימושים מתקדמים ועתידיים בעולמות האבטחה
יכולות אלו של צילום בתאורות נמוכות ועוד (מצלמות עם אנליטיקה מובנית, צילום 360 מעלות) יובילו לרמות ביצועים מתקדמות בתחום המודיעין – עיקוב אחר אובייקטים, אבטחה וביטחון – בשילוב עולמות האוטונומיה והרובוטיקה יביאו את התחום לרמות אחרות לחלוטין עם אוטומציה, כמעט מלאה, החל מרגע קרות אירוע וזיהויו ועד לתפעול האירוע בהקפצת רחפנים, כוחות ביטחון וליווי האירוע עד לסיומו בצורה זו או אחרת.

הכותב הינו יועץ מומחה בתחומי האבטחה וטכנולוגיות מבצעיות מתקדמות. בהשכלתו מהנדס מכונות ובעל תואר שני במנהל עסקים. שירת כשני עשורים במשרד רוה"מ בתפקידי שטח מבצעיים ויישום טכנולוגיות.