Strona główna Bezpieczne miasto Więcej światła… a może mniej, czyli o oświetleniu planu. Cz. 2

Więcej światła… a może mniej, czyli o oświetleniu planu. Cz. 2

UDOSTĘPNIJ

Maciej Grzondkowski


Projektowanie oświetlenia jest procesem twórczym – od projektanta wymaga nie tylko doskonałej wiedzy teoretycznej i praktycznej, ale też tzw. wyczucia światła. Wydawałoby się, że dla instalatora systemów telewizji dozorowej to zdecydowanie łatwiejsze zadanie niż dla projektanta oświetlenia. Już w czasie montażu widzi plan okiem kamery i może szybko skorygować ewentualne błędy oraz wyeliminować problemy.
Dlaczego w takim razie systemy CCTV tak rzadko dobrze współpracują z oświetleniem na planie?

Nie ma wprawdzie podręczników ani norm opisujących prawidłowe parametry i zasady projektowania oświetlenia planu obserwacyjnego dla systemów CCTV, ale w większości przypadków można skorzystać z norm i wymagań dotyczących projektowania oświetlenia wnętrz oraz terenów zewnętrznych przebywania ludzi (np. PN-EN 12464-1:2012 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy). Warto pamiętać, że kamera CCTV jest takim samym obserwatorem, jak człowiek. I tak samo będzie odczuwać komfort lub dyskomfort, obserwując dany plan. Jeśli będzie zbyt ciemny, z pewnością nie odtworzy wszystkich istotnych szczegółów. Będzie też miała duże problemy we właściwym odwzorowaniu wszystkich detali obrazu, gdy plan będzie zbyt kontrastowy.

Wydaje się to oczywiste, ale większość projektantów i instalatorów zapomina o tym, budując systemy niemające szans na prawidłowe funkcjonowanie. Podobnym problemem jest pasywne podejście do zastanego oświetlenia planu. Wielu instalatorów nie podejmuje żadnych prób naprawy, a jedynie liczy na to, że kamera sobie poradzi. Bardzo często wystarczyłoby tylko przesunąć, dołożyć lub zmienić oprawę oświetleniową, aby plan stał się czytelny. Czynność zazwyczaj prosta i mało kosztowna.

Jeżeli zadbał o to fachowiec i system oświetlenia został zaprojektowany i wykonany zgodnie z zasadami, to projektantom systemu telewizji dozorowej zostaje jedynie prawidłowe rozmieszczenie kamer. Ale wiele kamer jest montowanych w miejscach, gdzie oświetlenia brak lub nie spełnia żadnych norm i kryteriów. Wtedy wiedza projektantów może sprawić, że nie będą się wstydzić swojej pracy.

Zwróćmy zatem uwagę na kilka kluczowych zasad, których spełnienie jest niezbędne, by zainstalowany system CCTV funkcjonował zdecydowanie lepiej, a obserwator nie miał problemu z wychwyceniem istotnych szczegółów na uzyskanym obrazie. Wbrew utartym schematom o jakości oświetlenia nie decyduje „ilość światła”, lecz szereg innych parametrów i cech funkcjonalnych. Można je sklasyfikować wg następującej listy, zaczynając od najistotniejszych.

Równomierność oświetlenia (oznaczana literą d) na planie wyznacza się jako iloraz najmniejszej wartości natężenia oświetlenia występującego na danej płaszczyźnie (Emin) do średniego natężenia oświetlenia na tej płaszczyźnie (Eśr),
czyli  d = Emin/Eśr,
gdzie:
Eśr = (E1 + E2 + …+ En) / n
n – liczba punktów, w których wykonujemy pomiar;
E1 ÷ En – wyniki w kolejnych punktach.

Polska norma jednoznacznie określa, że w pomieszczeniu, w którym jest wykonywana praca ciągła, wartość d nie może być mniejsza niż 0,65; w miejscach, gdzie wykonuje się pracę dorywczą, nie może to być wartość poniżej 0,4. Dla oświetlenia zewnętrznego, np. ulic, ten współczynnik jest mniejszy, ale nawet dla ulic o niskim ruchu nie powinien spadać poniżej 0,3. Warto zaopatrzyć się w prosty luksomierz, przejść po jakimkolwiek planie, na którym pracują kamery, i sprawdzić, jak to jest w rzeczywistości. Bardzo duże nierównomierności oświetlenia planu obserwacyjnego powodują, że bardzo często jest on czarną plamą z kilkoma jasnymi punktami w postaci latarni (fot. 1, 2 i 3).

Fot. 1. Oświetlenie nierównomierne, duży kontrast na planie, fragment ze słońcem prześwietlony
Fot. 2. Wyrównane poziomy oświetlenia, dobra czytelność detali
Fot. 3. Oświetlenie nierównomierne, brak oświetlenia ulic, dodatkowo zastosowana lampa rtęciowa o niskim współczynniku oddawania barwy

Rozkład luminancji w polu widzenia to kolejny niezwykle ważny czynnik wpływający pośrednio, ale w bardzo istotny sposób na jakość widzenia. Dobre praktyki projektowania oraz normy zalecają stosowanie „złotej zasady” – 10/3/1, gdzie 10 jest wartością luminancji w obszarze pracy, 3 – w jej najbliższym otoczeniu, 1 – w tle. Są to proporcje idealne, trudne do spełnienia. Dlatego zakłada się możliwość zwiększenia kontrastu, ale nie więcej niż 10 /1.

Dobrze czujemy się w pomieszczeniach, gdzie zastosowano tę zasadę, i ściany i sufity są dobrze oświetlone. Dla kamer również będzie zdecydowanie lepiej, gdy oświetlenie istotnego fragmentu planu (np. promiennikiem podczerwieni zabudowanym w kamerze) nie będzie jedynym oświetlonym elementem sceny. Pozostałe również powinny być oświetlone.

Producenci kamer, zdając sobie sprawę z bardzo często występującego problemu wysokiej nierównomierności oświetlenia, wbudowują do współczesnych kamer funkcję WDR pozwalającą na wyeliminowanie problemu bardzo kontrastowego planu (jednoczesne ciemne i bardzo jasne elementy w obrazie). Ta funkcja ma jednak ograniczenia, a ponadto sprawdza się tylko wtedy, gdy oświetlenie jest na niezłym poziomie (dzień lub jasne pomieszczenie). W warunkach nocnych funkcja WDR nie działa, a wręcz przeszkadza.

Olśnienie. Ten parametr niezwykle istotnie wpływa na wygodę widzenia. Występuje, gdy na planie są nadmiernie jaskrawe obiekty lub bardzo duże różnice luminancji między jasnymi a ciemnymi fragmentami sceny. Dzielimy na olśnienie przykre (przeszkadzające) i odbiciowe. W przypadku projektowania oświetlenia należy precyzyjnie wyliczać jego wartość i zdecydowanie przeciwdziałać olśnieniom, stosując odpowiednie oprawy oświetleniowe, osłony przeciwolśnieniowe lub zmieniając kierunki świecenia źródeł światła. Efekt olśnienia może powstać nie tylko na skutek bezpośredniego świecenia źródła światła, ale również w wyniku jego odbicia od takich elementów, jak szyba, gładki blat biurka czy mokry asfalt.

Fot. 4. Olśnienie przeszkadzające, brak szczegółów w cieniu
Fot. 5. Olśnienie przeszkadzające, odbicie od mokrej nawierzchni

Dla systemów telewizji dozorowej olśnienie jest równie „przeszkadzające”. Wiele przykładów z życia ukazuje, że może zniweczyć pracę doświadczonego instalatora i skutecznie zakłócić obraz nawet z najlepszej kamery.
Każda z osób projektujących i instalujących system CCTV spotkała się nieraz w swojej karierze z przypadkiem, gdy kamera została „oślepiona”, np. przez oprawę uliczną (fot. 4) lub reflektory pojazdu wjeżdżającego na stację benzynową (fot. 5). Powoduje to później mnóstwo problemów. Najczęściej występującym jest korekta ekspozycji, jaką wykonuje automatyka „oślepionej” kamery. Efektem jest mocne przyciemnienie obrazu i pełna utrata szczegółów na scenie.

Jednak olśnienia można najczęściej bardzo łatwo ograniczyć. Wystarczy zmiana oprawy oświetleniowej, jej miejsca montażu lub założenie osłony na lampie (często wystarczy zwykła czarna nalepka lub zamalowanie fragmentu klosza). Warto również rozważyć opcję przesunięcia lub zmiany kierunku patrzenia kamery. Wszystkie te czynności są zazwyczaj proste i tanie do wykonania, dlatego dziwi fakt, że tak niewielu instalatorów je wykorzystuje.

Natężenie oświetlenia. Parametr ten został dokładnie opisany w pierwszej części artykułu („a&s Polska” 5/2017). Zwracam uwagę, że pojawia się dopiero jako czwarty z kolei. Niestety przez wiele osób jest traktowany jako najważniejszy albo wręcz jedyny opisujący oświetlenie na płaszczyźnie planu obserwacyjnego.

Natężenie oświetlenia jest wielkością fotometryczną opisującą czułość kamer. Warto wspomnieć o bardzo często popełnianym błędzie podczas projektowania systemu dozoru wizyjnego. Wiele osób zapomina, że kamera „widzi” nie ilość światła padającego na powierzchnię (to właśnie natężenie oświetlenia), ale światło odbite. A jak wiadomo, ilość światła odbitego zależy od współczynnika odbicia sceny. Dla białej ściany będzie to ponad 90%, dla asfaltu – zaledwie kilka procent. Dlatego po zmroku zarówno my, jak i kamera zdecydowanie dalej widzimy jasne elementy niż czarne mimo tej samej ilości światła na planie. Pamiętajmy o tym.

Oddawanie barwy. Charakteryzowaliśmy ten parametr w poprzednim artykule. Za czasów telewizji czarno-białej nie miał on żadnego znaczenia. Obecnie, kiedy 100% systemów wykorzystuje wysokiej jakości kamery kolorowe, należy o nim pamiętać i brać pod uwagę, aby uzyskany obraz nie odbiegał od rzeczywistego. Niejednokrotnie spotykałem przypadki, kiedy szukano osoby z nagrania ubranej w odzież o zupełnie innym kolorze, niż okazywało się na żywo. Przypomnijmy sobie również fatalnej jakości nagrania z ulic polskich miast, gdzie z powodu stosowania lamp sodowych o żółtej barwie (mających bardzo niski współczynnik oddawania barw) wierne rozpoznanie koloru pojazdu lub ubrania poszukiwanej osoby graniczy z cudem (fot. 6).

Fot. 6. Lampy sodowe o bardzo niskim współczynniku oddawania barwy, brak informacji o kolorach

Temperatura barwowa źródła światła. Podobnie jak oddawanie barw, to parametr obecnie istotny i zauważany przez użytkowników i operatorów. Źle dobrany sprawi podobne problemy, jak wyżej opisane.

Tętnienie światła. Efekt jest związany ze zmianami strumienia świetlnego emitowanego przez źródło światła wraz ze zmianą prądu przemiennego, od wartości minimalnej do maksymalnej. Powoduje pogorszenie jakości obserwacji i migotanie. Obecnie mniej istotny parametr ze względu na wykorzystywanie źródeł światła zasilanych prądem stałym, np. popularnych lamp LED. Ale warto o nim pamiętać, gdyż wiele instalacji nadal korzysta ze zwykłych świetlówek i lamp wyładowczych, takich jak lampy sodowe lub rtęciowe, które generują ww. tętnienia. Niektóre modele kamer w funkcjach konfiguracyjnych nadal mają opcje przełączania pracy migawki z częstotliwości 50 Hz na 60 Hz, aby eliminować efekt migotania.

Podsumowując, instalator systemów dozorowych to nie tylko osoba od instalacji kamer, ale również oświetleniowiec planu filmowego.
Kwestie oświetleniowe – właściwy dobór opraw oświetleniowych, ich rozmieszczenia w stosunku do miejsc montażu punktów kamerowych – zawsze powinny być brane pod uwagę i traktowane na równi z doborem kątów widzenia obiektywu, rozdzielczością punktu kamerowego czy warunków identyfikacji obiektu.
W kolejnym artykule omówimy problemy powstające przy projektowaniu i instalowaniu oświetlaczy podczerwieni w systemach dozoru wizyjnego.

Maciej Grzondkowski
W branży security od ponad 17 lat, związany przede wszystkim z systemami wizyjnymi. Wdrożył wiele produktów i linii produktowych na rynek krajowy. Krzewi dobre zasady projektowania oświetlenia w systemach telewizji dozorowej.