Maciej Grzondkowski

Rozpoczynamy cykl artykułów, których celem jest ukazanie czytelnikom, że oświetlenie na planie obserwacyjnym jest niezwykle ważne i to ono w większości przypadków decyduje o jakości obrazu uzyskiwanego za pomocą systemu monitoringu wizyjnego.

Współczesne modele kamer „rozleniwiły” osoby zajmujące się instalacją i projektowaniem systemów CCTV. W zasadzie nawet tani model daje sobie radę zarówno w czasie słonecznego dnia, jak i po zmroku. Bardzo czułe przetworniki obrazu oraz dedykowane procesory wizyjne gwarantują prawidłowy, wysokiej jakości obraz. Stąd pytanie, dlaczego tak rzadko materiał nagrany przez te punkty kamerowe pozwala rozpoznać twarz, numery rejestracyjne lub inne istotne szczegóły obrazu. Moją diagnozą są niestety braki w wiedzy dotyczącej projektowania oświetlenia planu obserwacyjnego.

Zacznijmy od początku, czyli od wiedzy podstawowej opisującej środowisko oświetleniowe. Współczesna fizyka (dział fotometrii) i technika opisują światło i jego jakość, korzystając z kilku podstawowych jednostek, wielkości fizycznych i parametrów (rys. 1), które każdy branżysta powinien znać. Pierwszą jest światłość.
Światłość (natężenie strumienia źródła światła) to w fotometrii wielkość charakteryzująca wzrokowe wrażenie jasności źródła światła. Jest podstawową wielkością w fotometrii wizualnej. Jednostką światłości jest kandela, która należy do jednostek podstawowych układu jednostek SI. Światłość opisuje „energię” światła, jaka jest promieniowana przez dane źródło światła i zależy od skupienia wiązki.

Strumień świetlny to wielkość fizyczna określająca całkowitą moc światła emitowanego przez źródło światła, wywołująca określone wrażenie wzrokowe. W przeciwieństwie do światłości nie zależy od sposobu skupienia lub prowadzenia wiązki.
Strumień świetlny służy do opisania ilości światła, jaką dane źródło światła (np. żarówka) jest w stanie wyemitować. Jednostką jest lumen – parametr z pewnością znany, gdyż występuje w każdej karcie katalogowej żarówek, świetlówek, lamp typu LED lub innych źródeł światła dostępnych w handlu. Należy pamiętać, że podobnie jak dla dźwięku wrażenie wzrokowe ilości światła jest nieliniowe i np. dwukrotne zwiększenie mocy żarówki wcale nie oznacza dwukrotnie większej zauważalności ilości światła. Stąd takie a nie inne typoszeregi źródeł światła, np. żarówek: 40 W, 60 W, 75 W, gdyż oko ludzkie nie zauważyłoby w zasadzie żadnej różnicy dla żarówki o mocy np. 40 lub 48 W.
Kolejna wielkość to natężenie oświetlenia. Jest to iloraz natężenia strumienia świetlnego padającego na daną powierzchnię („gęstość” strumienia światła). Opisywane jest następującym wzorem:

Jednostką natężenia oświetlenia jest lux [lx]
Poziom natężenia oświetlenia i jego rozkład w obszarze pracy i jego otoczeniu w dużym stopniu decyduje o sprawnym wykonywaniu pracy wzrokowej. Podobnie jak w przypadku strumienia świetlnego, odczucie światła przez obserwatora nie jest liniowe, dlatego zaleca się następujące stopniowanie poziomów natężenia oświetlenia: 20-30-50-100-150-200-300-500-750-1000-1500-2000-3000-5000 lx.

Poziomy natężenia oświetlania w środowisku pracy są znormalizowane, np. według polskiej normy PN-EN 12 464-1: 2004 są następujące:
• rozpoznanie rysów twarzy – 20 lx,
• wykonywanie prostych czynności – 50 lx,
• warsztat – 200 lx,
• obsługa komputera – 500 lx,
• montaż precyzyjny, zakład jubilerski – 1000 lx.

Dla porównania kilka przykładów
• oświetlenie powierzchni Ziemi przez Księżyc w pełni – 0,2 lx,
• oświetlenie uliczne w nocy – 5–10 lx,
• zachmurzone niebo – 5000 lx,
• słoneczny letni dzień (bezchmurne niebo) – 100 000 lx.
W przypadku kamer CCTV parametr czułość jest wartością (minimalnego) natężenia oświetlenia planu obserwacyjnego.

Luminancja to kolejna, niezwykle istotna wielkość fotometryczna, która jest miarą natężenia oświetlenia padającego w danym kierunku. Określa ilość światła, które przechodzi lub jest emitowane przez daną powierzchnię, i mieści się w zadanym kącie bryłowym. Co istotne, jest to wielkość odpowiadająca wrażeniu wzrokowemu, które odbiera oko patrzące na świecącą powierzchnię, np. ekran monitora lub oświetloną ścianę. W układzie SI jednostką luminancji jest kandela na metr kwadratowy [cd/m2] (dawniej nit [nt]). Przykładowe wartości luminancji przedstawiono na rys. 2.

Z punktu widzenia branży telewizji dozorowej luminancja wydaje się bardzo przydatną wielkością fotometryczną, jednak niewielu instalatorów ma świadomość jej wagi i nie potrafi jej prawidłowo wykorzystać. Dzięki znajomości luminancji łatwiej dobrać miejsce umieszczenia punktów kamerowych lub układu planu obserwacyjnego.

Temperatura barwowa to bardzo ważny parametr, dzięki któremu projektant oświetlenia potrafi prawidłowo dobrać rodzaj źródła światła dla danego obiektu. Zgodnie z definicją to kolor „świecenia” tzw. ciała czarnego podgrzanego do danej temperatury. Temperatura barwowa jest podawana w stopniach kelwina (K). Im niższa temperatura, tym „cieplejszy” odcień, poczynając od czerwieni, kończąc na wartościach wysokich z odcieniami niebieskiego. Przykładowo temperatura barwowa żarówki halogenowej to 2600–2700 K, a lampy LED typu dziennego około 5000 K (tab. 1). Parametr obecnie bardzo popularny, jest podawany przez producentów źródeł światła, np. popularnych obecnie lamp typu LED.
Współczynnik oddawania barwy to z kolei parametr, o którym wiedzą nieliczni, a decydujący o jakości postrzegania barw przy oświetleniu danym typem źródła światła. Im współczynnik jest bliższy 100 (wartość idealna, porównywalna do postrzegania przez nas barw przy oświetleniu światłem słonecznym), tym kolor obiektów na planie jest bardziej naturalny (rys. 3, tab. 2).

Obecnie tylko lampy żarowe (czyli zwykła żarówka lub żarówka halogenowa) zbliżają się do tej wartości, pozostałe źródła światła, w tym lampy LED, świetlówki czy lampy metalohalogenkowe, nie są w stanie osiągnąć tej wartości. Stąd czasami dramatycznie różne postrzeganie pewnych kolorów, np. czerwieni na planach. Lampy typu sodowego czy rtęciowego (stosowane bardzo często do oświetlenia terenów zewnętrznych) mają bardzo niskie współczynniki oddawania barwy i w tym przypadku nie ma co liczyć, że barwa na planie postrzegana przez oko lub kamerę będzie naturalna.
W następnym wydaniu a&s Polska opiszemy projektowanie planu oświetleniowego.

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.