Integration von WDR-Technik in Überwachungskameras

Das menschliche Auge kann Gegenstände nicht nur bei strahlendem Sonnenschein sehen, sondern durchaus auch im schwachen Licht des nächtlichen Sternenhimmels: Man spricht deshalb von einem hohen ­Dynamikbereich des menschlichen Sehsinnes. Diesen hohen Dynamik­bereich bei Verwendung elektronischer Geräte - wie etwa einer ­Videokamera - vollständig nachzuahmen und zu erhalten, ist allerdings technisch nicht ganz ohne Anspruch. Ein Überblick am Beispiel der Videokameras von Vivotek.

Was das menschliche Auge spielend beherrscht, ist für Kameras eine enorme Herausforderung. Die bildtechnische Antwort darauf besteht in der Entwicklung intelligenter Algorithmen, die diese Fähigkeit unserer Augen anzunähern versucht: Bei Kameras bezeichnet man diese Technologie als „erweiterten Dynamikbereich" oder „Wide Dynamic Range" (WDR). Die WDR-Funktion ­überzeugt auch dann mit hoher Bildqualität, wenn es innerhalb des Kamerasichtfeldes gleichzeitig sehr helle und äußerst dunkle Bereiche gibt. Durch den erweiterten Dynamikbereich kann die Kamera nämlich sogenannte kontrastreiche Szenen einfangen, so dass die Details ­aller Bereiche im endgültigen Standbild deutlich sichtbar sind.

WDR-Anwendungen bei Überwachungssystemen
WDR-Kameras sind vor allem im Rahmen von Überwachungssystemen sehr nützlich. Wenn ein Gegenstand oder eine Person bei Standorten mit intensivem Gegenlicht auftaucht, (z. B. bei hellem Sonnenschein oder wenn sich etwas oder jemand nachts direkt vor einer künstlichen Lichtquelle befindet) sorgt die WDR-Technik für eine detailgetreue Videoaufnahme. Solche Kameras empfehlen sich nicht nur für den Außenbereich, sondern auch für den Einsatz im Inneren von Gebäuden, wo die Beleuchtung dazu führen kann, dass dunkle Ecken entstehen. Gebräuchlich sind nun zwei verschiedene WDR-Systeme: Das so­genannte Tone-Mapping und das Multi-Bildformat. Bei dem Überwachungsanlagen-Hersteller Vivotek heißen sie beispielsweise WDR Enhanced und WDR Pro.

Tone Mapping
Die Tone Mapping-Technologie „WDR Enhanced" verwendet der Hersteller bei einigen Kameras seiner Supreme-Reihe. Sie funktioniert so, dass der Dynamikbereich des Gesamtbildes reduziert und gleichzeitig der Kontrast des Bildes beibehalten wird. Die Technik erhöht das Kon­trastverhältnis der aufgenommenen Szene also nicht wirklich. Es stützt sich vielmehr auf Erfahrungswerte darüber, wie das menschliche Auge und die Sehrinde tatsächlich wahrnehmen - so bekommt man ein Ergebnis, das dem von Menschen gesehenem sehr nahe kommt.

Diese Technologie produziert ausgesprochen gute Ergebnisse im Vergleich zur herkömmlichen Gegenlichtkompensation (BLC), denn BLC stützt sich auf die automatische Schätzung der Helligkeit im Zentrum des Blickfelds. Sind die Lichtbedingungen zu niedrig, wird die Helligkeit des gesamten Videobilds erhöht. Der Nachteil dieses Verfahrens ist der, dass die ursprünglich gut beleuchteten Bereiche im Sichtfeld überbelichtet werden können.
WDR Enhanced behebt diese Schwäche von BLC, indem die Gradiationskurve ausgeglichen wird, basierend auf dem Helligkeitsgrad der verschiedenen Bereiche des Sichtfelds. Dunkle Bereiche werden erhellt und überbelichtete Bereiche abgedunkelt, um die Sichtbarkeit im verbesserten Video zu erhöhen.

Multi-Bildformat
Die zweite Methode, die der Hersteller unter dem Namen WDR Pro vermarktet, ist ein Multi-Bildformat. Diese Technik nimmt alternierende Bilder auf, indem verschiedene Belichtungszeiten verwendet werden. Das Bild mit der längeren Belichtungszeit fängt Details in den dunkleren Sichtfeldbereichen ein, die helleren Bereiche sind hier jedoch übersättigt. Das „kurze" Bild mit der kürzeren Belichtungszeit fängt andererseits die hellen Bereiche ein. Die dunklen Bereiche sind hier jedoch unterbelichtet und durch Bild­rauschen gestört.

Ein Bildsignalprozessor (ISP) verwendet danach einen hochentwickelten Algorithmus, wodurch die optimalen Abschnitte dieser beiden ergänzenden Bilder nahtlos kombiniert werden. Es entsteht ein Kombinationsbild, das sowohl die dunklen als auch die hellen Sichtfeldbereiche detailgetreu aufnimmt. Da der Dynamikbereich des eingefangenen Lichts erweitert wird, wird zudem das tatsächliche Kontrastverhältnis verbessert. Dadurch ist diese Technik besonders bei anspruchsvollen Überwachungsanwendungen zu empfehlen.