Mehr Sicherheit durch den Einsatz der Netzwerkkameras von Mobotix und Axis

                                       

Ingenieurbüro Manthey

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Moderne IR Scheinwerfer mit LED

Vollständige Dunkelheit zu überwachen macht keinen Sinn: Irgendwann im Verlaufe der 24h-Überwachung ist der kritische Punkt erreicht - die Umgebungshelligkeit unterschreitet den Minimalwert der Lichtempfindlichkeit für die Netzwerkkamera.
Die Folge sind extrem verrauschte oder gar vollkommen schwarze Bilder. Das Bildrauschen führt zu einem starken Anstieg der Bildübertragungsraten der Netzwerkkamera, ohne dass verwertbare Bilder von der Netzwerkkamera geliefert werden. Abhilfe könnte hier der Einsatz von Wärmebildkameras, von energieintensiven Leuchtenfeldern oder von teuren Hochleistungsstrahlern bieten. Als preiswertere Alternative bieten sich IR-Strahler ( auch IR-Scheinwerfer genannt) auf Basis der moderne LED-Technologie als Beleuchtungsquelle an. Neben einem drastisch reduziertem Energiebedarf gegenüber den verbreiteten Leuchtenfeldern, einer sehr hohen Lebensdauer und hoher Zuverlässigkeit bietet diese Technik ein sehr diskretes Licht an.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Glühlampen handelt es sich bei den IR-LED-Scheinwerfern (in Folge einfach IR-Scheinwerfer) nicht um thermische Strahler. Das Licht wird in einem Wellenlängenbereich von 800-1000nm erzeugt und ist für das menschliche Auge kaum/nicht mehr sichtbar, kann aber von einer Kamera im schwarz-/weiss-Modus erfasst werden.

  Quelle: Raytec

Nicht jede Netzwerkkamera arbeitet mit IR-Scheinwerfern. Um mit einem IR Scheinwerfer zusammen arbeiten zu können, sollte eine Tag-/Nachtkamera eingesetzt werden. Fast alle modernen Netzwerkkameras, alle Außenkameras (Outdoor-Kameras) und selbst Low-Cost-Modelle erfüllen diese Anforderung und besitzen ein klappbares IR-Filter. Bei Tageslicht filtert das IR-Filter das IR-Licht heraus, da es die farbliche Darstellung der Bilder verfälscht. Fällt die Umgebungshelligkeit unter einen Wert, so wird das IR-Filter in der Kamera elektromechanisch weggeklappt und gleichzeitig wird der Bildsensor in den s/w-Modus geschaltet. Ideale Voraussetzungen für die Kamera: das IR-Licht trifft direkt auf den Bildsensor, der im besonders lichtempfindlichen s/w-Modus betrieben wird.

IR-Scheinwerfer arbeiten mit den Wellenlängen 850nm (semidiskret) und 940nm (diskret): Die Bezeichnung "semidiskret" bei den 850nm IR-Scheinwerfer verrät schon, dass die IR-Scheinwerfer bei Dunkelheit und dem direkten Blick in den IR-Scheinwerfer gut erkannt werden können. Ursache dafür ist die geringe Emission von sichtbarem Licht durch die 850nm IR-LEDs direkt an der Emissionsquelle. Hingegen können die 940nm IR-Scheinwerfer bei Dunkelheit nicht mehr erkannt werden - deshalb gilt das Licht mit der Wellenlänge 940nm als "diskret". Die Reichweite eines 850nm IR-Strahlers ist etwa doppelt so groß wie die eines 940nm IR-Strahlers. Das ist mit einer der Gründe, weshalb in der Praxis überwiegend 850nm IR-Strahler eingesetzt werden. Ist aber hohe Diskretion gefordert, so werden von vielen Anwendern die 940nm IR-Scheinwerfer bevorzugt. Vielfach wird angegeben, dass man das IR-Licht der IR-Scheinwerfer sehen kann. Dies ist aber nicht der Fall. Das menschliche Auge kann Licht nur mit einer Wellenlänge von ca. 380nm bis 780nm wahrnehmen.

Leuchtweite und -winkel kann für jedes Szenario optimiert werden: Je nach Einsatzzweck muss die Strahlausbreitung berücksichtigt werden. Je kleiner der Abstrahlwinkel, umso weiter kann der IR-Scheinwerfer strahlen. Im Gegenzug erfordert die Ausleuchtung einer großen Fläche einen großen Abstrahlwinkel des IR-Scheinwerfers und bietet eine geringere Leuchtweite.
Die Wahl des Abstrahlwinkels sollte im direkten Zusammenhang mit der Wahl des Kamera-Objektives stehen. Überwacht die Kamera einen breiten Bereich mit einem weitwinkligen Objektiv, so sollte der IR-Scheinwerfer auch entsprechend breit strahlen.
Mit Hilfe der Adaptive IlluminationTM -Technologie von Raytec kann bei LED-Scheinwerfern die Strahlausbreitung flexibel am Einsatzort eingestellt werden.

Hochauflösende Megapixel-Kameras und Analysefunktionen erfordern Licht: Bei hochauflösenden Netzwerkkameras sitzen immer mehr Pixel auf den Bildsensoren. Da die Bildsensoren nicht größer werden, steigt zwar die Auflösung, gleichzeitig sinkt aber die Lichtempfindlichkeit der Sensoren. Dadurch beginnen Megapixel-Kameras eher zu rauschen, als die alten analogen Kamerasysteme mit ihrer sehr geringen Auflösung.
Das Bildrauschen hat zur Folge, dass die Qualität der Bilder sinkt, die erforderliche Bandbreite und der Speicherbedarf um bis zu 80% ansteigt und intelligente Analysefunktionen ausfallen bzw. permanent Fehlergebnisse liefern.
Die Lösung heißt hier: Licht. Mit dem Einsatz von IR-Scheinwerfern bei abnehmender Helligkeit sind alle Vorteile der modernen IP-Videokameratechnik wieder nutzbar: Megapixelqualität, Kompressionsverfahren, Bewegungserkennung, Analysefunktionen...

IR-Scheinwerfer entwickeln sich weiter: PoE (Power over Ethernet) hat längst die Stromversorgung im Netzwerkkamera-Bereich nachhaltig verändert, auch die IR-Scheinwerfer profitieren davon. Vorwiegend im Indoor- aber auch bei LED IR-Scheinwerfern im Outdoor-Bereich wird PoE als Ersatz für die unhandlichen und aufwändig zu installierenden 220V-Steckernetzteile eingesetzt.
Auch Helligkeitssensoren, die den IR-Scheinwerfer bei Tageslicht abschalten und Abends wieder einschalten, IR-Leistungsregler direkt an den LED-Scheinwerfern und sogar Fernbedienungen sind verfügbar und erlauben die exakte Justierung vor Ort.
Wenn schon PoE mit einem Ethernet-Kabel vor Ort anliegt, dann ist der netzwerkfähige IR-Scheinwerfer der nächste logische Schritt. Mit der Serie Vario IP PoE (Vario IPPOE) des Herstellers Raytec sind über das Netzwerk steuerbare LED Infrarot-Scheinwerfer erhältlich, deren Stromversorgung wahlweise über 24 VDC oder standardisierten PoE (Power over Ethernet) mit 25,5 Watt (PoE+) und 60 Watt (PoE++) erfolgen kann. Als ideale Ergänzung zu den verbreiteten PoE-IP-Kameras sind über das Netzwerk steuerbare (IP-steuerbare) Infrarot-Scheinwerfer mit Leuchtweiten bis zu 220 m erhältlich. Die aktuelle Vario Serie wird langfristig durch die Vario2 Serie abgelöst, die mit neuentwickelten LEDs wesentlich höhere Leuchtweiten bei deutlich geringerer Stromaufnahme bieten. Die Netzwerkfähigkeit erweitert die Flexibilität und die Einsatzbereiche der LED IR-Scheinwerfer enorm: Bildung von dynamischen Leuchtenfeldern die durch das netzwerkgesteuerte Zu- und Abschalten der IR-Scheinwerfer gesteuert werden, intelligente Suche von IR-Scheinwerfern im Netzwerk, Beleuchtungseinstellung der IR-Scheinwerfer aus der Ferne, Wartung und Fehleranalyse auf der Ferne u.v.m.. Für die Steuerung der netzwerkfähigen IR-Scheinwerfer verfügen diese über ein integriertes Web-Interface. Dadurch kann jeder netzwerkfähige LED IR-Scheinwerfer über einen Browser von einem PC oder ein Smartphone bedient werden.

Weißlicht LED-Strahler ermöglichen Farbaufnahmen bei Nacht. Zu den aktuellen Entwicklungen der LED-Strahler Technik gehören die Weißlicht LED-Strahler (White Light = WL). Im Gegensatz zum Infrarot LED-Strahler werden beim Weißlicht LED-Strahler sehr helle weiße LEDs verwendet. Der große Vorteil der Weißlicht LED-Strahler ist die Möglichkeit Szenen bei Dunkelheit auch mit Farbkameras gut darzustellen. Farbbilder liefern wesentlich mehr Informationen/Details als ein s/w - Bild. Sowohl Objekte als auch Personen werden wesentlich detaillierter dargestellt. Schon die Beschreibung der farbigen Täterbekleidung oder der Lackierung von Fahrzeugen ist wesentlich hilfreicher als die s/w-Darstellung mit IR-Scheinwerfern. Weißlicht LED-Strahler erzeugen ein sehr helles Licht und sind damit nicht diskret wie ein Infrarot LED-Strahler.

  Quelle: Raytec

Hohe Betriebsdauer für LED IR-Scheinwerfer: In der Videoüberwachung bisher häufig eingesetzte Hochdruck-Gasentladungslampen erreichen gegenüber anderen Lichtquellen schon eine recht hohe Betriebsdauer von bis zu 12000 Betriebsstunden.
Die modernen LED IR-Strahler erreichen sogar problemlos bis zu 100000 Betriebsstunden.

Infrarot LED-Scheinwerfer bereits im Kameragehäuse - häufig keine optimale Lösung. Immer mehr Netzwerkkamera- Hersteller verbauen die LED-Strahler direkt in dem Kameragehäuse. Das ist zumindest bei einfachen Überwachungszenarien häufig ausreichend und in der Anschaffung wesentlich günstiger als ein externer LED IR-Strahler.
Allerdings stehen dem einige Nachteile gegenüber: beim Ausfall einer LED muß der ganze LED-Strahler ausgetauscht werden, was die meisten Hersteller nicht anbieten oder dafür Preise verlangen, die einem Neukauf der Netzwerkkamera incl. dem LED-Scheinwerfer nahekommen. Verschmutzungen der Objektivabdeckung führen zu Reflexionen, die die Bildqualität drastisch verschlechtern können. Hinreichend bekannt sind auch die Spiegelungen von eingebauten IR-LEDs bei Dome-Kameras.
Durch die Abwärme der eingebauten IR-LEDs lassen sich dort gerne Insekten nieder. Eine große Spinne mit ihrem Netz auf dem Kameraglas dürfte eine Videoüberwachungsanlage unbrauchbar machen.
Abhilfe schafft hier die regelmäßige Reinigung der Netzwerkkamera, was z.B. bei einer Mastmontage sehr teuer werden könnte oder der ausschließliche Indoor-Einsatz der Kameras. Zwar verschmutzen auch externe LED-Strahler, aber das hat allenfalls Auswirkungen auf die Ausleuchtung, nicht auf die Bildqualität.
Die technischen Daten wie Abstrahlwinkel und Leuchtweite werden bei dem Einbau der LED-Strahler im Kameragehäuse in jedem Fall ungünstier sein, als bei dem Einsatz externer LED IR-Scheinwerfer. Das sollte bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden.

Wärmebild und Low-Light Netzwerkkameras - Konkurrenz für LED IR-Scheinwerfer? Hochempfindliche Low-Light-Kameras und Wärmebildkameras drängen durch sinkende Preise immer stärker auf den Markt der Netzwerkkameras. Aber trotz stetig fallender Preise sind die Anschaffungspreise für diese Spezialkameras noch wesentlich höher als für normale Netzwerkkameras. Der entscheidene Unterschied zwischen einem IR-Strahler und den Low-Light-/Wärmebildkameras ist, dass der IR-LED-Strahler aktiv Objekte anstrahlt. In einer schlecht ausgeleuchteten Straße kann die Low-Light-Kamera zwar mit wenig Licht noch sehen, aber verschattete Bildbereiche bleiben weiterhin dunkel. Typische Beispiele sind hier Bäume und Sträucher im direkten Strahlbereich einer Straßenlaterne. Der aktive IR-LED-Strahler macht auch diese besonders "dunklen" Bereiche sichtbar.
Objekte und Personen sind in stark verschatteten Umgebungen auch mit Low-Light-Kameras schwer erkennbar.
Die steigende Anzahl von Low-Light-Kameras ist keine Konkurrenz für IR-Scheinwerfer. Ganz im Gegenteil. Die höhere Lichtempfindlichkeit der Kameras erlauben höhere nutzbare Leuchtweiten. Bei all der Freude über die neuen, weitleuchtenden IR-Strahler darf nicht vergessen werden, dass die Kamera auch über entsprechende Objektive verfügen muss. In der Kombination von Low-Light-Kamera und LED-IR-Strahler der neuesten Generation ( Raytec Vario2 ) liegt die Zukunft der LED-IR-Scheinwerfer.

Könnte hier eine Wärmebildkamera helfen? Lässt man den Kostenfaktor (hoher Anschaffungspreis der Wärmebildkamera) beiseite, dann könnte eine Wärmebildkamera hier eingesetzt werden. Da die Wärmebildkamera aber nur die Wärmeemissionen der Körper erfasst und diese visuell abbildet, kann die Wärmebildkamera Personen über größere Entfernungen detektieren, aber für die wichtige Identifizierung von Personen ist die Wärmebildkamera nicht geeignet.

LED IR-Scheinwerfer und LED Weisslicht-Scheinwerfer finden Sie in unserem Netzwerkkamerashop.