Document de synthèse Optimisation des conditions d éclairage Les défis d un éclairage minimum
Table des matières 1. Introduction 3 2. Sensibilité à la lumière : une mesure complexe 3 3. Ne vous faites pas avoir! 5 4. Faites le bon choix 6
1. Introduction L éclairage est un facteur essentiel à la qualité d une image. D une manière générale, plus la lumière est importante, plus les images sont belles, sauf en cas de surexposition. Si la quantité de lumière est insuffisante, l image contient des parasites ou est sous exposée. La quantité de lumière nécessaire pour produire une image de bonne qualité dépend de la caméra et de sa sensibilité à la lumière. En d autres termes, plus la scène est sombre, plus la sensibilité de la caméra à la lumière doit être élevée. La sensibilité à la lumière (ou éclairage minimum) désigne la quantité minimale de lumière nécessaire pour que la caméra produise une image de qualité suffisante. L éclairage minimum est exprimé en lux (lx), une unité de mesure de l éclairage qui est souvent confondue avec l intensité de la lumière. Ainsi, certains peuvent penser que plus la valeur en lux indiquée par le fournisseur d une caméra est faible, plus celle-ci est sensible. Ce n est pourtant pas aussi simple. L éclairage minimum fait l objet d un paradoxe. La sensibilité à la lumière est un facteur clé qui est souvent pris en compte lors du choix des produits et des fournisseurs, mais il s agit également d un aspect complexe de la technologie des caméras, l un des plus difficiles à expliquer. L objectif de ce document est de nuancer le débat sur la sensibilité à la lumière. Il s agit de mettre en évidence les pièges, et d expliquer la raison pour laquelle les tests sur le terrain sont préférables aux fiches techniques comparatives et sont nécessaires pour prendre une décision d achat avisée. 2. Sensibilité à la lumière : une mesure complexe La mesure de la sensibilité à la lumière est un processus complexe et peu probant. Il existe plusieurs raisons à cela. Première raison : l éclairage est mesuré à l aide d un luxmètre. Bien que la méthode de mesure en ellemême soit précise, les mesures de luminosité (en lux) ne sont pas exactes en ce qui concerne la sensibilité de la caméra à la lumière. En effet, les luxmètres et les caméras ne recueillent pas les mêmes informations lumineuses. Ainsi, lorsque nous parlons de l éclairage ou de la luminosité (en lux), nous faisons référence à la façon dont la scène est éclairée et non à la façon dont la caméra capte la lumière. Tandis qu un luxmètre enregistre la quantité de lumière visible qui frappe ou éclaire un endroit donné (lumière incidente), une caméra enregistre la quantité de lumière réfléchie par les objets dans la zone considérée (lumière réfléchie). Par conséquent, si deux personnes habillées respectivement en blanc et en noir se trouvent au même endroit, leurs mesures de luminosité (en lux) seront identiques. En revanche, la quantité de lumière captée par une caméra couvrant la même scène peut être plus faible ou plus élevée, en partie parce que la personne habillée en noir réfléchit moins de lumière que celle habillée en blanc. De plus, les objets brillants réfléchissent plus de lumière que les objets mats, et les conditions météorologiques ont également un impact sur l éclairage et la réflexion. Tandis que la neige intensifie la lumière réfléchie, la pluie absorbe une grande partie de cette lumière. Figure 1. Différence entre la lumière incidente mesurée à l aide d un luxmètre et la lumière réfléchie capturée par une caméra. 3
Deuxième raison : de nombreuses scènes naturelles présentent un éclairage assez complexe (contrejours, ombres et zones éclairées) qui a une influence sur la façon dont la caméra interprète la scène. Par exemple, les contre-jours mettent l objet dans l ombre, ce qui rend plus difficile son identification formelle. En surveillance extérieure, la lumière du soleil change en termes d intensité et de direction au cours de la journée. Il convient donc de noter qu une mesure de luminosité (en lux) n indique pas la condition d éclairage d une scène globale ni la direction de la lumière. Figure 2. À gauche : photo illustrant une luminosité de 5 lux ; au milieu : photo illustrant une luminosité de 80 lux ; à droite : photo illustrant une luminosité de 4 000 lux. Retenez que lorsqu une valeur en lux est mesurée dans une scène, elle représente uniquement l éclairage au niveau de l objet ciblé. Par exemple, dans les images ci-dessus, la valeur en lux représente l éclairage au niveau de l arbre ou devant le bâtiment. La luminosité du ciel et le faible éclairage du sol ne sont pas pris en compte. Troisième raison : certains facteurs ont un impact sur la sensibilité de la caméra à la lumière. Ces facteurs incluent la durée d exposition, l ouverture de l objectif (chiffre f), la taille et la qualité du capteur, la qualité de l objectif et la température des couleurs. Bien qu il s agisse d une valeur analogique qui persiste dans le domaine de l interprétation numérique et qui n est pas applicable, le niveau IRE est également pris en compte. Bon nombre de ces facteurs peuvent être manipulés de façon à ce que la caméra capte plus de lumière. En réalité, certains fournisseurs n hésitent pas à manipuler ces valeurs pour que leurs produits paraissent meilleurs. Ainsi, si la durée d exposition est prolongée (ce qui implique un ralentissement de la vitesse d obturation), le capteur capte plus de lumière. Cette méthode est pratique pour améliorer la qualité de l image et générer des valeurs intéressantes avec les images fixes. Cependant, s il y a des mouvements dans la scène, l image vidéo est floue et l objet non identifiable. Cela n empêche pas les fournisseurs d user de cette astuce lorsqu ils génèrent des images et des données de test. N oubliez jamais que certains fournisseurs présentent des images fixes pour prouver les performances vidéo en mouvement de leur caméra dans des conditions de faible éclairage. Le gain n a pas d impact sur la sensibilité de la caméra à la lumière, mais il amplifie le signal vidéo. L augmentation du niveau de gain augmente le signal vidéo et éclaircit l image. En revanche, le niveau de bruit de l image augmente en parallèle. Cela est comparable à ce qui se produit lorsque vous augmentez le volume d un poste radio à faible réception : la musique est plus forte, mais les interférences et les parasites sont également plus nombreux. Figure 3. À gauche : scène capturée à 500 lux avec un faible niveau de gain. À droite : scène identique capturée à 500 lux avec un niveau de gain élevé. Ces images montrent que l augmentation du niveau de gain amplifie le signal vidéo et éclaircit l image, mais augmente, en contrepartie, le niveau de bruit. 4
Dernière raison (mais probablement la plus importante) : à l heure actuelle, il n existe sur le marché aucune norme internationale pour mesurer l éclairage minimal. Les leaders du marché eux-mêmes n ont donc pas recours à la même méthode. Par conséquent, les fournisseurs ont du mal à atteindre des résultats satisfaisants et les clients hésitent à leur faire confiance. 3. Ne vous faites pas avoir! En raison des difficultés décrites ci-dessus, la comparaison des valeurs en lux, des chiffres f ou des tailles des capteurs associés aux produits de différents fournisseurs est toujours erronée. Si vous vous basez sur ce type d analyse erronée pour acheter une caméra, vous ferez forcément un mauvais achat. Dans des conditions de faible éclairage, une caméra F10 avec un niveau d éclairage minimum indiqué de 5 lux, peut fournir les mêmes performances qu une caméra F1.0 ayant un niveau d éclairage minimum de 0,05 lux. Les mêmes propriétés peuvent être exprimées de différentes manières et différents fournisseurs peuvent utiliser des références distinctes. Il est donc beaucoup plus difficile d évaluer les produits de fournisseurs concurrents que de comparer leurs données techniques. Afin d optimiser les performances de leurs produits lors des tests, certains fournisseurs vont même jusqu à utiliser des objectifs en option ou des objectifs haut de gamme coûteux que le client moyen n envisagerait pas d acheter. N oubliez pas de comparer le niveau d éclairage minimum et le chiffre f indiqués, avec le chiffre f réel de l objectif standard, si un objectif est livré avec la caméra. Les caméras proposées par Axis sont des systèmes complets. Elles sont toujours fournies avec un objectif et elles sont testées de manière uniforme avec l objectif standard et les paramètres par défaut. Nous avons réalisé une expérience : nous avons utilisé la méthode 1 d Axis pour évaluer l éclairage minimum, afin de comparer certains de nos produits avec des produits similaires proposés par d autres fournisseurs. Toutes les images présentées ci-dessous ont été prises avec une caméra réglée sur les paramètres par défaut. Les différences entre les valeurs en lux indiquées dans les fiches techniques des produits et les résultats des tests parlent d eux-mêmes. Caméras réseau fixes Caméra réseau AXIS P1346 Produit d un concurrent 1 Produit d un concurrent 2 Image test 2 Fiche technique 3 Image test 2 Fiche technique 3 Image test 2 Fiche technique 3 0,5 lux 0,6 lux (couleur) 0,5 lux 0,3 lux (couleur) 0,1 lux 0,2 lux (couleur) Caméra réseau AXIS M1031-W Produit d un concurrent 1 Produit d un concurrent 2 Image test 2 Fiche technique 3 Image test 2 Fiche technique 3 Image test 2 Fiche technique 3 1 lux 1 lux (couleur) 1 lux 1 lux (couleur) 1 lux 0,5 lux (couleur) 1 Note technique sur l évaluation de l éclairage minimum (MMI) La méthode Axis est disponible sur le site www.axis.com/corporate/corp/tech_papers.htm 2 Éclairage durant les tests 3 Éclairage minimum indiqué dans la fiche technique du produit 5
Caméras réseau à dôme fixe Caméra réseau AXIS M3114-R Produit d un concurrent 1 Produit d un concurrent 2 Image test 2 Fiche technique 3 Image test 2 Fiche technique 3 Image test 2 Fiche technique 3 0,5 lux 1 lux (couleur) 0,5 lux 0,5 lux (couleur) 0,5 lux 0,4 lux (couleur) Si les conditions requises pour l installation sont telles que l éclairage minimum est un facteur clé, vous devez prendre le temps de tester les caméras au lieu de croire que la valeur présentée est exacte. 4. Faites le bon choix En guise de conclusion, deux méthodes vous permettent de choisir efficacement la caméra qui vous convient. La meilleure méthode consiste à comparer les caméras sur le terrain, en utilisant des objets animés. En effet, il s agit de la seule façon d évaluer réellement les caméras par rapport aux exigences de l application. Si vous ne pouvez pas effectuer une comparaison sur le terrain, choisissez un fournisseur qui utilise un processus reproductible et consigné pour vous assurer que : > les produits proposés par le fournisseur en question sont comparables entre eux ; > les chiffres ne sont pas manipulés afin de mieux vendre un produit particulier. 6
Durée d exposition La durée d exposition est la durée pendant laquelle le capteur d images est exposé à la lumière. Plus la durée d exposition est élevée, plus un capteur d images reçoit de lumière. L augmentation de la durée d exposition améliore la qualité d image dans des conditions de faible éclairage. Cependant, cela peut accroître le flou de mouvement et diminuer la fréquence d images totale puisqu il faut davantage de temps pour exposer chaque image. Chiffre f Le chiffre f, ou encore l ouverture de dia-phragme, est un indicateur de la capacité des objectifs à capter la lumière. Il s agit du rapport entre la distance focale (distance entre le centre de l objectif et son point focal) et le diamètre de l ouverture (ouverture du diaphragme permettant à la lumière de traverser l objectif et d atteindre le capteur). Distance focale Grande ouverture Petite ouverture Plus le chiffre f est faible, plus grande est la capacité de l objectif à capter la lumière. Les chiffres f sont souvent écrits sous la forme Fx ou f/x (distance focale/ouverture). Lorsqu un chiffre f est écrit sous la forme F4, cela signifie que le diamètre de diaphragme est égal à la distance focale divisée par 4. Si une caméra possède un objectif de 8 mm, la lumière doit passer à travers un diaphragme dont le diamètre est au moins égal à 2 mm. Qualité de l objectif La qualité de l objectif et la conception du bloc objectif ont une influence sur le type de résolution qu un objectif peut fournir. Aucun objectif n est parfait. Par ailleurs, tous les objectifs produisent un certain degré d aberration ou de défauts en raison des limitations. Les objectifs sont fabriqués pour correspondre au capteur et il convient de sélectionner un objectif adapté à la caméra. Qualité du capteur La lumière qui traverse l objectif est concentrée sur le capteur d image de la caméra réseau. Les pixels du capteur enregistrent la quantité de lumière à laquelle il est exposé et la convertissent en un nombre correspondant d électrons ou de signaux électriques. Plus la lumière est forte, plus le nombre d électrons est élevé. En règle générale, un grand capteur capte plus de lumière qu un petit capteur et la capacité de stockage d électrons de chaque pixel augmente avec sa taille. À l heure actuelle, cependant, il existe des technologies et des conceptions qui améliorent et concentrent la lumière, et qui augmentent la sensibilité d un capteur. Par conséquent, les petits capteurs et pixels peuvent se révéler meilleurs que les grands capteurs. Pour en avoir la certitude, ne tenez pas compte de la taille du pixel et testez le capteur. 7
Température de couleur La température de couleur se mesure en Kelvin (K). L échelle est basée sur le fait que tous les objets chauffés émettent de la chaleur. La première lumière visible émise par un objet chauffé est rouge et à mesure que la température de cet objet chauffé augmente, la couleur vire au bleu. Tout comme la température de couleur de la lumière du jour augmente au cours de la journée, la lumière intérieure peut avoir différentes températures de couleur. L œil humain compense les différences entre les couleurs produites par diverses sources de lumière, voilà pourquoi les objets semblent maintenir leurs couleurs. Les caméras, en revanche, doivent être réglées pour l éclairage local. En général, elles sont dotées d un mode automatique, où l équilibrage des blancs est calculé automatiquement au lieu de se référer manuellement à une surface neutre, comme une charte de gris. Les paramètres de la caméra permettent également d optimiser la représentation des couleurs. 8
www.axis.com 41165/FR/R1/1101 A propos d Axis Communications Axis est une société informatique qui fournit des solutions de vidéo sur IP pour les installations professionnelles. Leader mondial de la vidéo sur IP, la société mène la transition de la vidéosurveillance analogique vers le numérique. Les produits et solutions Axis, principalement destinés à la vidéosurveillance et au contrôle distant, reposent sur une plate-forme technologique ouverte et innovante. Axis est une société suédoise, disposant de filiales dans plus de 20 pays et travaillant en partenariat avec des sociétés dans plus de 70 pays. Fondée en 1984, Axis est cotée à la NASDAQ OMX Stockholm, sous le code AXIS. Des informations complémentaires sur la société sont disponibles sur www.axis.com 2011 Axis Communications AB. AXIS COMMUNICATIONS, AXIS, ETRAX, ARTPEC and VAPIX sont des marques déposées d Axis AB ou en cours de dépôt par Axis AB dans différentes juridictions. Tous les autres noms, produits ou services sont la propriété de leurs détenteurs respectifs. Document sujet à modification sans préavis.