Kamerada Enstantane Hızı, Rolling Shutter ve Global Shutter Nedir? Hareketli Kişi ve Araç Neden Bulanık veya Eğri Çıkar

Enstantane (shutter) hızı nedir ve görüntüyü nasıl etkiler?

Enstantane hızı, kamera sensörünün tek bir kare için ışığa açık kaldığı süredir ve pozlama süresi olarak da adlandırılır. Süre saniyenin kesri olarak yazılır: 1/25 s, 1/100 s, 1/1000 s gibi. Süre uzadıkça sensöre daha çok ışık ulaşır, görüntü parlaklaşır; süre kısaldıkça görüntü koyulaşır ama hareket "dondurulur".

Pozlama üç şeyin birlikte sonucudur: enstantane süresi, diyafram (lensin açıklığı) ve kazanç (gain). Bunlardan biri değişince diğerleri ya da sahnenin ışığı bunu dengelemek zorundadır. Fotoğrafçılıkta kullanılan standart dizide her adım ışığı yaklaşık yarıya indirir ya da ikiye katlar: 1/1000, 1/500, 1/250, 1/125, 1/60, 1/30, 1/15 s ve devamı.

Güvenlik kameralarında bu değerler çoğu zaman elle seçilmez; kamera ışığa göre otomatik belirler. Gündüz parlak sahnede enstantane çok kısa, gece ise sınıra kadar uzun olabilir. Hareketli nesnenin net çıkıp çıkmayacağı da bu otomatik değerin ne olduğuna bağlıdır. Diyafram ve sensör boyutunun gece görüntüsüne etkisi için kamera sensör boyutu, diyafram ve lux rehberine bakılabilir.

Hareket bulanıklığı nasıl hesaplanır? 1/25 s ile 1/1000 s mantığı

Hareket bulanıklığı, sahne pozlama süresi boyunca değiştiği için oluşur: nesne sensör üzerinde tek bir noktada durmaz, pozlama boyunca aldığı yolun tamamına yayılır. Bulanıklık miktarı kabaca şu formülle bulunur: bulanıklık (piksel) = nesnenin görüntüdeki hızı (piksel/saniye) × enstantane süresi (saniye).

Örnek: 1920 piksel genişliğindeki kareyi 2 saniyede geçen bir yaya saniyede yaklaşık 960 piksel hızla hareket eder. 1/25 s enstantanede yaklaşık 38 piksel, 1/100 s'de yaklaşık 10 piksel, 1/1000 s'de ise yaklaşık 1 piksel iz bırakır. İlki yüzü ve kıyafet detayını silerken sonuncusu pratikte netliği korur.

Aynı mantık araca uygulanır. 50 km/sa hız yaklaşık 13,9 m/s eder. Plaka genişliğinin görüntüde yaklaşık 150 piksel olduğunu ve plakanın 52 cm olduğunu varsayarsak her piksel yaklaşık 3,5 mm'ye karşılık gelir. Araç kameraya yan yan geçiyorsa 1/500 s'de yaklaşık 28 mm yani 8 piksel, 1/1000 s'de yaklaşık 14 mm yani 4 piksel, 1/2000 s'de yaklaşık 2 piksel kayma olur; 1/25 s'de ise araç yaklaşık 55 cm yol alır ve plaka tamamen silinir. Araç kameraya doğru geliyorsa görüntüdeki kayma daha azdır; bu yüzden montaj açısı da bulanıklığı etkiler (plaka tanıma kamerası montaj açısı ve ışık ayarı yazısında ele alınmıştır).

Buradan çıkan kural: hedef hızlandıkça enstantane kısalmalı, kısalan enstantane ışığı azalttığı için aydınlatma ya da gain artmalıdır. Bu denge, ayar bölümünde adım adım ele alınır.

Gece otomatik yavaş enstantane neden iz ve hayalet görüntü bırakır?

Gece ışık azaldığında kamera, görüntüyü parlak tutmak için enstantane süresini uzatır ve bu özellik çoğu arayüzde yavaş enstantane (slow shutter) ya da maksimum enstantane adıyla geçer. Süre 1/25 s'nin, bazı modellerde 1/12 s ya da daha uzun değerlerin üzerine çıkınca yürüyen kişi çok bulanıklaşır ve el, bacak gibi uzuvlar "hayalet" gibi iz bırakır.

Kare hızı da sınırı belirler: 25 kare/sn akışta bir kare en fazla 1/25 s'lik süreye sığar. Bu süreden uzun pozlamada kamera ya kare hızını düşürür ya da ardışık kareleri birleştirir; her iki durumda da hareket akıcılığı bozulur. Kare hızı ve pozlama arasındaki bu ilişki cihazdan cihaza değişir, bu yüzden modelin kılavuzuna bakmak gerekir.

Görüntüyü parlak tutmanın bir bedeli olduğu için gece çoğu zaman "parlak ama bulanık" ile "koyu ama net" arasında seçim yapılır. İkisini birlikte iyileştirmenin yolları kızılötesi aydınlatmayı artırmak, ek beyaz ışık eklemek ya da düşük ışıkta daha duyarlı sensörlü model seçmektir (STARVIS, BSI ve stacked CMOS sensör teknolojisi yazısında ayrıntılıdır). Gain ve gürültü azaltma tarafı için gece görüntüsünde karıncalanma, gain ve 3D DNR yazısına göz atılabilir.

Rolling shutter nedir ve neden eğrilik oluşturur?

Rolling shutter, görüntünün tek anda değil, sensörü satır satır tarayarak yakalandığı çalışma biçimidir; bu yüzden karenin üst ve alt kısmı farklı anlarda kaydedilir. Bu yöntem CMOS sensörlerde çok yaygındır ve düşük maliyetli olduğu için standart güvenlik kameralarının büyük çoğunluğunda kullanılır.

Bu etkinin büyüklüğü, nesnenin hızı ile sensörün tüm satırları okuma süresinin (readout time) çarpımına yakındır. Örnek varsayım: okuma süresi 10 ms olan bir sensörde 13,9 m/s hızla yan yan geçen araç, kare boyunca yaklaşık 14 cm yer değiştirir; bu da önceki bölümdeki ölçekle yaklaşık 40 piksellik bir eğimdir. Enstantaneyi kısaltmak bu eğriliği gidermez, çünkü eğrilik pozlama süresinden değil satırların okunma sırasından gelir; asıl çözüm daha hızlı okunan bir sensör ya da global shutter'dır.

Satırlar farklı anlarda okunduğundan hızlı hareket eden nesne karede eğik görünür. Tipik belirtiler şunlardır:

• Yan yan geçen araç ya da koşan kişi diyagonal olarak yatık görünür.
• Düz çizgiler (direk, kapı kasası) araç geçerken dalgalanır; buna "jelly" etkisi denir.
• Kameranın rüzgâr veya titreşimle sallandığı direklerde görüntü zaman zaman salınır.
• Flaş benzeri kısa ışık patlamalarında karenin yalnızca bir kısmı aydınlık çıkar.

LED ışıkta titreme (flicker) ve bant oluşumu: 50 Hz ayarı

Şebekeden beslenen lambaların ışık şiddeti şebeke frekansının iki katında titreşir; Türkiye'de şebeke 230 V ve 50 Hz olduğundan bu titreşim tipik olarak 100 Hz'dir. Ayrıca ucuz LED sürücüler ve bazı tabela ve ekranlar kendi frekanslarında yanıp söner. Göz bunu fark etmez, ama kısa enstantaneli kamera fark eder.

Rolling shutter'da her satır ışığın farklı bir evresinde pozlanır, bu yüzden görüntüde yatay koyu-açık bantlar yürür; global shutter'da ise tüm kare aynı evrede olduğundan bantlar yerine karenin tamamında parlaklık dalgalanır. Üretici dokümantasyonları da bu tür titremenin ışık kaynağının frekansı ile kameranın enstantane ayarının uyuşmamasından kaynaklandığını belirtir.

Ayar pratikte şöyledir: kamera arayüzünde Power Line Frequency ya da Anti-flicker seçeneğini bölgenin şebekesine göre 50 Hz yapmak gerekir. Bu seçenek açıkken kamera, pozlama süresini ışığın periyoduyla uyumlu tutar (örneğin 1/100 s ve katları); bu nedenle bazı modellerde enstantanenin en hızlı değeri sınırlanır. Hızlı plaka yakalamada bu sınırlama can sıkıcı olabilir; o durumda ışıkların kendisi sabit akım sürücülü olmalı ya da anti-flicker kapatılıp bantlama gözlenerek enstantane denenmelidir.

LED aydınlatma olan sahnede titreme sürerse sırayla şunlar denenir: frekansı 50 Hz seçmek, pozlamayı Otomatik'ten Manuel'e alıp enstantane ve gain'i elle belirlemek, anti-flicker özelliğini açmak ve gerekirse ışık armatürünün sürücüsünü değiştirmek.

Global shutter nedir ve hangi senaryoda anlam kazanır?

Global shutter, sensörün bütün piksellerini aynı anda pozlayıp aynı anda okuduğu, bu yüzden hızlı harekette eğrilik oluşturmayan çalışma biçimidir. Her pikselin kendi bellek düğümü bulunur; bu karmaşık yapı çoğunlukla daha yüksek maliyet ve bazı sensörlerde ışık duyarlılığı ya da dinamik aralık açısından ödünle gelir. Makine görüşü ve endüstriyel kameralarda yaygındır; ancak çoğu standart güvenlik kamerasında yoktur.

Genel gözetimde, yani avlu, koridor, depo giriş kapısı gibi normal hızlı sahnelerde, doğru ayarlanmış rolling shutter kamera çoğu zaman yeterlidir. Global shutter, eğriliği çözer ama gece sahnesindeki ışık sorununu, bulanıklığı veya yanlış montaj açısını kendiliğinden çözmez; yine kısa enstantane ve yeterli aydınlatma gerekir.

Bir kameranın global shutter içerip içermediği pazarlama başlığından değil, üreticinin datasheet'inden doğrulanmalıdır; sensör adı, "global shutter" ifadesi ve okuma tipi teknik dokümanda yer alır. Datasheet'te yazmıyorsa bunu varsaymamak gerekir. Aynı marka içinde bile modelden modele değişebilir, bu yüzden model kodu bazında kontrol edin.

Global shutter'ın gerçek fark yarattığı senaryolar sınırlıdır:

• Plaka tanıma: Hızlı geçen araçta plaka karakterlerinin eğik ve kaymış okunmaması istenen, özellikle de yüksek hızda geçişlerde.
• Hızlı bant ve konveyör: Sürekli hareket eden ürünün her karede aynı geometride yakalanması gereken üretim hatları.
• Kantar ve tartı girişleri: Aracın kısa süre içinde kamera önünden geçtiği ve plaka ya da konteyner numarasının net alınması gereken noktalar.
• Turnike ve geçiş noktaları: Hızlı geçen kişide yüz veya kart görüntüsünün çarpılmadan alınması gereken yerler.

Kamera arayüzünde enstantane üst sınırı ve gain dengesi nasıl ayarlanır?

Doğru ayar, enstantane üst sınırını hareketin hızına göre kısıp kaybedilen parlaklığı gain ve aydınlatma ile geri kazanmaktır. Çoğu kamera arayüzünde bu değerler Image / Exposure menüsünde yer alır; adlar markaya göre değişir: Exposure Mode, Max Shutter, Shutter Limit, Max Gain, Gain Limit.

Adım adım izlenebilecek yöntem şöyledir:

• Sahneyi tanımlayın: yaya mı, araç mı, hangi hızda, hangi mesafeden geçiyor? Montaj açısını ve mesafeyi önce düzeltin.
• Gündüz ve gece için ayrı hedef koyun: yaya izleme için en azından 1/100 s – 1/250 s, araç ve plaka için 1/500 s ve daha hızlısı gerekebilir; kesin değer sahnede deneyerek bulunur.
• Pozlama modunu Otomatik'ten Öncelikli Enstantane (Shutter Priority) ya da Manuel'e alın; modelde yoksa maksimum enstantane değerini hedef süreyle sınırlayın.
• Maksimum gain'i bir tavanla sınırlayın; gain yükseldikçe gürültü de artar, bu yüzden görüntü kullanılabilir olduğu en yüksek gain değerinde bırakılmalıdır.
• Yetersiz parlaklık kaldıysa ışığı artırın: kızılötesi menzili sahneye yetmiyorsa ya da gerekiyorsa beyaz ışık ekleyin. Kızılötesi menzil değerlerinin gerçekte ne anlama geldiği ayrı bir rehberde anlatılır.
• Power Line Frequency'yi 50 Hz yapın, LED ışık altında bantlama kontrol edin; gerekirse enstantaneyi 1/100 s ve katlarına çekin.
• Gece ve gündüz kayıtlarından ekran görüntüsü alıp plaka ve yüzün gerçekten okunabilir olduğunu doğrulayın; canlı izleme ile kayıt netliği farklı olabilir.

Bayifi'de bu konuyla ilgili nereye bakılır?

Plaka tanıma, hızlı geçiş ya da LED aydınlatmalı sahne gibi özel ayar gerektiren işler için bölgenizdeki kurulumcuları bayiler dizininden bulabilirsiniz. Kamera ve ilgili ürünleri toptan karşılaştırmak ve stok durumuna bakmak için pazar bölümü kullanılabilir.

Kurulum veya toptan satış yapan bir firmaysanız kaydol sayfasından firmanızı ekleyebilirsiniz. Model bazlı global shutter ve enstantane sınırı gibi özelliklerin kesin bilgisi her zaman üreticinin güncel datasheet'inden alınmalıdır.