WDR w kamerze samochodowej

Dostosowanie wzroku do zmian jasności trwa w naszych oczach ułamek sekundy, ale już w matrycy kamery samochodowej jest znacznie, znacznie trudniej, bo albo przepala jasne obszary, albo okrywa detale cieniem. Właśnie po to powstała technologia WDR, czyli Wide Dynamic Range, jedno z tych rozwiązań, które w specyfikacji producenci pokazują z ogromną dumą. I trudno ich za to winić, bo w praktyce decyduje o tym, czy nagranie do czegokolwiek się przyda.

Czym właściwie jest WDR i jaki problem rozwiązuje?

Kierowca wjeżdża z oświetlonej drogi w cień wiaduktu, a przez ułamek sekundy widzi wyłącznie czarną plamę. Za chwilę mija go auto, którego białe tablice rejestracyjne w snopie reflektorów zamieniają się w białą kartkę papieru. – To typowe przypadki na drodze, które mogą spowodować spory problem z jakością nagrania.

Problem, z którym walczy ta funkcja, jest bardzo łatwy do zauważenia na każdym nagraniu, a diabelnie trudny do rozwiązania. Kiedy w jednej scenie mamy oślepiające niebo i głęboki cień pod drzewami, to tania kamera samochodowa musi wybrać jedną ekspozycję na całość – taką, która zawsze jest niepoprawna, bo uśrednia wszystkie wartości. Ustawi ją więc tak, że niebo się przepala, a cień pozostaje czarny, albo dopasuje do jasnych partii i wnętrze cienia znika kompletnie.

WDR zupełnie zmienia ten sposób działania. Zamiast jednej uśrednionej ekspozycji łączy informacje o różnym poziomie jasności tak, by i jasne obszary, i te najciemniejsze zachowały czytelność. W rezultacie znika efekt, w którym postać wchodząca z ostrego światła staje się nierozpoznawalną, czarną sylwetką, a mimo to zachowuje czytelne szczegóły w tle.

Dlaczego akurat kamera samochodowa jest trudnym przypadkiem?

Kamera samochodowa pracuje w wyjątkowo niewdzięcznych warunkach. Wideorejestrator nie stoi w jednym miejscu, jak np. kamera przemysłowa, tylko nieustannie zmienia otoczenie i oświetlenie, a scena przed obiektywem porusza się z prędkością równą szybkości auta. Musi więc zapewniać szczegółowy obraz mimo ogromnych prędkości, również w ogromnie trudnych warunkach oświetleniowych.

Zaawansowane algorytmy WDR widać najlepiej po:

• wyjazdach i wjazdach z i do tunelu, gdzie jasność zmienia się o rzędy wielkości w ułamku sekundy;
• jeździe pod nisko położone słońce, przy wschodzie i zachodzie, gdy część kadru jest oślepiona, a reszta zacieniona;
• reflektorach aut jadących z naprzeciwka oraz białych tablicach rejestracyjnych odbijające światło, które dla matrycy stają się jednolitą plamą.

Ostatni przypadek jest szczególnie zdradliwy. Biała tablica na białym aucie w snopie reflektorów to jeden z najtrudniejszych testów dla dowolnej kamery, bo odbite światło potrafi zupełnie zamazać numery. WDR redukuje ten efekt.

True WDR kontra Digital WDR – jakie są różnice?

Niestety nie jest łatwo, bo producenci ochoczo stosują skrót WDR, choć określają nim zgoła odmienne technologie. Opiszmy je jak najdokładniej.

• True WDR (nazywany też optycznym lub sprzętowym) opiera się na matrycy i procesorze sygnałowym. Sensor rejestruje kilka ekspozycji w krótkim czasie, jedną dopasowaną do jasnych partii, drugą do ciemnych, a następnie zaawansowane algorytmy łączą je w jeden, zrównoważony kadr. Ponieważ system ten pracuje na realnych danych z matrycy, to świetnie radzi sobie nawet tam, gdzie różnica między najjaśniejszym a najciemniejszym punktem wydaje się niemożliwa do zniwelowania.
• Digital WDR (D-WDR) to zupełnie inna technologia, w której procesor bierze jedną klatkę i programowo obrabia jej piksele, rozjaśniając cienie i przygaszając prześwietlenia. To cyfrowa symulacja WDR, realizowana wyłącznie po stronie oprogramowania. Efekt w umiarkowanie trudnych scenach jest przyzwoity, ale software nie odtworzy informacji, której sensor po prostu nie zarejestrował.

Różnicę najlepiej widać w liczbach, ponieważ skuteczność WDR opisuje się w decybelach, a im wyższa wartość dB, tym szerszy zakres jasności kamera obejmuje:

Jak WDR wygląda w przypadku dobrego wideorejestratora?

W wielu kamerach samochodowych to, co producent podpisuje jako WDR, sprowadza się do inteligentnego sterowania ekspozycją. Urządzenie w locie zmienia wartości EV oraz ISO, żeby kompensować gwałtowne zmiany oświetlenia, na przykład przy wjeździe do ciemnego tunelu w środku słonecznego dnia. To bliżej rozwiązania programowego niż pełnego, sprzętowego True WDR, jaki spotykamy przede wszystkim w klasie profesjonalnego monitoringu.

Rozwiązanie to w typowych warunkach oświetleniowych realnie poprawia czytelność. Trzeba jednak pamiętać, że idealne ustawienie nie istnieje; zawsze balansujemy między dwiema skrajnościami, równie niedobrymi:

• jaśniejsze otoczenie kosztem częściowo przepalonego, prześwietlonego tła;
• ciemniejsze tło, które za to lepiej pokazuje jasne, odbijające światło tablice rejestracyjne.

Właśnie dlatego część lepszych rejestratorów daje możliwość ręcznej korekty ekspozycji obok automatycznego WDR. To dość ważna przewaga, bo kierowca jeżdżący głównie nocą ustawi kamerę inaczej niż ktoś, kto pokonuje długie trasy w pełnym słońcu.

WDR a HDR to nie to samo!

Cel obu technologii jest wspólny, czyli zbalansowanie kontrastu i wydobycie detali z jasnych i ciemnych partii kadru, ale już różnice między podejściem a pochodzeniem stawiają je na zupełnie odrębnych biegunach.

• Sprzętowy HDR realizowany na nowoczesnych matrycach, gdzie różne poziomy sygnału rejestrowane są w jednym momencie, radzi sobie z ruchem lepiej niż klasyczny, wieloklatkowy WDR, bo nie generuje efektu ghostingu na krawędziach szybko poruszających się obiektów.
• Cyfrowy WDR z kolei jest w gruncie rzeczy tym samym co programowy HDR znany ze smartfonów, czyli stanowi software’ową obróbkę pojedynczej klatki.

Nazewnictwo bywa więc mylące i ten sam mechanizm potrafi występować pod dwoma różnymi nazwami, zależnie od tego, jak producent zdecydował się go nazwać na pudełku.

Na co zwracać uwagę przy wyborze kamery z WDR?

Nie wierz w sam skrót na opakowaniu. Zamiast tego sprawdź samodzielnie kilka konkretów, które naprawdę przekładają się na jakość nagrań w trudnych warunkach oświetleniowych.

• Konkretna wartość dB, jeśli producent ją podaje. Sama obecność napisu WDR nie mówi, czy to rozwiązanie sprzętowe, czy programowe.
• Rodzaj WDR, czyli czy mamy do czynienia z True WDR opartym na matrycy, czy z cyfrowym D-WDR działającym na jednej klatce.
• Jakość matrycy i obiektywu, bo WDR to tylko obróbka tego, co zbierze sensor, a słaba baza sprzętowa ogranicza cały efekt.
• Możliwość ręcznej korekty ekspozycji, przydatna, gdy automatyka nie trafia w twój typowy scenariusz jazdy.

Zawsze pamiętaj o zdrowym rozsądku. WDR w każdej postaci potrafi znacząco poprawić czytelność obrazu przy dużym kontraście, ale nie jest wszechmocny i w ekstremalnych sytuacjach, jak reflektory skierowane wprost w obiektyw z bliska, nie odtworzy pełni szczegółów w wysokiej rozdzielczości.

Traktuj więc kamerę z funkcją WDR jako to, czym jest naprawdę – mechanizm istotnie zwiększający szanse na użyteczne nagranie, a nie magiczny program zwiększający czytelność tablicy oraz twarzy osób postronnych w każdych warunkach.