Loch

Was sagt die Lichtempfindlichkeit einer Überwachungskamera aus?

Einbrecher lieben Herbst und Winter: Im Schutz der frühen Dunkelheit haben sie leichtes Spiel bei ihren Raubzügen. Aktuelle Zahlen vom Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft belegen, dass zwischen Oktober und März die Einbruchszahlen um ca. 40 % zunehmen. Umso wichtiger ist in dieser Zeit, dass der Überwachungskamera auch mit wenig Umgebungslicht gute Aufnahmen gelingen – gefragt sind jetzt die Lichtempfindlichkeit der Modelle.


Was ist Lux? Das Maß der Beleuchtungsstärke

Damit wir Menschen etwas sehen können, muss von den Objekten in unserem Blickfeld Licht reflektiert werden und durch unsere Augen auf die Netzhaut fallen. Bei einer Überwachungskamera ist das ähnlich: Von den Gegenständen reflektiertes Licht fällt durch die Kameralinse auf den Bildsensor, wird verarbeitet und so entsteht das Kamerabild. Wenn es dämmerig oder bewölkt ist, wird nur wenig Licht reflektiert, bei absoluter Dunkelheit gar keins mehr. Die Güte einer Überwachungskamera erkennt man unter anderem daran, dass ihr sehr geringe Beleuchtungsstärken ausreichen, um noch klare Farbvideos aufzunehmen. Erst bei absoluter Dunkelheit sind solche Kameras auf Hilfsbeleuchtung angewiesen (z. B. Infrarotbeleuchtung durch integrierte LEDs). Gemessen wird die Beleuchtungsstärke in Lux, abgekürzt lx.

Vergleichen kann man die Lichtempfindlichkeit verschiedener Kameras also anhand der Lux-Werte, die in den Datenblättern in der Kategorie "Mindestlichtstärke" oder "minimal illumination" angegeben sind. Je geringer der dort eingetragene Wert, desto weniger Licht reicht aus.


Lichtempfindlichkeit: Linsen, Blende und Sensor

Wie lichtempfindlich eine Überwachungskamera ist, hängt vor allem von den Linsen im Objektiv, der größten Blendenöffnung und dem Bildsensor ab. Bei jeder einzelnen dieser Komponenten setzen Markenhersteller auf Materialien höchster Qualität und absolut präzise Verarbeitung. Nur so lassen sich Spitzenwerte in der Lichtempfindlichkeit bei gleichzeitig hervorragender Bildqualität erreichen.

Wenn Licht durch das Objektiv fällt, wird es gebrochen, sodass auf dem Sensor eine scharfe Abbildung entsteht. Beim Durchgang des Lichts durch die Linsen geht immer ein Teil der Lichtstärke verloren, was sich physikalisch nicht vollständig vermeiden lässt. Die Größe, Dicke, Form und das Material der Linsen sind entscheidend dafür, wie viel Licht das Objektiv absorbiert. Je geringer die Verluste beim Linsendurchgang, desto besser. Denn nur das hindurchgekommene Licht kann anschließend den Bildsensor anregen.

Wesentlich ist außerdem, wie groß die maximale Blendenöffnung des Objektivs ist. Je größer die Blende, desto mehr Licht kann hindurchgelangen. Aber es kommt nicht nur auf die nackten Zahlen an: Größere Blendenöffnungen sind immer eine Herausforderung an die Objektive, was die Schärfe der Abbildung angeht. Sehr große Blendenöffnungen führen bei Billigprodukten fast unweigerlich zu erheblichen Einbußen. Ein Markenobjektiv erreicht bei Blende 1,2 eine deutlich bessere Abbildungsleistung als ein Preisbrecher mit minderwertigen Linsen und Blende 2 oder sogar höher.

Der Sensor schließlich ist das Herzstück der Kamera. Die ankommende Lichtenergie wird durch ihn in elektrische Energie umgewandelt. Je größer die Sensorfläche, desto mehr Licht kann der Sensor einfangen, und Pixelgröße sowie weitere physikalische Eigenschaften bestimmen die Gesamtempfindlichkeit des Sensors. Auch hier gilt, dass eine hohe Empfindlichkeit allein nicht ausreicht: Besonders in sehr schlecht beleuchteten Aufnahmesituationen neigen billig produzierte Sensoren zu starkem Bildrauschen.

Hohe Bildqualität bei hoher Lichtempfindlichkeit kostet großen Entwicklungsaufwand und stetiges Feintuning aller Komponenten, die optimal aufeinander abgestimmt sein müssen.


Wechselnde Beleuchtungsstärke – Herausforderungen für die Videoüberwachung

Ein Fotograf kann jederzeit beliebig Blitze positionieren oder weit abblenden, um sein Motiv ins rechte Licht zu rücken. In der Videoüberwachung besteht diese Möglichkeit nicht: Eine Überwachungskamera soll ohne Eingriffe des Nutzers funktionieren, bei strahlendem Sonnenschein, bei dunkler Nacht und allem, was dazwischen liegt. Dabei muss sie mit so unterschiedlichen Beleuchtungsstärken von 100.000 lx bis zu weniger als 1 lx (starker Sonnenschein und Vollmondnacht) zurechtkommen. Darüber hinaus sind die überwachten Bereiche in vielen Situationen nicht einheitlich ausgeleuchtet: Manche Teile liegen eher im Schatten oder bekommen nur wenig Licht ab, gleichzeitig werden andere direkt von der Sonne oder künstlichen Lichtquellen angestrahlt.

Solch hohe Kontraste innerhalb desselben Bildes sind besonders schwer auf hohem Niveau zu erfassen. Erschwerend kommt noch hinzu, dass unterschiedliche Oberflächen unterschiedliche viel Licht reflektieren bzw. verschlucken. All das muss eine Überwachungskamera meistern.

Die Lichtempfindlichkeit einiger Kameras reicht bis zu 0,001 lx für Farbaufnahmen und 0,0001 lx für monochrome Aufnahmen. Das ist so wenig Licht, dass es für das menschliche Auge einfach stockdunkel ist. Spezielle Objektive wie das DarkEye SLA mit einer beeindruckenden Blende von 0,95 und Hochleistungssensoren ermöglichen somit nachts die sichere und unauffällige Videoüberwachung.

Auch die Spiotzenkameras mit hoher Lichtempfindlichkeit der benötigen nicht viel Licht: Spitzenmodelle kommen mit 0,0001 lx bei Blende 1,2 aus. Ihre besonderen Stärken haben Kameras mit starker Gegenlichtkompensation in den unterschiedlich stark ausgeleuchteten Szenerien und bei Gegenlicht: Ein Dynamikumfang von 140 dB WDR ermöglicht die hochwertige Aufnahme von starken Scheinwerfern oder Schaufenstern mit Tageslichteinfall direkt neben schwach ausgeleuchteten Orten, ohne dass Dunkles im Schwarz verschwindet oder Helles überstrahlt ist.


Übersicht natürlicher Beleuchtungsstärken:

  • klarer Himmel und Sonne 100.000 Lux
  • Sommertag, bedeckter Himmel 20.000 Lux
  • Sommertag im Schatten, 10.000 Lux
  • Wintertag, bedeckt: 3500 Lux
  • Elite Fußballstadion: 1400 Lux
  • Beleuchtung im TV Studio 1.000 Lux
  • Beleuchtung im Büro: 500 Lux
  • Flurbeleuchtung: 100 Lux
  • Wohnzimmer: 50 Lux
  • Straßenbeleuchtung: 10 Lux
  • 1 Meter entferntes Kerzenlicht: 1 Lux
  • Mondlicht: 0,25 Lux
  • Nachthimmel sternenklar: 0,001 Lux
  • Nachthimmel bedeckt ohne Mond (keine Fremdlichter): 0,0001 Lux
  • Sternenlicht 0,00022 Lux

Zusätzliche Features und Spezialkameras für optimale Ergebnisse

Jede hochwertige Überwachungskamera verfügt über eine automatische Tag-Nacht-Funktion. Die Kamera erkennt damit selbstständig die Lichtsituation und schaltet dementsprechend zwischen verschiedenen Betriebsmodi um. Im Tagbetrieb filtert ein Infrarot-Sperrfilter Lichtanteile heraus, die die Bildqualität beinträchtigen würden. Im Nachtbetrieb ist dieser Filter inaktiv und unerwünscht: Eine für das menschliche Auge weitestgehend unsichtbare Beleuchtung mit Infrarot-LEDs ersetzt bei absoluter Dunkelheit das fehlende Licht.

Die LEDs mit unterschiedlichen Reichweiten bis über 100 Meter sind in vielen Kameras bereits eingebaut. Dabei kommt es nicht erstrangig auf die bloße Anzahl der LEDs an. Wichtiger ist, wie leistungsstark sie sind und wie sie angeordnet sind. Die EXIR-Bauweise ermöglicht eine optimale Ausleuchtung ohne blendende Reflexionen. Auch die smarte IR-Steuerung, die die Leistung der LEDs an das fokussierte Objekt und das restliche Umgebungslicht anpasst, trägt bei Nachtaufnahmen zu bester Bildqualität bei. Noch bessere Ergebnisse sind mit externen IR-Strahlern möglich, die günstig als Zubehör erhältlich sind. Strategisch platziert, z. B. entlang einer Einfahrt, lassen sie die dunkelste Nacht im Kamerabild taghell erscheinen.

Bei den bisher besprochenen Kameras ging es immer um reflektiertes Licht – sei es sichtbares oder Infrarotlicht, das auf den Sensor fällt. Mit solchen Kameras sind Personen eindeutig zu identifizieren. Wärmebildkameras arbeiten grundsätzlich anders: Sie fangen nicht reflektiertes Licht auf, sondern die Wärmestrahlung, die Lebewesen oder Maschinen abstrahlen. Vorteil der Wärmebilderfassung: Selbst dichter Nebel, Regen, Staub und die Abwesenheit jeglichen Lichts (beispielsweise bei Ausfall aller zusätzlichen Lichtquellen) stören nicht die Überwachung. Gesichter lassen sich so kaum erkennen, weil es kaum Unterschiede in der Temperatur der einzelnen Gesichtspartien gibt. Aber verstecken vor einer Wärmebildkamera kann sich niemand. Bi-Spektrale Thermalkameras vereinen die Vorteile beider Techniken, indem sie sowohl für die Wärmebilderfassung als auch die Überwachung mit sichtbarem Licht ausgelegt sind.


Fazit

Je lichtempfindlicher eine Kamera ist, desto bessere Ergebnisse erzielt sie bei sehr wenig Licht. Qualität ist aber nicht allein an den niedrigen Lux-Werten der Mindestbeleuchtung festzumachen. Es kommt darauf an, dass die Bilder auch bei Dunkelheit qualitativ hochwertig sind und nicht rauschen. Das leisten nur Kameras von Markenherstellern. Bevor Anwender eine Überwachungskamera im online Shop kaufen, hilft eine genaue Bedarfsplanung bei der richtigen Auswahl: Wird eine extreme Nachtsicht benötigt? Dann sind Modelle mit integrierten LEDs oder externe IR-Scheinwerfer angebracht. Geht es vor allem um kontrastreiche Aufnahmen und Gegenlichtsituationen? Dann ist nicht die niedrigste Mindestbeleuchtung, sondern der größte Dynamikumfang entscheidend.

Für die alltäglichen Anforderungen reichen oftmals schon weniger spezialisierte, aber hochwertig verarbeitete Kameras, die halten, was sie versprechen.

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