Was ist Wide Dynamic Range?

In diesem Ratgeber erfahren Sie alles rund um das Thema Wide Dynamic Range (WDR) und welcher Zusammenhang mit Videoüberwachung besteht.

Was ist WDR – Großer Dynamikbereich?

Wide Dynamic Range oder zu Deutsch „Großer Dynamikbereich“ bezeichnet die unterschiedlichen Helligkeitsstufen zwischen dunklen und hellen Bereichen in einer Bildszene. Einheitliche Bildszenen mit wenig Helligkeitsstufen (Zum Beispiel ein gut ausgeleuchteter Raum ohne schattige Bereiche) verfügen über einen niedrigen Dynamikbereich. Falls in der Bildszene helle Bereiche (Blick aus dem Fenster bei Tageslicht) und sehr dunkle Bereiche (Kein Licht im Raum) zu finden sind, wird das Tageslicht aus dem Fenster den Rest des Bildes überlichten.

Ebenfalls können die dunklen Bereiche in der Bildszene die hellen Bereiche überlagen, sodass die Bildszene überschattet wird. In beiden Fällen wird das Bild ohne die Funktion Wide Dynamic Range unbrauchbar, da keine Details mehr zu erkennen sind. Aus diesem Grund wird WDR oder auch High Dynamic Range (HDR) in Überwachungskameras integriert.

Das Bild zeigt den Einsatz von Wide Dynamic Range

Ohne Wide Dynamic Range ist der Bereich innerhalb des geöffneten Garagentors kaum zu erkennen. Im linken Bereich des Beispielbildes ist die Funktion WDR aktiviert und erlaubt der Überwachungskamera einen Blick ins Innere der Garage.

Wofür brauche ich Wide Dynamic Range?

Durch den Einsatz von WDR können Überwachungskameras mit unterschiedlichen Helligkeitsstufen in einer Bildszene umgehen und erlauben dadurch eine zuverlässige Überwachung. Die Überlichtung oder Überschattung der Bildszene durch verändernde Lichtverhältnisse stellen kein Problem mehr für die Überwachung eines bestimmten Bereiches dar. Mittlerweile verfügen die meisten professionellen Überwachungskameras über die Funktion Wide Dynamic Range.

Wie funktioniert WDR in der Überwachungskamera?

Eine Überwachungskamera kann immer nur ein bestimmtes Spektrum des tatsächlichen Dynamikbereiches wahrnehmen. Die Realität verfügt hingegen über einen umfassenden Dynamikbereich, welcher weder durch ein technisches Instrument noch durch das menschliche Auge vollständig abgedeckt werden kann. Die nachfolgende Abbildung zeigt den sichtbaren Dynamikbereich einer Überwachungskamera ohne Wide Dynamic Range:

Das Bild zeigt den Dynamikbereich einer Überwachungskamera ohne WDR

Im Vergleich zu dem Dynamikspektrum von einer Überwachungskamera mit WDR zeigt sich deutlich der Unterschied in den unteren und oberen Helligkeitsstufen auf der Dynamikskala.

Der Bildsensor der Überwachungskamera kann mithilfe von WDR ein deutlich größeres Spektrum wahrnehmen und erlaubt die Darstellung von Details in der Bildszene bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Für die Darstellung der Bildszene mit der Funktion WDR können verschiedene Methoden zum Einsatz kommen:

  1. Das Videobild kann aus unterschiedlich lang belichteten Einzelbildern zu einem Gesamtbild zusammengefasst werden. Die Überwachungskamera belichtet demnach dunkle Bereiche der Bildszene länger als helle Bereiche. Dadurch ergibt sich ein detailreiches Gesamtbild, welches aus vielen einzeln belichteten Bildern zusammengefügt wird.
  2. Der Bildsensor der Überwachungskamera passt die Lichtempfindlichkeit jedes einzelnen Pixels je nach Helligkeitseinfall unterschiedlich an. Pixel mit wenig Lichteinfall werden besonders sensibel eingestellt und Pixel mit viel Lichteinfall werden unempfindlich eingestellt.
  3. Die dritte Möglichkeit besteht in der digitalen Nachbearbeitung des Bildes. Dabei verändert die Software des Video Management Systems den Kontrast und die Helligkeit einzelner Bildbereiche nachträglich. Dadurch werden sehr dunkle oder überlichtete Bildbereiche digital optimiert, sodass ein Gesamtbild mit großem Dynamikbereich entsteht.

Wide Dynamic Range in der Dunkelheit

Besonders in der Dunkelheit ist es für Überwachungskameras besonders schwer detailreiche Bildszenen liefern zu können. Aus diesem Grund ist ein großer Dynamikbereich bei Dunkelheit hilfreich, damit kontrastreiche Details in der Bildszene erkannt werden können. Der Schwarz/Weiß-Modus der Kamera erlaubt gemeinsam mit dem eingeschaltet Infrarotscheinwerfer ein aussagekräftiges Bild bei Dunkelheit. Autoscheinwerfer überstrahlen bei Dunkelheit schnell die gesamte Bildszene, sodass es schwierig wird noch etwas erkennen zu können.

Mithilfe von Wide Dynamic Range ist es möglich auch bei grellem Gegenlicht genügend Kontraste erkennen zu können. Dadurch ist es möglich die Buchstaben und Zahlen auf einem KFZ-Kennzeichen zu erkennen, da die dunklen Buchstaben auf einer weißen Reflexionsschicht einen idealen Kontrastunterschied bilden.

Das Bild zeigt WDR bei Nacht

Im oben dargestellten Foto kommt neben Wide Dynamic Range vor allem auch die Gegenlichtkompensation zum Einsatz, da sonst die Autoscheinwerfer die gesamte Bildszene überstrahlen würde. Das Bild zeigt zudem die vielen Helligkeitsstufen von weiß bis schwarz in einer gemeinsamen Bildszene.

Verfügen alle Kameras über Wide Dynamic Range?

Produkte aus dem Consumer-Bereich, wie Digitalkameras, Action-Cams und Co. verfügen mittlerweile weitgehend über die Funktion WDR. Dennoch verfügen Überwachungskameras nicht zwingend über Wide Dynamic Range. Es empfiehlt sich besonders bei preiswerten Modellen vor dem Kauf in das Datenblatt zu schauen.

Vorteile beim Einsatz von WDR

Erlaubt die Sichtung von Details bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen in derselben Bildszene.

Erhöht die Sicherheit, da mehr Details bei schlechten Lichtverhältnissen erkannt werden können.

Nachteile beim Einsatz von WDR

Überwachungskameras mit Wide Dynamic Range können etwas teurer.

WDR erfordert Rechenleistung und kann die Bilder pro Sekunde (FPS) in der Überwachungskamera reduzieren.

20. Oktober 2022

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