Лазер против камеры видеонаблюдения: что будет с матрицей и защитит ли IP-камеру DC-iris?

Эту статью пришлось переписывать буквально с нуля. И хотя тема очень простая — как мощные лазеры действуют на камеры видеонаблюдения — ответы на нее очень неоднозначные. В интернете полно обрывочной информации, одни о том что лазеры повреждают матрицу, другие — о том что нет, все испытания какие-то несистемные, неправильные, нерелевантные с реальными юзер кейсами.

В общем, я решил расставить все по своим местам окончательно — провести наглядные испытания с какого расстояния и при какой мощности лазера матрица IP-камеры выходит из строя, собрать данные и отчитаться в статье. Вторая задача — проверить гипотезу о том, что регулируемая диафрагма на объективе может помочь спасти матрицу от разрушения.

Однако, реальность оказалась настолько далека от ожиданий, что пришлось менять вообще все условия испытаний, чтобы получить хоть какие-то результаты! Так как же на самом деле лазеры влияют на маленькие сенсоры IP-камер видеонаблюдения? Давайте разбираться!

Зачем вообще все это затеял

Диспозиция такова: очень крупному клиенту потребовалась большая партия камер. Проблема в том, что ему нужны были камеры с АРД — автоматической регулировкой диафрагмы. Если вкратце, то в видеонаблюдении это относительно архаичная технология еще со времен аналоговых AHD-камер со слабыми сенсорами и низким динамическим диапазоном.

На современных сенсорах IP-камер вся экспозиция лежит на цифровом затворе, и регулируемая диафрагма может понадобиться разве что для регулирования глубины резкости на телеобъективах с зумом, я рассказывал об этом в ТГ-канале, или вот в этом видео. Но это обычно дорогие и дальнобойные PTZ-камеры, а тут речь шла об обычных уличных купольных камерах.
На вопрос “зачем” клиент ответил: чтобы хулиганы не сожгли камеру лазером. В его практике такого не встречалось, но кто-то из его инженеров сообщил что камеры обязательно должны быть оснащены АРД чтобы такого не произошло.

Чем долго и мучительно разубеждать клиента, что диафрагма не закрывается целиком и не защищает сенсор от лазера, мы решили провести испытания и показать все как есть.

Испытания

Очевидно, что лазерный луч воздействует на сенсор не бесследно, однако каких-либо внятных и последовательных испытаний нам найти не удалось. Все видео и статьи разнятся от “мы светили полчаса и ничего не произошло” до “малейший блик лазера вызывает необратимые повреждения”.

Поэтому ход испытаний виделся так: беру 4 лазера с ростом мощности по нарастающей, и сперва жгу матрицу с дистанции 5 метров в порядке увеличения мощности, затем под углом, и в конце — с предельной дистанции, на которой самый мощный лазер способен хоть что-то сделать матрице. А потом повторяю все то же самое на камере с АРД.

Для испытаний закупил 4 лазера:

• обычную указку из ларька на 20 мВт;

• зеленую указку помощнее 1000 мВт;

• два синих “чудища” на 50000 и 80000 мВт.

Отметим, что все эти миливатты на маркировке лазеров — фикция, в лучшем случае потребляемая входная мощность, никак не мощность лазерного луча. Лучи с мощностью 50-80 Вт используются в резке и гравировке, маловероятно что они проработали бы хоть сколько-то без полноценного блока питания. Так что буду ориентироваться на эти цифры как на относительное отражение мощности лазеров друг к другу.

Важно также, что мощности последних двух лазеров хватает чтобы поджечь спичку или лист бумаги, но и разряжаются они весьма быстро — пик максимальной мощности находится в пределах пары минут работы, потом мощность падает по экспоненте.

Для испытаний я закрепил как испытуемую камеру, так и лазер на штативах, на расстоянии 5 метров друг от друга — на мой взгляд эта дистанция отражает примерный кейс установки IP-камеры в людном месте. Итак, приступаем…

Дистанция 5 метров

От лазерной указки я ничего особенного не ожидал, хотя именно на ее разрушительных свойствах настаивал клиент. Казалось, что в лучшем случае она максимум засветит сцену, но никак не повредит сенсор.

То что я вижу нельзя назвать даже засветкой — все детали сцены хорошо читаются, разумеется ни о каком вреде сенсору речи и быть не может.

Следующий соискатель на должность убийцы камер — зеленый лазер с маркировкой 1000 мВт на стикере. Светит ярко и далеко, так что гипотетически как минимум ослепит камеру.

Засветка уже ощутимая, хотя такой эффект достигается только при точном попадании лучом на матрицу, строго параллельно оптической оси камеры. А сделать это с 5 метров, даже с жесткими штативами — мягко говоря, непросто.

Повышаем ставки. Следующие два лазера, на мой взгляд, абсолютно одинаковы, несмотря на различие в маркировке (50000 мВт и 80000 мВт) — они питаются от одинакового аккумулятора 18650 на 1,5 А/ч с одинаковой токоотдачей. Оба жгут спички, оба одинаково прожигают бумагу, и одинаково быстро разряжаются.

После их сравнения в дальнейшем я пользовался только вторым — на заявленные 80000 мВт.

На эти лазеры были самые большие надежды: я был уверен, что раз они жгут спички и поджигают картон — матрицу спалят на раз. Однако, вот что произошло:

Засветка очень сильная, и появилась характерная полоса с выбитыми пикселями. Ну вот, что и требовалось доказать — самые мощные лазеры повреждают матрицу! Однако, нет.

После выключения лазера в кадре не оказалось выбитых пикселей, за исключением маленького пятнышка с искаженной цветопередачей. Его видно только на ярком фоне, на темном же она вовсе незаметна. И это при том, что я светили лазером прямо в объектив в течение 5 минут!

Сокращаем дистанцию!

Дальше весь протокол испытаний покатился под гору. Я не ожидал, что самый мощный лазер в свободной продаже нанесет столь жалкие повреждения. А значит никаких углов — ведь эффект исключительно при засвете параллельно оптической оси камеры — и никакого увеличения дистанции, раз уж даже с 5 метров похвастаться абсолютно нечем.

Выход один: убираем всех конкурсантов кроме самого мощного и сокращаем дистанцию сразу в 2 раза. Вот что мы получили с 2,5 метров:

Так же точно, в момент засветки видны выбитые полосы пикселей, но после отключения лазера через те же 5 минут они исчезают. Видны те же повреждения что и в первом случае, хотя на этот раз — гораздо более выраженные. Безусловно, это необратимые повреждения, хотя не особенно влияют на различимость сцены. Условный злоумышленник не сможет вывести камеру из строя подобным образом — камера все еще будет снимать.

Обратите внимание на ширину луча — он явно расфокусирован, но сделать с этим ничего нельзя, на устройстве отсутствуют регулировочные элементы.

Поднимаем ставки до максимума!

Ставим лазер в упор напротив камеры — расстояние между ними около 30 сантиметров. На этот-то раз камера точно сгорит!

Засветка в этот раз мощнейшая, матрица перегружена по всей площади. Спустя 5 минут отключаем лазер.

Неужели?! Но камера все еще снимает, поток идет исправно, перезагрузок и отключений нет. В принципе, немного покривя душой можно сказать, что камера прекрасно снимает:) Во всяком случае, по записям можно будет определить лицо злодея, который ее испортил, и понять куда он побежал.

Разбираю камеру и смотрю на повреждения матрицы.
Характерные точки и оплавления примерно совпадают с дефектами на изображении.

Ну а выводы сделаю позже, ведь у меня впереди тест камеры с регулируемой диафрагмой.

Что же АРД?

Диафрагма по типу DC-iris очень примитивная и простая, ее и ирисной-то назвать нельзя: по рамке двигается одна ламель из плотного пластика под управлением маленького шагового двигателя. Важная особенность: как и любая другая диафрагма, эта никогда не закрывается полностью — небольшое отверстие остается всегда. Есть лишь один случай когда она может быть закрыта — при отключении питания на двигатель она полностью падает на рамку.

Нет никакого смысла тестировать диафрагму в штатном режиме — она все равно закроется лишь до максимального значения, но щель останется, а значит сенсор все так же пострадает. Поэтому я пошел дальше и полностью закрыл диафрагму, отключив питание.

После предыдущих испытаний условия максимально упростил, ведь уже знаю что реально повредить сенсор можно только светя в упор. Фиксирую лазер прямо напротив камеры, на расстоянии около 30 сантиметров, и включаю его на 5 минут.

Первые секунд 30 было просто темно — закрытая диафрагма не пропускала свет. Затем лазер прожег пластиковые ламели диафрагмы, и вот что вышло:

Матрица камеры не получила повреждений, однако ламели диафрагмы сплавились и заклинили — теперь она не открывается. Подобно камере-обскуре она пропускает немного света, так что какое-то расплывчатое изображение есть. Однако, идентифицировать по нему злодея уже гораздо сложнее, чем в первом случае.

Выводы

Самое главное что выяснил — для современных IP-камер луч даже самой мощной лазерной указки не представляет угрозы. Для того чтобы нанести ощутимые повреждения, необходимо светить прямиком в объектив камеры в упор, с расстояния менее метра, причем светить достаточно долго — около 5 минут. За это время даже самый ленивый охранник выйдет из сторожки, чтобы огреть злоумышленника метлой по хребту.

Больше того, даже светя в упор очень трудно удерживать луч на маленьком объективе камеры руками, а вероятность того, что злоумышленник будет носить с собой лестницу и штатив, чтобы испортить камеру, крайне мала (хотя и не равна нулю).

Что касается управляемой диафрагмы, то в случае с простыми DC-iris толку от них немного. Да, сенсор останется целым, но заклинившая диафрагма затруднит идентификацию злоумышленника, и камера по факту все равно останется испорчена и уйдет на ремонт. Так что если бы угроза от лазера была реальна, то АРД от нее не спасал.

Если бы речь шла просто о засветке камеры при помощи лазера, то сделать это можно, с относительно большого расстояния. Но какого-либо ощутимого урона камере лазер не нанесет, скорее всего даже не затруднит работу аналитике. Этот миф родился в 2019 году, во время беспорядков в Гонконге, затем его подхватили при мятеже в Сантьяго и транслируют в медиапространстве до сих пор. Но нет — условия, при которых камера может быть по-настоящему повреждена, пусть даже самой мощной лазерной указкой, воспроизводимы лишь в лаборатории. Надеюсь, мы сумели вам это аргументированно доказать!

https://habr.com/ru/articles/820219/