О пользе правильной настройки камеры с помощью экранного меню

Какие параметры для камер наблюдения выбрать?

Выбор матрицы IP-камеры

Матрица получает изображение с объектива и преобразует его в цифровой поток. Качество картинки зависит от чувствительности матрицы. Чувствительность указывают в люксах (лк). Люкс — производное одного люмена (измеритель светового потока) на один квадратный метр. Параметр показывает минимальное количество света, необходимое для формирования изображения — 0.1 ~ 0.9 лк, 0.01 ~ 0.09 лк, 0.001 ~ 0.009 лк. Чем больше нулей после точки, тем чувствительнее матрица, тем качественнее картинка, тем дольше IP-камера не переходит в черно-белый режим. Матрица с чувствительностью 0.001 ~ 0.005 лк выдает более качественное изображение и способна формировать цветное видео при свете уличных фонарей — если этому не мешает апертура объектива.

Апертура — относительное отверстие, пропускающее свет. Чем меньше цифра, тем больше света поступит на матрицу. Светосила объектива с апертурой F/1.2 выше, чем с F/2.0 — отверстие больше, света проходит больше. Мало пользы от чувствительности 0.001 лк, если этот свет есть в области наблюдения, но не пройдет к матрице.

Для IP-камеры, поставляемой без объектива, принято указывать чувствительность для оптики с F/1.2. Некоторые производители хитрят и указывают для F/1.2, когда камера укомплектована объективом с F/2.0. Фактическая чувствительность будет ниже указанной. Кроме того, производители по-разному ее измеряют — в разных условиях, с другим объективом. Как же выбрать IP-камеру с хорошей чувствительностью?

Обратите внимание на размер матрицы. Чем крупнее сенсор, тем по факту выше чувствительность (1/4 меньше 1/2.8)

Тем ниже шум: на маленькой матрице меньше межпиксельные изолирующие элементы, из-за чего повышается нагрев, ухудшающий соотношение сигнал/шум.

Слишком больших матриц не бывает: единственное ограничение — цена.

К сожалению, нет универсального рецепта по выбору чувствительности. Помогает опыт, но если его нет, лучше обратиться к специалистам, в идеале — к производителю.

Тип матрицы (CCD ПЗС, CMOS КМОП)

Существует 2 типа матриц камер видеонаблюдения: CCD (на русском — ПЗС) и CMOS (на русском — КМОП). Они отличаются как устройством, так и принципом действия.

CCD CMOS
Последовательное считывание из всех ячеек матрицы Произвольное считывание из ячеек матрицы, что уменьшает риск смиринга — появления вертикального размазывания точечных источников света (ламп, фонарей)
Низкий уровень шумов Высокий уровень шума из-за так называемых темповых токов
Высокая динамическая чувствительность (больше подходят для съемки движущихся объектов) Эффект «бегущего затвора» — при съемке быстро движущихся объектов могут возникать горизонтальные полосы, искажения картинки
Кристалл используется только для размещения светочувствительных элементов, остальные микросхемы нужно размещать отдельно, что увеличивает размеры и стоимость камеры Все микросхемы можно расположить на одном кристалле, что делает производство камер с CMOS-матрицами простым и недорогим
Благодаря использованию площади матрицы только под светочувствительные элементы, возрастает эффективность ее использования — она приближается к 100% Низкое энергопотребление (почти в 100 раз меньше, чем у ПЗС матриц)
Дорогое и сложное производство Быстродействие

Долгое время считалось, что матрица CCD дает гораздо более качественное изображение, чем CMOS. Однако современные матрицы КМОП зачастую практически ничем не уступают ПЗС, особенно в том случае, если к системе видеонаблюдения нет слишком высоких требований.

Размер матрицы

Обозначает размер матрицы по диагонали в дюймах и пишется в виде дроби: 1/3″, 1/2″, 1/4″ и т. д.

Стандартно считается, что чем больше размер матрицы, тем лучше: меньше шумов, четче картинка, больше угол обзора. Однако на самом деле лучшее качество изображения обеспечивает не размер матрицы, а размер ее отдельной ячейки или пикселя — чем он больше, тем лучше.
Поэтому при выборе камеры для видеонаблюдения нужно рассматривать размер матрицы вместе с количеством пикселей.

Если матрицы с размерами 1/3″ и 1/4″ имеют одинаковое количество пикселей, то в этом случае матрица 1/3″, естественно, будет давать лучшее изображение. А вот если на ней пикселей больше, то нужно брать в руки калькулятор и подсчитывать примерный размер пикселя.

К примеру, из приведенных ниже расчетов размера ячейки матрицы можно увидеть, что во многих случаях размер пикселя на матрице 1/4″ оказывается большим, чем на матрице 1/3″, а значит, видеоизображение с 1/4″ , хотя она и меньше по размеру, будет лучше.

Размер матрицы Количество пикселей (млн) Размер ячейки (мкм)
1/6 0.8 2,30
1/3 3,1 2,35
1/3,4 2,2 2,30
1/3,6 2,1 2,40
1/3,4 2,23 2,45
1/4 1,55 2,50
1 / 4,7 1,07 2,50
1/4 1,33 2,70
1/4 1,2 2,80
1/6 0,54 2,84
1 / 3,6 1,33 3,00
1/3,8 1,02 3,30
1/4 0,8 3,50
1/4 0,45 4,60

Характеристики объективов для камер видеонаблюдения

Первое, на что необходимо обратить внимание — фокусное расстояние объектива (f), которое напрямую влияет на угол обзора видеокамеры, причем зависимость между этими величинами обратно пропорциональна: чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора (объекты сцены при этом оказываются визуально дальше), и наоборот.

Фокусное расстояние, (мм) Угол обзора, (°) Оптимальная дистанция до объекта, (м)
2.8 86 0–5
3.6 72 0–6
6 48 5–10
8 30 10–20
12 25 25–35
16 17 35–50

В камерах видеонаблюдения с вариофокальным объективом фокусное расстояние изменяется в широких пределах. Для расчета угла обзора при различных значениях f можно воспользоваться следующей формулой:

α = 2arctg(d/2f)

В приведенном выражении:

  • α — угол обзора камеры (в градусах);
  • d — горизонтальный или вертикальный размер светочувствительного сенсора (в мм);
  • f — фокусное расстояние объектива (в мм).

Следует помнить, что здесь не учитывается явление сферической аберрации, особенно ярко выраженной у короткофокусных (f < 28 мм) объективов. Термин обозначает погрешность получаемого изображения, вызванную несовпадением фокусов лучей света, проходящих через собирающую линзу на разных расстояниях от оптической оси, из-за чего периферические участки кадра искажаются и реальный угол обзора оказывается меньше расчетного. Данное явление получило название дисторсии. Ее вычисление является достаточно сложной процедурой: как правило, калибровка камеры осуществляется эмпирически во время монтажа, при этом целевые показатели искажений лежат в пределах 5–10%.

Переменная «d» требует дополнительных пояснений. В технических спецификациях камер видеонаблюдения запись вида «⅓ дюйма» указывает на диагональ светочувствительной матрицы, ширина и высота которой могут иметь соотношение 4:3 или 16:9. Как следствие, размеры двух матриц разных форматов с идентичной диагональю будут отличаться.

Диагональ матрицы Формат
4:3 16:9
дюймы мм Ширина, мм Высота, мм Ширина, мм Высота, мм
1/4 4.23 3.39 2.54 3.69 2.08
1/3 5.64 4.52 3.39 4.92 2.77
1/2.8 6.05 4.84 3.63 5.27 2.96
1/2.7 6.27 5.02 3.76 5.47 3.07
1/2.5 6.77 5.42 4.06 5.9 3.32
1/2 8.47 6.77 5.08 7.38 4.15

Поскольку, как мы выяснили, фокусное расстояние объектива определяет не только горизонтальный угол обзора, но и оптимальную дальность, опираясь на данный параметр можно приблизительно определить дистанции обнаружения, распознавания и идентификации для конкретной модели видеокамеры.

Фокусное расстояние, (мм) Дистанция обнаружения, (м) Дистанция распознавания, (м) Дистанция идентификации, (м)
2.8 23.33 4.66 1.86
3.3 27.5 5.5 2.2
3.6 30 6 2.4
4.2 35 7 2.8
6 50 10 4
8 66.66 13.33 5.33
9 75 15 6
12 100 20 8
22 183.33 36.66 14.66
50 416.67 83.33 33.33

Давайте потренируемся использовать полученные знания на практике. Предположим, расчетная дистанция обнаружения должна составлять 100 метров, распознавания — 20 метров, а идентификации лиц — от 2 до 8 метров. Сверившись с таблицей, выясняем, что для наших нужд вполне подходит уличная IP-камера для слежения IPEYE HB1-R-2.8-12-02 с вариофокальным объективом 2.8-12 мм.

Данная модель получила светочувствительный сенсор размером ⅓ дюйма и поддерживает видеозапись в максимальном разрешении 1280 x 720 пикселей, что соответствует формату 16:9. Воспользуемся формулой α = 2arctg(d/2f), чтобы определить горизонтальный угол обзора видеокамеры:

  • при фокусном расстоянии 2.8 мм горизонтальный угол обзора составит α = 2arctg(4.92/2*2.8)=82.6°;
  • при фокусном расстоянии 12 мм горизонтальный угол обзора составит α = 2arctg(4.92/2*12)=23.2°.

Теперь мы располагаем всеми необходимыми сведениями для того, чтобы подобрать оптимальную точку монтажа для обеспечения безупречной работы системы видеоаналитики.

Виды WDR и его отличие от BLC

В обычной ситуации камера вынуждена фиксировать участки различной освещённости, используя одну и ту же выдержку. При использовании функции WDR сначала задействуется более высокая выдержка для фиксации хорошо освещенных участков, а затем более низкая – для затемнённых, и из совмещения нескольких видов снимаемых областей и формируется финальное изображение.

Аппаратная реализация WDR носит название RealWDR и может обозначаться как DoubleScan при применении двукратного сканирования, либо как QuadroScan – для четырёхкратного. Существует и программная реализация технологии, называемая DWDR или D-WDR (Digital WDR – программный WDR), которая, конечно, не столь эффективна и представляет собой своеобразный фильтр, применяемый к изображениям, наподобие тех, что используются в программе Adobe Photoshop. Данный фильтр приводит к возрастанию яркости на тёмных участках и к уменьшению шумов.

Заметим, что при использовании DWDR наблюдается значительно меньшая детализация изображения, чем для аналогичной съёмки с применением RealWDR, поскольку здесь корректировке подвергается уже полностью сформированное изображение (представленное единичным кадром).

Также не следует путать данную технологию с функцией BLC (Back Light Compensation – компенсация задней подсветки), которая обеспечивает автоматическую настройку камеры, подгоняя параметры съёмки под нужный уровень компенсации воздействия встречного света. По сути, это просто подсветка, которая оказывается полезна в тех случаях, когда наблюдаемый объект освещён ярким светом, направленным сзади (при съёмке человека, заходящего с улицы в помещение; автомобиля, едущего с включёнными фарами, и др.).

В отличие от BLC, технология WDR позволяет добиваться более чёткого изображения за счёт того, что зона применения соответствующего фильтра в ней не ограничивается отдельными участками, а происходит равномерная обработка всего кадра.

Таким образом, можно провести следующую градацию всех технологий, используемых для компенсации эффектов засветки:

  1. BLC — базовая функция.
  2. D-WDR – некоторый компромиссный вариант
  3. WDR – позволяет добиваться самого качественного изображения.

Разновидности WDR

Существуют следующие типы функции:

  1. RealWDR или DoubleScan (названия одного вида) необходимы для двойного сканирования. QuadroScan для 4-кратного. Все наименования представляют собой аппаратную реализацию Wide Dynamic Range.
  2. DigitalWDR, программный Wide Dynamic Range, ATR – программная реализация технологии.

Аппаратная реализация характеризуется тем, что за 1 кадр матрица осуществляет 2 или 4 сканирования с разной задержкой. Одно сканирование проводится с продолжительной выдержкой для прибавления света темным местам. Второе – короткая выдержка, предназначенная для оптимального изображения засветленных участков. Обе зоны суммируются, и в результате образуется один качественный и четкий снимок.

Программная реализация ведет обработку обычных картинок, наподобие приложения Adobe Photoshop. Она увеличивает яркость в затемненных местах и снижает посторонние звуки. Проблемные участки становятся четкими, понятными, если применено реальное сжатие для видеоклипа Мп измерения.

Набор дополнительных функций.

Для улучшения качества изображения в видеокамеры зачастую встроены вспомогательные функции, такие как:

Автоматическая регулировка усиления (AGC) – сглаживание изменения уровня видеосигнала и его усиление при уменьшении освещенности сцены для получения более качественного изображения.

Отношение сигнал/шум – степень появления на изображении «снега». Измеряется в децибелах (дБ). На высокое соотношение сигнал/шум камеры (от 45 дБ) влияет уровень освещенности объекта, светосильный объектив, высококачественная ПЗС матрица и цифровая фильтрация шумов в электронных схемах камеры наблюдения.

DSS/Digital Slow Shutter – функция цифрового накопления заряда, известна также как Sens-up. Повышает чувствительность матрицы путем уменьшения скорости затвора.

Компенсация заднего света (BLC) – сглаживает освещенность по всему углу обзора видеокамеры. Необходима при организации наблюдения на объектах с ярким задним фоном.

Компенсация встречного света (HLC) – улучшает отображение объектов, оказавшихся засвеченными ярким встречным светом.

Баланс белого – служит для правильной цветопередачи изображения на объекте при использовании различных типов источников света.

2D и 3D DNR (2D/3D Digital Noise Reduction) — методы цифрового подавления шумов в изображении, появляющихся при недостаточном освещении. Данная функция крайне важна, поскольку наличие шумов в видеосигнале негативно сказывается на качестве изображения и дальнейшей обработке сигналов.

D-WDR (Digital Wide Dynamic Range) – функция использования расширенного динамического диапазона с высокой цифровой обработкой сигнала. Позволяет получать изображения высокого качества как ярких, так и темных участков одного кадра.

What Is WDR, AWB, AGC, BLC, HLC?

WDR

Wide Dynamic Rangehelps balance washed out video that has a large dynamic range. Dynamic range is a general term for differences in ratios between measurable quantities of something. In WDR this refers to the ratio between the lightest and darkest elements of the image. This is especially prevalent in areas with a lot of natural light like offices or retail stores with large windows. Cameras that have WDR capabilities come with a sensor fitted with two image sensors of the Charge Coupled Device (CCD) type. One of these sensors is for high speed, the other is for low speed image/video capture. They work together to make multiple scans of a scene to provide one balanced and unwashed image that is clear for the user. Two scans are taken of each video frame, instead of one scan like typical cameras. The first scan takes the image in normal light conditions while the other scans the image at high speed to get an image with a strong light in the background. The image processor in the CCDs takes it from there, and then goes on to combine the two images to form one usable view for the user, incorporating both the indoor and outdoor light and clarity. This feature however, is completely dependent and restricted by the actual image sensor that is built into the camera. This is why it is important to understand the quality needed in the product and make sure that a camera has quality components before you buy it.

Digital Wide Dynamic Rangeis the manufacturer’s answer to providing a key feature cheaply. DWDR relies on the DSP chip instead of the image sensor to provide WDR. While nice to have, especially instead of not having any similar features, DWDR seems to be inferior overall to WDR. There are a few reasons for this that we will explore. Where WDR uses Double Scan technology, DWDR uses a digital pixel related manipulation feature. It adjusts each individual pixel of the image and calculates exposure accordingly. Its similar to the differences between digital zoom and optical zoom, the original image that it is modifying is better before any digital effects. Therefore, this technique has some limitations. It’s been said that DWDR cannot do much for the very bright pixels, and just brightens the dark ones to compensate for exposure differences. The fact that it is intensely manipulating the pixels leads to the overall image being noticeably more grainy and pixelated. Overall DWDR is a feature that is offered to compensate for a lack of actual WDR which requires more costly image sensors to manufacture the camera.

AWB

White balance (WB) is the process of removing unrealistic color casts, so that objects which appear white in person are rendered white in your photo. Proper camera white balance has to take into account the «color temperature» of a light source, which refers to the relative warmth or coolness of white light. Our eyes are very good at judging what is white under different light sources, but digital cameras often have great difficulty with auto white balance (AWB) — and can create unsightly blue, orange, or even green color casts. Understanding digital white balance can help you avoid these color casts, thereby improving your photos under a wider range of lighting conditions.

AGC

Automatic Gain control is a critical, though often overlooked, factor in low light surveillance video. It is generally only noticed when the negative side effective of aggressive gain levels are seen, namely noise / snow on screen.

BLC

Backlight compensation is a feature that camera companies have been utilizing for some time now. When someone is say sitting in front of a window, or coming in from outside, there is a lot of natural light behind this person. When a camera is aimed in their direction, the camera is picking up all this natural light behind them, therefore the object or person in the foreground becomes very dark, almost silhouette like. Such video is not good for security personnel trying to determine who this person is.

HLC

Highlight compensation is a feature that came out of necessity due to overexposure from strong light sources like headlights or spotlights. This feature senses strong sources of light in video and compensates for exposure on these spots to enhance the overall quality. HLC is very helpful in preventing blinding of security cameras at night time from headlights. License plate readability is a feature nearly everyone wants and expects from their security cameras placed in parking lots and entry points. Without HLC this is something that is simply impossible due to the bright, glaring nature of headlights.

АРУ (Automatic gain control AGC)

Автоматическая регулировка усиления (АРУ или AGC — Automatic Gain Control) служит для поддержания максимального уровня видеосигнала на выходе камеры в пределах 0,7 В. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) характеризуется глубиной АРУ и выражается в децибелах. Глубина АРУ у различных видеокамер может быть от 12 дБ до 30 дБ.

Чтобы можно было записать изображение при низкой освещенности, не изменяя при этом значение выдержки или глубину резкости, используется электронное усиление слабого сигнала датчика, и это позволяет получить более яркое изображение. Побочный эффект такого подхода заключается в том, что крошечные несовершенства картинки также усиливаются и воспроизводятся на изображении как помехи. Такие помехи ухудшают качество изображения и обычно приводят к увеличению трафика для передачи видеопотока.

Чем значение AGC выше, тем больше в кадре появляется шумов, но при этом изображение будет более яркое.

Характеристики — основной путеводитель

Основные технические характеристики IP-камеры видеонаблюдения — это то, на что следует ориентироваться в первую очередь. Из базовых стоит выделить:

  • тип матрицы и разрешение;
  • качество оптики — объектив;
  • частота смены кадров;
  • корпус (для выбора уличной камеры видеонаблюдения).

С какой матрицей лучше выбрать камеру

Изучая техническое описание IP-видеокамер, можно встретить две аббревиатуры, относящиеся к матрице: CCD или CMOS. Последние встречаются чаще (особенно в недорогих моделях), имеют низкое энергопотребление и высокое быстродействие, а также отличаются более качественной съёмкой ярких объектов. Основные преимущества CCD-матриц: хорошая светочувствительность и лучшее восприятие движущихся объектов, благодаря чему их особенно выделяют при покупке автомобильных камер.

Не без оснований, бóльше внимание при выборе любой камеры, падает на разрешение матрицы. Не смотря на то, что для простых домашних камер будет достаточно и 1,3 Мп, рекомендуем выбирать камеры для видеонаблюдения с разрешением не менее 2 Мп

Формат воспроизведения Мегапиксели Разрешение
SXGA 1,3 1280×1024
WUXGA 2,3 1920×1200
QXGA 3,1 2048×1536
WQXGA 4,1 2560×1600
QSXGA 5,2 2560×2048

Чем больше в матрице IP-камеры пикселей, тем больше она захватит мелких объектов, что напрямую влияет на качество изображения. Но вместе с этим, многопиксельная съемка и весить будет соответственно — учитывайте это, при хранении своего видеоархива.

Выбор объектива и настройка фокусного расстояния

Монофокальный, вариофокальный и трансфокальный — не пугайтесь этих слов, они помогут, если не знаете, какой объектив для камеры видеонаблюдения выбрать.

Монофокальный вид объектива имеет определённую величину фокусного расстояния и конкретный угол обзора — изменить эти параметры попросту невозможно. Видеокамеры с такими объективами недороги и несложны в использовании. Если вам не потребуется поворачивать и перетаскивать камеру, этот вариант вполне подойдет. Настраиваемые и упровляемые же IP- камеры оснащены вариофокальными и трансфокальными объективами, с тем отличием, что последние могут регулироваться дистанционно при помощи пульта. Функции фокусировки и масштабирования очень удобны при настройке охвата территории на видеозаписи, особенно если периодически требуется корректировка.

Отличить виды объективов между собой не сложно. В случае с фиксированной съёмкой, в характеристиках будет указано конкретное фокусное расстояние, например, 2,8 мм.  В других случаях, указывают диапазон регулировки — 4,8-120 мм. Объективы с удалённым управлением используют в механических поворотных камерах с функцией PTZ, о которой мы скажем ниже.

Чтобы правильно выбрать фокус камеры видеонаблюдения, воспользуйтесь таблицей перевода углов обзора в фокусное расстояние:

Фокусное расстояние матрицы 1/3″ матрицы 1/4″
Угол обзора по горизонтали Угол обзора по вертикали Угол обзора по горизонтали Угол обзора по вертикали
2,8 мм 82 65 65 52
2,9 мм 80 63 63 50
3 мм 77 62 62 48
3,5 мм 69 55 55 42
3,6 мм 67 53 53 41
3,7 мм 66 52 52 40
3,8 мм 65 51 51 38
4 мм 62 48 48 37
4,2 мм 60 46 46 36
4,4 мм 57 45 45 34
4,5 мм 56 44 44 33
5 мм 51 40 39 30
6 мм 43 33 33 25
7 мм 38 29 29 22
8 мм 34 25 25 19
8,8 мм 31 23 23 17,5
10 мм 27 20 20,5 15,4
12 мм 22,6 17 17 12,8
15 мм 18,2 13,7 13,7 10,3
16 мм 17,1 12,8 12,8 9,6
25 мм 8 11 7,3 5,5
50 мм 4 5,5 2,7 2,8

Не проморгайте: интервал кадров в IP-камере

Частота смены кадров влияет на плавность и естественность видеозаписи. Как и в случае с разрешением, чем выше данные параметры, тем лучше качество, но больше объем получаемого материала. Для комфортного восприятия изображения, рекомендуем выбирать камеры видеонаблюдения со сменой не менее 20 кадров в секунду, 30 — самый оптимал.

Корпусные камеры — на что обратить внимание

На вопрос, как выбрать камеру видеонаблюдения для улицы, ответим: так же, как и любую другую, обращая внимание на те же параметры (матрица, фокус, разрешение и тд.), прибавив к ним характеристики корпуса. Дело в том, что оптика и электроника видеооборудования не выдержит жестоких погодных условий без хорошей внешней оболочки. Поэтому уличные камеры снабжены подогревом, пылевлагозащитой и, часто, антивандальными системами

Поэтому уличные камеры снабжены подогревом, пылевлагозащитой и, часто, антивандальными системами.

ИК-подсветка

Чем больше дальность действия подсветки, тем лучше — неправильный тезис: от подсветки требуется освещение зоны наблюдения — не более. Дальнобойная подсветка — направленный луч, освещающий узкий сектор, а не всю область. К объективу с фокусным расстоянием 2.8 мм такая подсветка не нужна, потому что объект наблюдения вблизи.

Учтите — в темноте область обзора будет в два раза уже. Равнозначно снизится качество картинки, поскольку лучи инфракрасного диапазона великолепно отражаются от дождя, снега, пылевой взвеси, мошкары и прочего.

Нюанс ИК-подсветки с большой дальностью — засветка близко расположенных объектов. Проблема решена адаптивностью: процессор получает данные датчика о расстоянии до объекта и пропорционально меняет мощность диодов. Выбирая IP-камеру с «длинной» подсветкой, убедитесь в адаптивности последней — в даташите будет написано Smart.

Летом в жарких регионах имеет смысл использовать IP-камеры без ИК-подсветки — с отдельно стоящим прожектором. Диоды встроенной подсветки нагреваются, вкупе с высокой температурой воздуха это создает лишний незапланированный шум.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Real shop
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: