Угол обзора камеры с объективом 1.2.8. Зависимость угла обзора от фокусного расстояния объектива видеокамеры. Какой угол обзора выбрать

Windows 10
20.06.2023

Важнейшим параметром камеры видеонаблюдения (даже более важным чем разрешение и чувствительность) является угол обзора или фокусное расстояние объектива. Именно от этого параметра зависит сможете ли вы различить или опознать человека на определенном расстоянии. И очень важно найти правильный компромисс между широким углом обзора видеокамеры и необходимой детализацией изображения.

Новички часто допускают ошибку, считая, что если поставить камеру с высоким разрешением, то и при широком угле обзора, можно будет на достаточном расстоянии распознать человека. Однако, это не так. Вот один полезный совет для правильного подбора фокусного расстояния:

1. Знакомого человека, в поле зрения видеокамеры можно узнать на расстоянии не больше фокусного расстояния объектива видеокамеры в метрах. Например, видеокамера с f=9 мм. позволит узнать человека на расстоянии до 9 м.

2. Незнакомого человека, в поле зрения видеокамеры можно 100% идентифицировать на расстоянии не больше половины фокусного расстояния объектива видеокамеры в метрах. Например, видеокамера с f=9 мм. позволит идентифицировать человека на расстоянии до 4,5 м.

Пример изображения с видеокамеры с разным фокусным расстоянием (углом обзора)

В нижеследующих таблицах указаны горизонтальные и вертикальные углы обзора видеокамер в зависимости от размера матриц и фокусного расстояния объектива.

Формат матрицы 1/4"

Формат матрицы 1/3"

Фокусное
расстояние, мм 		Угол обзора, градусов
По горизонтали По вертикали
2 77 62
2,2 72 57
2,4 67 53
2.8 59 46
3 56 44
3,3 52 40
3,6 48 37
4 44 33
4,5 39 30
5 35 27
6 30 23
7 26 19
8 23 17
9 20 15
10 18 14
12 15 11
16 11 8,6
20 9,1 6,9
25 7,3 5,5
30 6,1 4,6
40 4,6 3,4
50 3,7 2,7
60 3,1 2,3
70 2,6 2,0
80 2,3 1,7
100 1,8 1,4
120 1,5 1,1
67
Фокусное
расстояние, мм 		Угол обзора, градусов
По горизонтали По вертикали
2 100 84
2,2 95 79
2,4 90 74
2,8 81 65
3 77 62
3,3 72 57
3,6 53
4 62 48
4,5 56 44
5 51 40
6 44 33
7 38 29
8 33 25
9 30 23
10 27 20
12 23 17
16 17,1 12,8
20 13,7 10,3
25 11,0 8,2
30 9,1 6,9
40 6,9 5,2
50 5,5 4,1
60 4,6 3,4
70 3,9 2,9
80 3,4 2,6
100 2,7 2,1
120 2,3 1,7

Формат матрицы 1/2.8"

Формат матрицы 1/2.5"

Фокусное
расстояние, мм 		Угол обзора, градусов
По горизонтали По вертикали
2 110 94
2,2 105 88
2,4 100 83
2,8 91 75
3 87 74
3,3 82 66
3,6 77 61
4 71 56
4,5 65 51
5 59 46
6 51 39
7 44 34
8 39 30
9 35 27
10 32 24
12 27 20
16 20,2 15,2
20 16,2 12,2
25 13 9,8
30 11 8
40 8,2 6,1
50 5,5 4,9
60 5,4 4,1
70 4,7 3,5
80 4,4 3,1
100 3,3 2,5
120 2,7 2,0
Фокусное
расстояние, мм 		Угол обзора, градусов
По горизонтали По вертикали
2 114 100
2,2 109 95
2,4 105 90
2,8 96 81
3 92 77
3,3 86 72
3,6 81 67
4 76 62
4,5 69 56
5 64 51
6 55 44
7 48 38
8 42 33
9 38 30
10 34 27
12 29 23
16 22 17
20 17,6 13,7
25 14,1 11,0
30 11,8 9,1
40 8,9 6,9
50 7,1 5,5
60 5,9 4,6
70 5,1 3,9
80 4,4 3,4
100 3,6 2,7
120 3,0 2,3

Многие упускают из виду, что размер матрицы играет не меньшую роль в формировании угла обзора камеры чем объектив. Интересно подметить, что на видеокамере с дешевой матрицей 1/4 и объектиом 2,8 угол обзора будет меньше , чем на стандартной матрице 1/3 и стандартном объективе 3,6 - 59° против 67° по горизонтали!

При проектировании важно учитывать особенности применяемого оборудования, которые в прямом порядке определяют эффективность и качество видеосъёмки. Кроме расположения и технических характеристик камер наблюдения, одним из важнейших составляющих является определение угла обзора, поскольку от этого параметра зависит захват камеры по ширине и высоте, а так же дальность видимости. Для каждой камеры выбор угла обзора должен быть индивидуальным параметром, так как все они расположены в различных местах со своими особенностями. Например, для камеры, установленной в узком коридоре, приоритетным параметром будет узкий захват с дальним направлением, а видеокамеры, что расположены в большом помещении или на открытой площади, должны захватывать более широкую часть пространства.

Существуют типы телекамер, которые оснащаются варифокальными объективами, т.е. объективами, которые позволяют изменять угол обзора изменением фокусного расстояния, тем самым на месте размещения регулировать оптимальный захват и направление. Видеокамеры с трансфокаторами позволяют управлять варифокальным объективом с пульта управления, где сразу же можно отслеживать изменения на экране.

При определении угла обзора видеокамеры, следует учитывать основные функции оптических элементов:

  • Уменьшение фокусного расстояние (F) ведёт к увеличению угла обзора.
  • Увеличение фокусного расстояния, уменьшает обзорности.
  • Чем меньше диагональ размера ПЗС матрицы, тем меньше угол обзора (при одинаковых линзах).

В некоторых случаях, телекамеры видеонаблюдения могут быть оснащены объективами, что обладают углом обзора 120 градусов и более в горизонтальной плоскости (например, дверные видеоглазки, камеры автомобильных видеорегистраторов, камеры «рыбий глаз» и прочие). Изображение, получаемое такими камерами, поддаётся оптическому искажению и выглядит как выпуклая, смазанная по сторонам картинка, на которой весьма сложно рассмотреть мелкие детали и лица людей. Как правило, такие камеры используются для общей оценки событий на объектах.

Объективы видеокамер используют только дискретные значения фокусных расстояний с определённым шагом, который приравнивается к 10-15 градусам по горизонтальной шкале. Как показывает практика, такого шага достаточно, чтобы подобрать оптимальное соотношение для желаемого угла обзора. В случаях, если специфические условия охраняемого объекта, требуют весьма точного определения обзорности, то лучше воспользоваться вариобъективами с ручной настройкой фокусного расстояния или трансфокаторным механизмом, что позволят подобрать оптимальный параметр. Но, стоит учитывать, что цена таких объективов значительно выше и оптическая сила уступает правильно подобранным фиксированным линзам с постоянным фокусным расстоянием.

Ниже представлены значения обзорности для различных матриц, а так же ориентировочные показатели расстояния видимости и распознавания объектов:

Значения для видеокамер с матрицами 1/4 дюйма

Фокусное расстояние, мм
2,5 51.28 65.24 77.32 3.12 1.25
2,9 44.96 57.77 69.18 3.62 1.45
3,4 38.88 50.40 60.93 4.25 1.70
3,5 37.85 49.13 59.49 4.37 1.75
3,6 36.87 47.92 58.11 4.50 1.80
3,7 35.94 46.77 56.79 4.62 1.85
4,0 33.40 43.60 53.13 5.00 2.00
4,3 31.19 40.82 49.89 5.37 2.15
5,5 34.62 32.44 39.97 6.87 2.75
6,0 29.86 36.87 7.50 3.00
8,0 17.06 22.62 28.07 10.00 4.00
12,0 11.42 15.19 18.92 15.00 6.00
16,0 8.578 11.42 14.25 20.00 8.00
25,0 5.496 7.324 9.148 31.25 12.50
50,0 2.750 3.666 4.581 62.50 25.00
75,0 1.833 2.444 3.055 93.75 37.50


Матрица 1/3 дюйма

Фокусное расстояние, мм Угол обзора по вертикали, град Угол обзора по горизонтали, град Угол обзора по диагонали, град Дистанция распознавания, метр Дистанция наилучшего качества
2,5 71.50 87.66 100.38 2.08 0.83
2,9 63.65 79.22 91.94 2.41 0.96
3,4 55.79 70.43 82.84 2.83 1.13
3,5 54.43 68.87 81.20 2.91 1.66
3,6 53.13 67.38 79.61 3.00 1.20
3,7 51.88 65.93 78.07 3.08 1.23
4,0 48.45 61.92 73.73 3.33 1.33
4,3 45.42 58.33 69.80 3.58 1.43
5,5 36.24 47.14 57.22 4.58 1.83
6,0 43.60 53.13 5.00 2.00
8,0 25.36 33.39 41.11 6.66 2.66
12,0 17.06 22.62 28.07 10.00 4.00
16,0 12.83 17.06 21.23 13.33 5.33
25,0 8.23 10.96 13.68 20.83 8.33
50,0 4.12 5.49 6.86 41.66 16.66
75,0 2,75 3.66 4,58 62.50 25.00


Матрица 1/2 дюйма

Фокусное расстояние, мм Угол обзора по вертикали, град Угол обзора по горизонтали, град Угол обзора по диагонали, град Дистанция распознавания, метр Дистанция наилучшего качества
2,5 87.66 104.00 115.98 1.56 0.52
2,9 79.22 95.63 108.11 1.81 0.72
3,4 70.43 86.52 99.27 2.12 0.85
3,5 68.87 84.87 97.62 2,18 0.87
3,6 67.38 83.26 96.02 2.25 0.90
3,7 65.93 81.71 94.46 2.31 0.92
4,0 61.92 77.31 90.00 2.50 1.00
4,3 58.33 73.31 85.85 2.68 1.07
5,5 47.14 60.38 72.05 3.43 1.37
6,0 43.60 56.14 67.38 3.75 1.50
8,0 33.39 43.60 53.13 5.00 2.00
12,0 22.61 29.86 36.86 7.50 3.00
16,0 17.06 22.61 28.07 10.00 4.00
25,0 10.96 14.58 18.18 15.62 6.25
50,0 5.49 7.32 9.14 31.25 12.50
75,0 4.88 6.10 46.87 18.75

Данные значения являются ориентировочными с учётом расположения видеокамеры на высоте 2,5 метра. Вычисление точных значений производятся по формуле:

F = C × D ÷ W

F — это фокусное расстояние объектива, мм.

C — ширина ПЗС-матрицы, мм.

D — расстояние от видеокамеры до объекта, м.

W — ширина наблюдаемого объекта, м.


При определении обзорности необходимо так же учитывать особенность обратной развертки мониторов, при которой изображение на экране отображается не полностью, а с вычетом 10% суммарно с четырёх границ.

Стандартный угол зрения телекамер считается 30 градусов, независимо от формата кадра. Стандартом данное значение стало потому, что это является соответствием оптимальному зрительному восприятию перспективы человеческим глазом.

Руководитель группы технической поддержки Бенедикт Максименко.

Планируя развернуть систему видеонаблюдения, вы неизбежно задаетесь вопросами: куда и сколько установить камер? Как определить наилучшие места их расположения, чтобы избежать «слепых зон»? На каком расстоянии от объектов наблюдения установить камеры, чтобы в итоге получилось достаточно четкое изображение нужных деталей?

На вид и качество изображения большое влияние оказывают не только параметры видеокамеры и объектива, но и их правильное сочетание. Так, иногда отличный, дорогой объектив может давать даже худшее изображение, чем альтернативная дешевая модель.

Расскажем об основных факторах, влияющих на качество и масштаб видеоизображения, которые следует учитывать при выборе объектива для камеры, чтобы по максимуму использовать их возможности и при этом избежать ненужных затрат.

Угол обзора объектива
Одной из важных характеристик систем видеонаблюдения является угол обзора объектива. От него напрямую зависит количество и возможные места установки камер на объекте. Угол обзора объектива определяет величину видимого объекта и масштаб изображения в кадре.

Рис. 1

Из этой схемы видно, что на величину угла обзора напрямую влияет не только фокусное расстояние объектива, но и размеры матрицы:

И если с фокусное расстояние определить довольно легко, зная модель объектива, то с размером матриц не все так просто.

Размер матрицы видеокамеры
В зависимости от соотношения сторон (4:3 или 16:9), у матриц с одной и той же диагональю физические размеры различны (Таблица 1). Поэтому, например, камера на матрице 1/3’’ с соотношением сторон 4:3 дает больший угол обзора по вертикали и меньший по горизонтали, чем камера на матрице с такой же диагональю, но соотношением 16:9.

Формат матрицы Диагональ матрицы (мм) Соотношение сторон
4:3 16:9
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 5.90 3.32
1/2 8.47 6.77 5.08 7.38 4.15
Таблица 1 Зависимость физических размеров матрицы от соотношения сторон

В целях облегчения подбора совместимой оптики и расчета углов обзора обычно заявляют ближайшее из стандартных значений для диагонали матрицы: 1’’, 1/2’’, 1/2.5’’, 1/2.7’’, 1/2.8’’, 1/3’’, 1/4’’. При этом измерять ее принято в видиконовых дюймах. Эта единица измерения, равная 2/3 обычного дюйма, была введена со времен зарождения телевидения, когда приёмным элементом в телекамере служила электронная трубка («видикон»), а размер обозначал её диаметр (в который должен был вписываться с запасом снимаемый кадр).

Помимо этого необходимо помнить, что на некоторых режимах работы камеры часть пикселей матрицы не используется. Поэтому при определении угла обзора следует говорить не столько о размере матрицы, сколько о размере активной области матрицы.

Для наглядности приведем несколько примеров:

N1000 (Рис. 2): для всех возможных режимов работы активная область матрицы остается неизменной.

Рис. 2 N1000. 0.3 Мп, VGA, 1/4’’

Размер матрицы: 3.7 х 2.77мм, диагональ 4,62 мм=1/3.67 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/4’’).

N37210 (Рис. 3): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 30% по вертикали и 25% по горизонтали.

Рис. 3 N37210. 2 Мп, FullHD, 1/2.7’’

Размер матрицы: 5.71 х 3.14 мм, диагональ 6.52 мм=1/2.6 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.7’’). При разрешении 1024х768 размер активной области матрицы уменьшается до 4.58 х 2.32 мм.

BD2570 (Рис. 4): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 50% по вертикали и 25% по горизонтали.

Рис. 4 BD2570. 5 Мп, 1/2.5’’

Размер матрицы: 5.61 х 4.31 мм, диагональ 7.08 мм=1/2.39 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.5’’). При разрешении 1280х720 размер активной области матрицы уменьшается до 4.22 х 2.21 мм.

Из этих примеров видно, что величина матрицы может отличаться от указанной в паспорте, а размер ее активной области - меняться в зависимости от режима работы.

Однако, при вычислении угла обзора следует учитывать не только эту особенность, но и тот факт, что аберрации реального объектива приводят к усложнению расчетов.

В большинстве объективов, используемых в CCTV, повышение качества изображения осуществляется путем усложнением оптической системы с целью уменьшения аберраций, влияющих на разрешающую способность. Это часто приводит к увеличению геометрических аберраций, таких как дисторсия (рис. 5), воспринимаемых как побочный эффект.

Рис. 5 Идеальное изображение без дисторсии (а), изображение с дисторсией типа «подушка» (б), изображение с дисторсией типа «бочка» (в)

Например, положительная дисторсия сокращает угол обзора непропорционально быстро при уменьшении активной области матрицы (синяя рамка на рис. 6).

Рис. 6 Кадры, сделанные объективом с дисторсией (а) и объективом без дисторсии (б)

Этот эффект наблюдается как при смене режимов работы одной и той же камеры, так и при установке объектива на матрицы разных форматов. Например, видимый угол обзора у 8-мм дисторзирующего объектива на матрице 1/2 может быть как у 6-мм, а на матрице 1/3 - как у 7-мм.

Непропорциональное уменьшение угла обзора реального объектива с положительной дисторсией объясняется смещением фокальной плоскости в центре кадра, в отличие от идеального объектива (рис. 7), для которого верны соотношения

Рис. 7 Оптическая схема идеального объектива (а) и реального объектива с положительной дисторсией (б)

Таким образом, спрогнозировать, какими будут качество и масштаб видеоизображения для пары «камера-объектив» можно достаточно точно только если учитывать все влияющие на это параметры видеосистемы. позволяет не просто вычислить области видимости и углы обзора, но и подобрать подходящие объективы для камер BEWARD.

Одним из важных параметров, которые необходимо брать во внимание перед покупкой камеры видеонаблюдения, является угол обзора объектива. От этой величины напрямую зависит то, какая площадь наблюдаемого участка попадет в поле зрения камеры. Например, для получения общего обзора участка или тесного помещения необходимо выбирать камеры с широким углом обзора, а при необходимости сосредоточения на каком-либо определенном объекте – с узким.

От каких параметров зависит угол обзора?

Угол обзора объектива зависит от двух определяющих его параметров:

  1. Фокусное расстояние, которое имеет объектив;
  2. Размер чувствительного элемента (матрицы).

Следует запомнить, что чем большим ФР обладает объектив, тем меньшим будет угол его обзора, поэтому длиннофокусные объективы обладают возможностью наблюдения за относительно удаленными от камеры объектами, а широкоугольные позволяют охватить большую площадь территории или помещения.

Зависимость угла обзора камеры видеонаблюдения от физического размера матрицы также имеет место быть. Так, чем больше размер матрицы, тем большим будет угол обзора, например:

  • Матрица, диагональ которой составляет ¼ будет иметь угол обзора 64° при фокусном расстоянии 2,8;
  • При этом матрица с диагональю ½ будет иметь угол обзора 96°.

Данные расчеты справедливы для обозначения горизонтального угла обзора, для поиска вертикального угла необходимо брать в расчет соотношение вертикальных и горизонтальных сторон матрицы.

Определяем необходимое фокусное расстояние

Практически во всех случаях возникает необходимость выбора оптимального угла обзора камеры, который может быть определен благодаря расчету ФР объектива. По сути, угол обзора является зависимой величиной от фокусного расстояния. Оно может разниться для каждого конкретного случая, и напрямую зависит от:

  • Расстояния до объекта наблюдения;
  • Размера матрицы;
  • Размера наблюдаемого объекта.

Так, например, угол обзора в 100° хорошо подойдет для небольших тесных помещений, но будет непригоден для наблюдения за удаленными на несколько десятков метров объектами – при просмотре на записи просто невозможно будет различить детали объекта. При увеличении фокусного расстояния сужается угол обзора и появляется возможность наблюдения за относительно отдаленными объектами.

Зная несколько и некоторые данные об объекте наблюдения несложно определить необходимое в каждом конкретном случае ФР объектива.

Оптимальное ФР объектива рассчитывают по формуле:

F= h*S/Н или F= v*S/V , где

h – размер горизонтальной стороны матрицы;

S – расстояние до объекта слежения;

H – размер объекта наблюдения по горизонтали;

v – размер вертикальной стороны матрицы;

V – размер объекта наблюдения по вертикали.

Размер вертикальной и горизонтальной сторон сенсора камеры вы можете узнать из данной таблицы:

Для примера рассчитаем простую задачу. Дано: необходимо наблюдать за фасадной стороной небольшого гаража, шириной 4 метра, расстояние до объекта – 10 метров. Размер матрицы – ½ дюйма. Рассчитать подходящее ФР объектива камеры. Для решения воспользуемся формулой, и подставим все необходимые значения:

F=6,4*10/4=16

Рассчитав формулу мы получили, что ФР объектива должно равняться 16, но есть еще один нюанс. Очень важно, чтобы угол обзора камеры был больше рассчитанного, иначе кроме объекта наблюдения больше ничего не будет видно. Поэтому в данном случае оптимальным фокусным расстоянием объектива камеры будет 8-10 мм. Угол обзора при таких значениях будет равен около 35°, и вполне подойдет для видеонаблюдения за гаражом на расстоянии 10 метров. Ниже приведена подробная таблица с углами обзора камер с различными параметрами фокусного расстояния и размерами матрицы.

При необходимости время от времени менять угол обзора, или в любых сложных ситуациях, когда определиться с фокусным расстоянием до покупки камеры бывает проблематично, стоит приобретать камеры с вариофокальным объективом, которые позволяют регулировать угол обзора вручную. Диапазон ФР таких камер обычно лежит в пределах 2,8-12 мм. При использовании вариофокальных объективов вы можете приближать или отдалять картинку без потерь качества благодаря оптическому увеличению объектива.

Какой угол обзора выбрать?

Ответ на этот вопрос зависит от конкретной задачи, ведь каждая ситуация индивидуальна. Например, для видеонаблюдения за большой территорией без необходимости выделения конкретного объекта используют камеры с широкоугольным объективом 2,8-3,6 мм и углом обзора 70-140°.

Угол обзора 60° подобен углу обзора человеческого глаза, и является средним значением. Камеры с таким углом способны передавать детальное изображение с дальностью до объекта наблюдения до 10 м.

Камеры с длиннофокусным объективом и узким углом обзора (10-30°) применяются для наблюдения за отдаленными объектами, расстояние до которых может варьироваться от 20 до 70 метров, и зависит от ФР объектива.

Есть одна интересная особенность, которая позволяет определить расстояние уверенного распознавания объекта, и может служить своеобразной шпаргалкой при выборе камеры. Она заключается в примерном равенстве фокусного расстояния, выраженного в миллиметрах с дистанцией уверенного распознавания в метрах. Например, камера с матрицей 1/3 дюйма и объективом с фокусным расстоянием 12 мм сможет распознать человеческую фигуру на расстоянии 12 метров. На этом расстоянии размер наблюдаемой зоны будет равняться 3 метра в высоту, и 4 в ширину, что позволит достаточно уверенно провести идентификацию человека.

2 комментариев

    Исправьте ошибки в статье о выборе объектива. «Рассчитав формулу мы получили, что ФР объектива должно равняться 16, но есть еще один нюанс. Очень важно, чтобы угол обзора камеры был больше рассчитанного, иначе кроме объекта наблюдения больше ничего не будет видно. Поэтому в данном случае оптимальным фокусным расстоянием объектива камеры будет 20-28 мм.»
    При ФР 20-28 мм угол обзора будет УЖЕ, чем для выбранного Вами ФР 16мм.

Видеокамера – механическое устройство, состоящее из корпуса, объектива и электронного преобразователя оптического изображения в электронный вид сигналов:

  1. Корпус – основной силовой элемент, предназначенный для крепления различных частей одного изделия.
  2. Объектив – оптический элемент, состоящий из одной или нескольких линз с различными диоптриями. Отвечает за создание мнимого или действительного изображения в увеличенном или уменьшенном виде.
  3. Электронный преобразователь, или, другими словами, ПЗС-матрица – интегральная микросхема, состоящая из фотодиодов, преобразующих световой сигнал (изображение) в набор электрических сигналов, с целью дальнейшей передачи их на приёмник (монитор).

Основные характеристики

В любом оптико-механическом устройстве, в том числе и в камере наблюдения, есть ряд важных характеристик, по которым определяется эффективность их работы:

  • фокус и светочувствительность объектива;
  • разрешающая способность;
  • формат ПЗС-матрицы;
  • возможность цифровой обработки сигнала;
  • угол обзора видеокамеры;

Все эти характеристики тесно взаимосвязаны между собой и определяют, собственно мощность оптического инструмента.

Рассмотрим одним из важнейших показателей – угол обзора видеокамеры. Чтобы было понятнее, что это такое, можно провести аналогию с человеческим оптическим инструментом, глазом – это угол зрения, охват максимально видимого пространства.

Угол обзора


Угол обзора, характеризует видимый обхват наблюдаемого пространства. Напрямую зависит от фокусного расстояния объектива и размера ПЗС-матрицы. Так, при одинаковых объективах, угол обзора будет больше у видеокамеры с большей матрицей.

Угол обзора – важный параметр для камеры наблюдения. Чем он больше, тем шире зона наблюдения. Отсюда следует, что при большем охвате наблюдения одной камерой, меньше их понадобится, чтобы контролировать определённую площадь. Для определения количества приборов наблюдения необходимо рассчитать угол обзора.

Расчёт


Расчёт можно производить несколькими методиками.

Угол обзора напрямую зависит от фокусного расстояния. Отсюда следует, что рассчитав последнее, посредством вышеприведённой таблицы 1, можно определить искомый угол.

Формула расчёта выглядит так: f = r*A/L, где:

  1. f – фокусное расстояние объектива.
  2. r – метрическое расстояние до объекта, измеряемое в метрах.
  3. A – размер в миллиметрах одной из сторон матрицы; принимается та, которая определяет плоскость наблюдения: вертикальная или горизонтальная зона наблюдения.
  4. L – размеры объекта в метрах; принимаются в соответствии с размерной стороной матрицы: по вертикали или горизонтали.

Таким образом, будет рассчитан тот угол наблюдения, при котором объект будет занимать почти весь экран монитора. Принимая во внимание важность объекта и целесообразность наблюдения территории находящейся вокруг него, определяется в % та часть экрана, которою может занимать охраняемый предмет.

При этом окончательная формула принимает вид: f = r*A/(100*L/h), где:

  • h – полный размер объекта на экране, выраженный в процентах;

Расчёты вручную по такой методике достаточно трудоёмкое занятие, поэтому были разработаны соответствующие программы для компьютерных вычислений.

Пример расчёта:

Объект наблюдения – въездные ворота на территорию предприятия. Задача, стоящая перед службой наблюдения – фиксировать марки и номерные знаки въезжающих и выезжающих автомобилей.

Исходные данные для расчёта:

  • r = 10 метров, – расстояние от объектива до границы ворот;
  • h = 5%, – размер объекта на мониторе по горизонтали;
  • A = 8,46 мм (1/3”), – размер матрицы;
  • L = 0,52 метра, – размер номерного знака;

Тогда фокусное расстояние объектива составит: f = 10*8,46/(100*0,52/5) = 10,429 мм.

Сверившись с таблицей, видим, что угол зрения камеры составит около 27 градусов.

Угол обзора, можно определить более коротким путём, но надо учесть, что недорогие объективы страдают оптическими искажениями, особенно сильна сферическая аберрация.

Формула расчёта: a = 2arctg(b/2f), где:

  • a – угол обзора видеокамеры, в метрических градусах;
  • тригонометрическая функция (арктангенс);
  • b – размер матрицы в миллиметрах по одной из сторон;
  • f – эффективное фокусное расстояние объектива в миллиметрах;

Пример расчёта:

Объект наблюдения точно такой же, как и в выше приведённом примере. Исходные данные принимаем точно такие же.

Угол обзора составит: a = 2arctg(8,46/2*10,5) = 29 градусов.

Несовпадение результатов вызвано небольшим округлением исходных данных до второго знака после запятой.

Современные короткофокусные объективы позволяют достигать угла обзора свыше 180 градусов (дверные глазки), но здесь возникает другая проблема. Линейные очертания объектов сильно искажаются сферической аберрацией – изображение принимает изогнутую форму. Отсюда следует вывод: чем больше фокусное расстояние, тем чётче виден объект, но под меньшим углом наблюдения.

Чёткость изображения

Чёткость изображения, или разрешение камер наблюдения – это способность устройства уверено фиксировать минимальные размеры объекта наблюдения на определённом расстоянии до камеры.

Разрешение, и соответственно, чёткость изображения зависят:

  • от качества объектива и его фокусного расстояния;
  • от технических характеристик ПЗС-матрицы (количество и качество пикселей);
  • от расстояния: «объектив – наблюдаемый объект»;

Если используется визуальное приёмное устройство (монитор), то добавляются:

  • качество преобразования сигнала в приёмном устройстве (видеорегистраторе);
  • технические характеристики воспроизводящего прибора (монитора);

Для разных камер, – аналоговых и по IT-технологиям (цифровые) чёткость определяется по своим характеристикам.

Аналоговые видеокамеры


Для данного типа камер применяется показатель ТВЛ – телевизионные линии. Показывает, какое количество чередующихся чёрно-белых линий размещается на мерном участке в вертикальной или горизонтальной плоскостях.

Аналоговые камеры, по степени разрешения, подразделяются на приборы:

  • со средним качеством изображения: около 500 пикселей, – соответствует 380…420 ТВЛ;
  • высокая степень разрешения: свыше 750 пикселей, – больше 1000 ТВЛ, соответственно;

В цифровых, IP-камерах, показатель чёткости определяется пикселями, точнее, числом, получаемым от перемножения количества пикселей по вертикали и горизонтали, соответственно. В сопроводительных инструкциях указывается это число, выраженное в мегапикселях.

Многим знакома эта характеристика – так характеризуются свойства видеокамеры в мобильном телефоне.

Расстояние до объекта

На рис.1 (в начале статьи) показано, что объекты «1» и «2», находящиеся под одним и тем же углом обзора, на матрице отображаются одинаково, количество задействованных пикселей на восприятие обоих объектов, равно. Иными словами, количество информации приходит разное, но ближе расположенный объект, обладает меньшим объёмом данных – его детализация получается чётче, мелкие детали не «смазываются», не сливаются друг с другом.

Для того чтобы увеличить разрешение, детализацию объекта, необходимо приблизить объект «2» к объективу. Осуществляется это изменением фокусного расстояния, то есть, камера «наезжает» на объект. Но это применимо только для видеокамер, имеющих объективы с изменяемым фокусным расстоянием («плавающий» объектив).

Возможно оснащение приёмного устройства специальным программным обеспечением, позволяющим обрабатывать полученный цифровой сигнал, с целью увеличения детализации наблюдаемого объекта. Но это повлечёт к значительному удорожанию системы видеонаблюдения.

Примеры зависимости чёткости картинки от фокусного расстояния объектива, угла обзора и расстояния до объекта приведены в таблице:

Фокусное расстояние объектива, мм Горизонтальный угол обзора для матрицы = 1/3”, линейные градусы Возможность обнаружения человека, метры (данные ориентировочные) Возможность идентификации человека, метры (данные ориентировочные) Возможность определения номера автомобиля, метры (данные ориентировочные)
2,8 86 19 1,4 –
3,6 72 25 1,8 –
4,0 67 28 2 5
8,0 36 56 4 5
12,0 25 84 6 8
25,0 12 175 12,5 16
50,0 6 350 25 33
80,0 3,3 560 40 53
120,0 2,1 840 60 80

Примечание: человек с нормальным зрением охватывает около 34…38 градусов в горизонтальной плоскости. Это соответствует примерно 6,9 мм среднего фокусного расстояния с матрицей = 1/3”. Камеры с объективами менее 7 мм (короткофокусные) будут оптически удалять объект; при объективах свыше 7 мм (средне- и длиннофокусные) происходит визуальное приближение объекта.

При расчётах дистанций, за основу принимаются европейские нормы:

  • 20 пикселей/метр – норма для разрешения при обнаружении объекта в поле обзора;
  • 100 пикселей/метр – показатель, применяемый при распознавании объекта;
  • 250 пикселей/метр – разрешение при идентификации;

В тексте приведены определяющие факторы, отвечающие за угол обзора видеокамеры.

Но в процессе эксплуатации возникают такие факторы, влияющие на показатели прибора:

  • нарушение работоспособности объектива, в случае изготовления оптической составляющей из полимерного материала (помутнение объектива);
  • некачественное закрепление корпуса к опорной конструкции (дрожание от порывов ветра или других воздействий);
  • утрата своих свойств смазочной составляющей в конструкции видеокамеры (сложность перемещения самой камеры или объектива);
  • электронные помехи, влияющие на передаваемый сигнал, а также другие различные факторы;

Кроме теоретических расчётов по углу обзора, важными факторами являются:

  • точка установки, должна обеспечить максимальный обзор в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
  • защищенность от воздействия климатических или каких-либо механических воздействий;
  • доступность, при совершении профилактических работ по поднастройке видеокамеры и профилактическому обслуживанию;

Каждый объект требует индивидуального подхода при определении угла обзора, чёткости картинки на мониторе. Всё это определяется при постановке задач по определению параметров наблюдаемой территории и рассчитывается специалистами.