Z modelu dírkové komory odvozujeme pozemní stopu nakloněné kamery CCTV na stožáru: průsečíky blízké a vzdálené hrany, geometrický mrtvý úhel přímo pod držákem a cílové vzdálenosti DORI podle EN 62676-4 vykreslené jako oblouky na zemi. Každý obrázek níže je vypočítáván živě geometrickým modulem, který je součástí návrháře CCTVplanner — pohybem posuvníků každý výsledek zreprodukujete. Uzavíráme modely projekce objektivu, pastí HFOV/DFOV v katalogových listech, stínováním překážkami, rozpočtem chyb parametrů a předpoklady, za nichž lze modelu důvěřovat.
- zem
- rovina z = 0
- kamera
- optický střed ve výšce z = h
- osy
- +x right · +y forward · +z up
- náklon α
- měřeno směrem dolů od horizontály
- paprsky
- vrhané z optického středu v bázi (f, r, u)
- úhly
- radiány v derivacích; stupně v obrázcích
Čistě geometrický model toho, kam dopadají paprsky kamery. V rámci uvedených předpokladů je geometricky přesný — matematicky precizní, byť omezený v rozsahu. Nesnaží se modelovat:
- kvalitu obrazu ani šum snímače
- artefakty komprese videa
- osvětlení, slabé světlo ani dosah IR
- přesnost detekce pomocí AI / analytiky
1Od zorného jehlanu k pozemní stopě
Dírková komora definuje zorný jehlan: čtyřboký jehlan sahající od optického středu kamery až k hranicím její obrazové roviny. Každý obrazový bod — v diskrétní implementaci střed pixelu — definuje zorný paprsek vedený z optického středu skrz obrazovou rovinu. Abychom nalezli oblast země, kterou kamera pokrývá, protínáme každý paprsek s rovinou země a ponecháváme body ležící v dosahu kamery. Model dírkové komory je zde použit proto, že poskytuje analyticky zvládnutelnou aproximaci, jež odpovídá geometrickým předpokladům EN 62676-4 i publikovaným specifikacím většiny pevných kamer CCTV.
Pro kameru ve výšce h, nakloněnou o α pod horizontálu, s vertikálním zorným polem vfov, je vnější obálka pokrytí vykreslena hranicí obrazu — pro rektilineární projekci ji vymezují samy čtyři rohové paprsky, zatímco u projekcí rybí oko se vzorkuje po celé hranici. U typických instalací (kde ) má tvar přibližně lichoběžníkové stopy se zaoblenými rohy — nikoli trojúhelník ani výseč vycházející z držáku. Jak se blíží k 90° (strmé stropní dómy), spodní hrana obrazu se setkává se zemí u paty stožáru a stopa degeneruje směrem k výseči.
2Průsečík blízké a vzdálené hrany
Každý vzorek obrazové roviny (s_H, s_V) ∈ [−1, 1]² se zobrazuje na směr zorného paprsku v soustavě kamery:
kde f, r, u jsou bázové vektory kamery vpřed / vpravo / vzhůru (otočení a náklon jsou již aplikovány) — právě zde vstupují do geometrie HFOV a VFOV. Protnutím paprsku z optického středu podél d s rovinou země z = 0 získáme každý vzorek stopy. Paprsek spodní hrany (s_V = −1) se setkává se zemí ve vzdálenosti blízké, paprsek horní hrany (s_V = +1) ve vzdálenosti vzdálené:
Pro boční hrany (s_H = ±1) probíhá tatáž konstrukce v horizontální rovině. Pro rektilineární objektivy (převládající optiku CCTV) se tyto promítají do rozbíhajících se přímek — šikmé strany lichoběžníku. Pro objektivy rybí oko je zobrazení zakřivené a stopa se stává zakřiveným diskem.
3Geometrický mrtvý úhel
Pro každou kameru namontovanou nad zemí a nakloněnou méně než nedostává oblast přímo pod držákem žádný paprsek. Vše bližší než d_near je zcela mimo obraz a při pevném náklonu a FOV se mrtvý úhel škáluje lineárně s výškou:
Kamera s náklonem 15° a vertikálním FOV 50° má mrtvý úhel 4,8 m ve výšce 4 m a 23,8 m ve výšce 20 m — poměr 5×, který odpovídá poměru výšek. Poměr plochy mrtvého úhlu k ploše pokrytí je dominantním omezením při umístění na vysoký stožár.
4Rozsahy DORI (EN 62676-4)
Norma DORI (Detect / Observe / Recognize / Identify) definuje cílové hustoty pixelů — Identify 250, Recognize 125, Observe 62,5, Detect 25 px/m. Dané hustoty je dosaženo v konkrétní šikmé vzdálenosti (přímé viditelnosti) od objektivu: vzdálenosti objektu ve zobrazovacím vztahu . Aby návrhář umístil úroveň na 2D mapu, promítne tuto šikmou vzdálenost na zem jako horizontální kružnici o poloměru (modulová funkce slantToGroundRadius), oříznutou stopou. Oblouky jsou tedy horizontální poloměry na zemi odvozené z šikmé vzdálenosti úrovně — rovnají se šikmé vzdálenosti pouze pro kameru na úrovni země a s rostoucí výškou držáku se stahují dovnitř. Oddíl 10 mapuje tyto úrovně px/m na kritéria výšky obrazu, pixelů na stopu a párů čar používaná jinde ve světě.
250 px/m
125 px/m
62.5 px/m
25 px/m
slantToGroundRadius enginu, takže každý popisek ukazuje horizontální poloměr . Zvyšte h a blízké úrovně se stáhnou dovnitř, poté zmizí, jakmile kamera spočine nad koulí šikmé vzdálenosti. Zužte hfov a kužel bude příliš úzký, aby udržel vnější kružnice.Projekce na zem. Šikmá vzdálenost každé úrovně se stává horizontálním poloměrem na zemi:
Kamera namontovaná ve výšce 6 m, jejíž úroveň Identify (250 px/m) je dosažena v šikmé vzdálenosti 8 m, pokrývá horizontální poloměr na zemi 5,3 m (). To je přesně ta projekce, kterou návrhář a exporty do PDF a DXF aplikují na každou úroveň. (Historická záloha — kamery PTZ a kamery bez konfigurace výšky montáže / mrtvého úhlu — kreslí surovou šikmou vzdálenost jako plochý poloměr bez korekce na výšku.)
5Modely projekce objektivu
Různé konstrukce objektivů zobrazují úhel θ od optické osy na poloměr v obrazové rovině r(θ) různě. Tři používané v CCTV:
| Projekce | r(θ) | Typický rozsah |
|---|---|---|
| Rectilinear | HFOV ≲ 120° — většina pevných a varifokálních objektivů | |
| Equidistant | HFOV ≳ 140° — panoramatické / rybí oko | |
| Equisolid | Rybí oko zachovávající prostorový úhel |
U rektilineárních objektivů faktor mimo osu překročí 1, jakmile θ přesáhne 45° (HFOV > 90°), a diverguje jako θ → 90°. Jako numerická aproximace — volba implementace, nikoli vlastnost optiky — CCTVplanner používá rektilineární projekci až do HFOV 170° a poté kvůli stabilitě přepíná na ekvidistantní; ekvisolidní je v geometrické vrstvě podporována pro data výrobců, která ji specifikují.
Past katalogových listů: HFOV vs DFOV
Mnozí výrobci — zejména Dahua, Hikvision, Uniview, Tiandy — uvádějí jediné číslo FOV, které je ve skutečnosti diagonálním zorným polem (DFOV). Vložení DFOV do nástroje, který očekává HFOV, vede ke stopě o 10–15 % příliš široké, přičemž chyba je soustředěna u bočních hran, kde na hustotě pixelů záleží nejvíce. Pro snímač s poměrem stran a (16:9 → a = 16/9):
Zobrazení je nelineární: lákavá lineární zkratka funguje pro úzké objektivy, ale s rozšiřováním pole selhává. Pro snímač 16:9:
| DFOV | Přesný HFOV | Přesný VFOV | Chyba lineárního zjednodušení |
|---|---|---|---|
| 60° | 53.4° | 31.6° | −1.1° |
| 80° | 72.4° | 44.7° | −2.6° |
| 100° | 92.2° | 60.6° | −5.0° |
| 120° | 113.0° | 80.7° | −8.4° |
| 140° | 134.7° | 106.8° | −12.7° |
6Překážky, stíny a viditelná stopa
Zdi a ploty blokují paprsky. Každá neprůhledná překážka je modelována jako polygon nebo lomená čára; každý segment je promítnut směrem od kamery na několikanásobek dosahu vykreslení a sjednocení těchto stínů jednotlivých segmentů je silueta překážky plus vše za ní. Viditelná stopa je pak , pomocí algoritmu rozdílu polygonů Martínez–Rueda.
Pro analýzu zohledňující 3D vrhá překážka nižší než kamera konečný stín na zem. Pro zeď v horizontální vzdálenosti d, výšce kamery h_cam a vrcholu překážky h_obs:
Pro překážka zcela blokuje přímou viditelnost — nekonečný stín, jenž je považován za plně neprůhlednou zábranu. U budov a obecných překážek se tento model konečné výšky uplatňuje vždy, když kamera spočívá nad stavbou; u plotů je podmíněn přepínačem „Použít vertikální výšku (3D)“ (výchozí: neprůhledná zábrana). Matematika konce stínu se nachází v obstacleTypes.ts; obstacleClipping.ts provádí odečet rozdílu polygonů.
7Projekce na více podlaží
Průnik zorného jehlanu se zemí se zobecňuje na libovolnou horizontální rovinu: nahraďte za , vyřešte tutéž rovnici paprsku a roviny pro každý rohový paprsek a výsledkem je stopa na tomto podlaží. Kamera ve druhém patře atria pokrývá přízemí toutéž konstrukcí — jen s jiným z_target a vertikálním posunem.
8Předpoklady a omezení
Každý výše uvedený vzorec spočívá na zjednodušujících předpokladech. Ty platí pro většinu pevně montovaného CCTV, ale za specifických podmínek selhávají — zdokumentovaných tak, aby praktici věděli, kdy modelu důvěřovat.
Předpoklady modelu
- Rovná zem — bez sklonu, bez zakřivení Země.
- Statická kamera při snímání — bez pohybu PTZ, bez vibrací.
- Model dírkové komory — bez zkreslení objektivu Brown–Conrady (k₁, k₂, p₁, p₂).
- Ideální kalibrace — sklon, ohnisková vzdálenost a optický střed odpovídají specifikaci.
- Bez rolling shutteru; celý snímek zachycen v jednom okamžiku.
- Bez naklonění kamery kolem osy pohledu (roll); snímač zůstává horizontální.
- Jediná optická dráha — bez lomu v dómu, bez odrazů.
Kdy selhává
- Svažitý terén — stopa se posouvá asymetricky, chyba ≈ ±h·tan(slope) na metr.
- Zkreslení širokoúhlého objektivu — za hranicí ~110° HFOV se rektilineární projekce může v rozích rozcházet o několik procent (závisí na objektivu, kalibraci a modelu).
- Skleněné dómy — refrakční posun v řádu mm; záleží na něm pouze u vysoce přesného DORI.
- Vícenásobné odrazy v optice — odrazy nejsou trasovány; pouze přímá viditelnost.
- PTZ v pohybu — model dává jedno otočení/náklon; pokrytí je zametená stopa.
- Montážní tolerance — reálné úhly se odchylují o 1–3°; §9 kvantifikuje dopad.
9Citlivost na chyby
Chyby vstupů (výška, náklon, FOV) se propagují do chyby polohy na zemi. Pro blízký průsečík jsou parciální derivace:
Úhlové parciální derivace jsou v radiánech (× pro hodnotu na stupeň). Pro typickou konfiguraci (h = 10 m, náklon = 15°, vfov = 50° → d_near ≈ 11.9 m):
| Parametr | Chyba vstupu | Δ d_near | Poznámka |
|---|---|---|---|
| tilt α | ±1° | ±0.42 m | rozlišení inklinometru |
| tilt α | ±3° | ±1.27 m | montáž držáku od oka |
| height h | ±0.5 m | ±0.59 m | měřicí pásmo, nepřístupný stožár |
| vfov | ±1° | ±0.21 m | zaokrouhlení v katalogovém listu |
| combined | RMS | ~1.4 m | at 3° + 0.5 m + 1° |
Řečeno srozumitelně: chyba montáže o 1° může posunout zónu Identify o více než šířku dveří. Nejistota montážního úhlu převládá: každý stupeň chyby náklonu zde stojí ~42 cm v d_near. Laserový inklinometr s přesností 0,1° udrží chybu způsobenou náklonem pod 5 cm; držák nastavený od oka je přesný na ~±1 m. Pro ověření úrovní DORI — kde kružnice Recognize a Identify mohou ležet 2–3 m od sebe — by měl být náklon měřen, nikoli odhadován.
10Kritéria cílové vzdálenosti napříč normami
DORI je mezinárodní lingua franca, avšak návrhář pracuje podle jakékoli normy, kterou daná jurisdikce vyžaduje. Každý rámec kóduje tutéž fyzikální veličinu — požadovaný detail na dané vzdálenosti — v jedné ze čtyř jednotek: pixely na metr, procento výšky obrazu, pixely na stopu nebo Johnsonovy páry čar. Geometrie výše je identická; mění se pouze způsob odečtu.
| Region | Norma | Jednotka | Detect / Recognise / Identify | vs DORI |
|---|---|---|---|---|
| Intl · EU | IEC / EN 62676-4 (2014·2025) | px/m | 25 / 125 / 250 (Obs 62.5) | referenční žebřík |
| EU legacy | EN 50132-7:2012 | % screen | 10% / 50% / 100% | forma výšky obrazu |
| UK | HOSDB 28/09 · Rotakin | % screen | 10% / 50% / 100%† | = EN 50132-7 |
| AU · NZ | AS 4806.2 → AS/NZS 62676 | % → px/m | 10% / 50% / 100% → DORI | migruje na DORI |
| US | DHS S&T handbook · PPF | px/ft | ~10 / 40 / 80 ppf | DORI × 0,305 |
| China | GB 37300-2018 | px on target | body ≥200 · face ≥300 · plate ≥100 | px na cíli |
| UAE | Dubai SIRA | px/m | 63.5 / 125 / 250 | ≈ DORI |
| India | BIS IS 16910-4 | px/m | = DORI | přejímá IEC 62676-4 |
| Russia | GOST R 51558-2014 ‡ | inter-eye px | face ID ≥60 px IED ‡ | částečné D/R/I |
| Mil · thermal | Johnson 1958 · TTP | line-pairs | 1.0 / 4.0 / 6.4 cyc | podkladový model |
| Face biometric | ISO/IEC 19794-5 · 39794-5 | inter-eye px | ~10 / ~40 / ≥90 (IED) | spodní mez pod Identify |
† Britské Identify = 100 % výšky obrazu (HOSDB 28/09, 2009); dřívější specifikace PSDB 17/94 / Rotakin používala 120 %. Kritéria platí pro referenční osobu o výšce ~1,6–1,7 m. ‡ Ruská GOST R 51558 má zde nízkou spolehlivost — primární text je za platební bránou a sekundární zdroje se neshodují, hodnotu proto berte jako orientační. Biometrie obličeje IED = mezioční vzdálenost (od zornice k zornici): pixelová spodní mez, na níž nakonec spočívá „Identify“.
Ne každá jurisdikce stanovuje číslo. Kanada (RCMP GCPSG-011) a v praxi i Saúdská Arábie (HCIS) vyžadují, aby byl výkon kamery odůvodněn posouzením rizik lokality, nikoli pevným pixelovým cílem, a Japonsko nezveřejňuje žádné specializované kritérium vzdálenosti pro CCTV.
Revize IEC 62676-4 z roku 2025 nahrazuje čtyři úrovně DORI sedmistupňovým žebříkem OODPCVS — Overview, Outline, Discern, Perceive, Characterise, Validate, Scrutinise — při 20 / 40 / 80 / 125 / 250 / 500 / 1500 px/m. Engine CCTVplanner počítá obojí.
Protože všechny čtyři jednotky měří tutéž věc, přesně se mezi sebou převádějí při znalosti rozlišení snímače a velikosti cíle:
Takže jedna vzdálenost v enginu se odečte jako 250 px/m (DORI Identify), 100 % výšky obrazu (EN 50132-7 / HOSDB), 76 px/ft (USA) nebo 6,4 páru čar (Johnson) — táž kamera, čtyři slovníky.
11Časté mylné představy
Čtyři záměny vysvětlují většinu rozdílu mezi návrhem na papíře a tím, co se skutečně nainstaluje — každá je přímým důsledkem výše uvedené geometrie.
12Reprodukovatelnost
Každý vzorec zde je implementován přímo v geometrickém modulu, který je součástí návrháře CCTVplanner — bez aproximace nad rámec numerického vzorkování, ořezávání polygonů a řazení v pohyblivé řádové čárce — a je pokryt sadou jednotkových testů napříč rektilineárními / ekvidistantními / ekvisolidními projekcemi, hraničními případy mrtvého úhlu, pozemní projekcí DORI, polygonově-booleovským ořezáváním překážek a rozšířením na více podlaží. Každý obrázek na této stránce volá tytéž funkce.
Klíčové vstupní body
buildFrustum(args)— báze kamery + metadata zorného jehlanucomputeGroundFootprint(frustum, projection)— vzorkovaný polygon stopyslantToGroundRadius(frustum, slantM)— s kontrolou dosažitelnostisubtractObstacleShadows(footprint, shadows)— rozdíl Martínez–RuedacomputeFloorFootprint(frustum, z, projection)— varianta pro více podlaží
§Reference
- [1]IEC 62676-4:2014 (ve znění změn) — Dohledové videosystémy pro použití v bezpečnostních aplikacích, Část 4: Pokyny pro aplikaci (cílové vzdálenosti DORI). V Evropě vydáno jako EN 62676-4.
- [2]Hartley & Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision, 2. vyd., Cambridge University Press, 2004.
- [3]Kannala & Brandt, „A generic camera model and calibration method for conventional, wide-angle, and fish-eye lenses,“ IEEE TPAMI, 2006.
- [4]Martínez, Rueda & Feito, „A new algorithm for computing Boolean operations on polygons,“ Computers & Geosciences, 2009 — s navazující prací z roku 2013 v Advances in Engineering Software.
- [5]Szeliski, Computer Vision: Algorithms and Applications, 2. vyd., Springer, 2022 (modely projekce, geometrie kamery — standardní reference).
- [6]EN 50132-7:2012 — Poplachové systémy, CCTV sledovací systémy, Část 7: Pokyny pro aplikaci (provozní požadavky na výšku obrazu; nahrazeno EN 62676-4).
- [7]IEC 62676-4:2025 (2. vyd.) — Pokyny pro aplikaci zavádějící sedmistupňový žebřík hustoty pixelů OODPCVS.
- [8]US DHS Science & Technology, Digital Video Quality Handbook, 2013 (aktualizováno 2018) — pokyny pro pixely na stopu pro video veřejné bezpečnosti.
- [9]GB 37300-2018 — Videodohled veřejné bezpečnosti (Čína, povinná), §5.6 požadavky na cílové pixely.
- [10]Johnson, J. (1958), „Analysis of image-forming systems,“ Proc. Image Intensifier Symposium — s nástupcem NVESD Targeting Task Performance (TTP), Vollmerhausen & Jacobs, Opt. Eng. 43(11), 2004.
- [11]ISO/IEC 19794-5:2011 & ISO/IEC 39794-5:2019 — Biometrická data obrazu obličeje (mezioční pixelová kritéria pro rozpoznávání obličeje a registraci).
Výzkum CCTVplanner. Geometrie pokrytí kamerou CCTV. Technická zpráva CP-TN-01, v1.0, 2026. cctvplanner.io/camera-physics
@techreport{cctvplanner-cptn01-2026,
title = {The Geometry of CCTV Camera Coverage},
author = {{CCTVplanner Research}},
number = {CP-TN-01},
version = {1.0},
year = {2026},
url = {https://cctvplanner.io/camera-physics}
}Každý obrázek v této zprávě je generován týmž geometrickým enginem, který používá návrhář CCTVplanner.
Otevřít návrhář