Näkökenttälaskin

HFOV, VFOV ja IFOV – matematiikka jokaisen CCTV-kameran takana

Kameran näkökenttä määräytyy tarkasti kahdella fyysisellä suurella: kuvantunnistimen aktiivisilla mitoilla ja objektiivin polttovälillä. Kaikki muu – megapikselit, koodekit, brändäys, kiinnitystyyppi – on merkityksetöntä kulmasuuntaiselle peittävyydelle. Vaakasuora näkökenttä (HFOV) lasketaan kaavalla HFOV = 2 × arctan(W / 2f), jossa W on tunnistimen aktiivinen leveys millimetreissä ja f on objektiivin polttoväli millimetreissä. Pystysuora näkökenttä (VFOV) käyttää samaa kaavaa tunnistimen korkeuden H kanssa W:n sijaan. Diagonaalinen näkökenttä käyttää tunnistimen diagonaalia. Useimmat CCTV-tekniset tiedot sisältävät vain HFOV-arvot; yllä oleva laskin johtaa sen polttovälien ja valitsemasi tunnistimen esiasettelun perusteella.

Kuvasuhde on merkityksellinen, koska tunnistimen leveys ja korkeus eivät ole riippumattomia. Moderni 16:9 CMOS-anturi, kuten Sony IMX415, on aktiivisen alueen 5,6 × 3,1 mm (1/2,8" optinen muoto). 4 mm objektiivin kanssa tämä antaa HFOV ≈ 70°, mutta VFOV ≈ 42°. 4:3-anturi vastaavalla diagonaalilla antaisi HFOV ≈ 64° ja VFOV ≈ 50°. Laajakulma-määrittely ilman akselin määrittämistä on epäselvä: sama objektiivi näyttää dramaattisesti erilaiselta 16:9- ja 4:3-antureilla.

CCTV-antureiden koot periytyvät vidicon-putkilähtöisestä nimeämisjärjestelmästä eivätkä melkein koskaan vastaa kirjaimellista murto-osaa. "1/3 tuuman" anturi on noin 4,8 mm leveä, "1/2,7 tuuman" on 5,0 mm, "1/2,8 tuuman" on 5,4 mm, "1/2 tuuman" on 6,4 mm, "2/3 tuuman" on 8,8 mm ja "1 tuuman" on 12,8 mm leveä. Kirjaimellisen tuuman murto-osan käyttö missään näkökenttäkaavassa yliarvioi kulmasuuntaisen peittävyyden 30–60 %. Etsi aina aktiivinen mm-leveys anturityökirjan teknisista tiedoista tai luota hyväksi tiedettyihin esiasetteluihin yllä olevassa laskimessa.

IFOV – hetkellistä näkökenttää eli yksittäisen pikselin kulmasuuntaista kokoa – määrää tosiasiassa, voitko tunnistaa kasvojen tai lukea rekisterikilvessä. IFOV milliradianeissa on karkeasti 1000 × pixelväli / polttoväli. 1/2,8" 4 MP-anturilla pixelväli on noin 2,0 µm; 4 mm objektiiville tämä on 0,5 mrad/px eli karkeasti yksi pikseli 2 mm:n välein 4 metrin etäisyydellä. Kerro vaaditulla pikselimäärällä kohteella (tyypillisesti 200 pikseliä kasvoilla tunnistusta varten) ja saat enimmäistunnistusvälin ilman täydellistä DORI-matematiikkaa.

Käytävämoodi kiertää anturia 90°, jotta pitkä akseli kulkee pystysuunnassa – hyödyllinen käytäville, liukuportaille ja kapeille käytäväille. HFOV ja VFOV vaihtavat paikkaa ohjelmistossa ja kamera tuottaa pystysuunnaisen videon. VMS:n on tuettava 9:16-asettelua näyttääkseen sen oikein. Monianturiset ja panoraamakamerat ompeleva päällekkäisiä kehyksiä kahdesta kahdeksaan anturi-objektiivi-parista tuottaakseen jatkuvan laajakulmaisen näkymän – tyypillinen tehokas HFOV on 180° tai 360°, mutta resoluutio liitoskohdissa heikkenee huomattavasti ja pikselitiheys metriä kohden etäisyydellä ei ole parempi kuin yksittäisellä samalla MP-määrällä varustetulla anturilla.

Kallistuskorjaus on tärkeä kaikille kameroille, jotka eivät osoita täysin vaakasuoraan. Jos kamera 4 metrin korkeudella kohdistuu 10 metrin päässä olevaan kohteeseen maalla, vinoetäisyys on √(4² + 10²) = 10,77 m, ei 10 m. Pystysuora näkökenttä kuvaa sekä lähellä että kaukana olevaa maata samanaikaisesti, joten pikselitiheys vaihtelee dramaattisesti projisoidun peittoalueen yli. Useimmat suunnitteluvirheet johtuvat siitä, että insinöörit jättävät tämän huomiotta ja olettavat puhtaan suorakulmaisen maajalanjäljen yhtenäisellä PPM:llä.

Kuinka käyttää tätä näkökenttälaskinta

1. Valitse anturimuoto.Neljä esiasettelua kattavat lähes kaikki tänään toimitetut kiinteän objektiivin kamerat: 1/3" perusmallin putkikameroille, 1/2" keskitason turetti-kameroille ja useimmille 4 MP-kameroille, 2/3" premium-laatikoille ja PTZ-malleille ja 1" heikkovalo-erikoisanturille. Mm-leveys täytetään automaattisesti.
2. Aseta polttoväli.Vedä liukusäädintä mihin tahansa arvoon 1–50 mm välillä tai napsauta suosittua esiasettelua (2,8, 3,6, 4, 6, 8, 12, 16, 25, 35, 50). Varifokus-objektiiville arvioi laskin zoom-alueen molemmissa päissä.
3. Aseta kohdeetäisyys.Tämä on vaakasuora etäisyys kamerasta kiinnostavaan kohdetasoon – esimerkiksi portin, hyllyrivin tai pysäköintialueen reunan tasoon. Käytä yksikköasetuksesi mukaisia metrejä tai jalkoja. Peittoleveys kyseisellä etäisyydellä lasketaan reaaliajassa alla.
4. Lue kaksi tulostuskortia.Ensimmäinen näyttää vaakasuoran kulmasuuntaisen näkokenttä asteissa – hyödyllinen verrattaessa valmistajan markkinointiin. Toinen näyttää lineaarisen näkymän leveyden peitettyä valitsemallasi etäisyydellä – hyödyllinen verrattaessa fyysiseen alueeseen, jota sinun on valvottava.

Työskennetty esimerkki: pysäköintialueen ANPR

Vähittäiskauppahallin johtaja haluaa automaattisen rekisterikilvien tunnistuksen (ANPR) yksittäisen kaistan ajoneuvojen sisäänkäynnille. Kaista on 3,5 m leveä, ja kamera asennetaan 4 m korkeudella pylväälle, joka sijaitsee 12 m päässä lukulinjasta. Ajoneuvon on liikuttava tarpeeksi hitaasti tunnistettavaksi – oleta 10 km/h tai vähemmän, mikä antaa sulkimen budjetin noin 1/250 s.

Aloita 4 MP kameralla (2560 vaakasuoraa pikseliä) 1/2,8" anturilla. Eurooppalaisen rekisterikilven (520 mm leveä) luotettavaksi lukemiseksi tarvitset vähintään 250 PPM rekisterikilvintasolla – vastaavasti noin 130 pikseliä rekisterikilvessä itsessään. Kytke 4 mm objektiivi laskimeen: HFOV ≈ 68°, näkymän leveys 12 m ≈ 16,2 m. Se jakaa 2560 pikseliä 16,2 m:n yli, antaen vain 158 PPM – paljon alle tarvittavan 250 PPM.

Siirry 8 mm objektiiviin. HFOV putoaa 37,4°:een, näkymän leveys 12 m:ssä tulee 8,1 m, ja pikselitiheys nousee 316 PPM:ään – mukavasti yli 250 PPM tunnistusrajaa. 8,1 m vaakasuora peittävyys sisältää helposti 3,5 m kaistan plus marginaalin. Vinoetäisyys 4 m asennuskorkeudesta 12 m lukulinjaan on √(4² + 12²) = 12,65 m, joten tehokas PPM vinokohdetasolla on lähempänä 300:aa, yhä hyvin yli kynnyksen.

12 mm objektiivi antaisi 474 PPM – liikaa yhdelle kaistalle ja liian kapea sieppaa rekisterikilvejä, jos ajoneuvo pysähtyy hieman sivulle. 8 mm objektiivi on oikea valinta. Sama laskelma myös paljastaa, miksi "mikä tahansa 4 MP kamera" ei ole riittävä: 4 mm objektiivi 12 m:n etäisyydellä ei yksinkertaisesti aseta tarpeeksi pikseleitä rekisterikilvelle, riippumatta siitä, miten kamera markkinoidaan.

Yleiset näkökenttävirheet

• Kirjaimellisen tuuman murto-osan käyttö anturin leveytenä.1/2,8" -anturi ei ole 1/2,8 tuumaa (9 mm) leveä – se on 5,4 mm. Väärän leveyden käyttäminen tekee jokaisen näkökenttäarvon 30–60% liian leveäksi ja jokaisen etäisyysarvion liian optimistiseksi.
• HFOV:n lainaaminen, kun asennus tarvitsee VFOV:ta.Käytävät vaativat pystysuoraa peittävyyttä, ei vaakapeittävyyttä. Vaihda käytävämoottiin tai laske VFOV nimenomaisesti. Teknisissä tiedoissa oleva HFOV on merkityksetön pystyakseli-sovelluksille.
• Kallistuksen ja vinoetäisyyden jättäminen huomiotta.Kamera 4 metrin korkeudella, joka kohdistuu 10 metrin päässä olevaan maahan, on vinoetäisyys 10,77 m ja lattiajälki on puolisuunnikkain, ei suorakulmio. Yksinkertainen vaaka-näkökenttä-matematiikka on tarkka vain optisella akselilla.
• Kuvasuhteen unohtaminen sekoitettaessa 16:9 ja 4:3.4 mm objektiivi 16:9 1/2,8" anturilla antaa 70° HFOV, mutta vain 42° VFOV. Sama objektiivi vastaavan diagonaalin 4:3 anturilla antaa 64° HFOV ja 50° VFOV. Laitteisto, joka on sekoitettu eri formaateissa, tuottaa epäyhtenäistä peittävyyttä vaikka "objektiivi olisi sama".
• Panoraama-näkökenttä additiivisena kohteleminen.4-antureinen 360° -kamera ei anna 4× pikseleitä etäisyydellä – se antaa 1× yhden anturin pikselitiheyden mistä tahansa alueesta, vain ommeltuna laajemman atsimuutin yli. Käytä panoraamakameraa tilannetietoisuuteen, ei pitkän kantaman tunnistukseen.

Standardit ja vaatimustenmukaisuusviitteet

• EN 62676-4:2015 — Sovelltumisohjeet videoturvajärjestelmille. Määrää DORI-pikselitiheys kehyksen, joka muuntaa näkökenttä operatiivisiksi suorituskyvyn luokiksi.EN 62676-4 laskin →
• IEC 62676-4:2025 (OODPCVS) — 2025 kansainvälinen päivitys, joka esittelee käytävämodon pikselitiheyden (PPM_v) ja tekoälyanalyysin tietävät alatasot.
• NATO STANAG 4347 / Johnson Criteria — Syklien kohteel -metriikka lämpökameroille, jossa 1,5 / 6 / 12 sykliä Tunnista / Tunnista / Tunnista varten. Käyttää kulmasuuntaisia mittareita pikselilaskujen sijaan.Johnson-kriteerit laskin →
• NDAA Section 889 — Yhdysvaltain hankintakielto kattavasta videolaiteista luetelluista valmistajista; ortogonaalinen näkökenttä-matematiikkaan mutta tyypillisesti tarjouspyynnön edellytys.NDAA-vaatimustenmukaisuusviite →
• IEC 61146-1 — Videokameroiden mittausmenetelmät: määrittää virallisesti menettelyt resoluution, herkkyyden ja kulmasuuntaisen peittävyyden mittaamiseksi laboratoriolla.

Lue lisää