ドーム型CCTVカメラの画角と技術仕様

ドーム型カメラの光学: 筐体、バブル、IRカット

すべてのドーム型カメラは、5つの要素の撮像スタックです。ドームバブル、IRカットフィルター、レンズ組立、イメージセンサー、IR LEDリングです。バブルはドーム型に固有の唯一の要素で、仕様や維持が誤っていればFOV劣化の最大の原因になります。標準のバブルは厚さ2-3 mmのアクリル(PMMA)またはポリカーボネート(PC)です。アクリルは光学的な透明度(光透過率約92%)と耐傷性に優れ、ポリカーボネートは透過率をいくらか犠牲にして耐衝撃性を大きく高め、IK10の耐破壊ドームでは必須です。

透明バブルとスモークバブル。 透明バブルは光の透過とIR透過をすべて保ち、低照度と暗視で最高の性能を出します。「スモーク」や「ブラックバブル」ドームと呼ばれることの多いスモークバブルは、向きを視覚的に隠しますが、可視光を30-50%、IRを10-20%カットします。スモークバブルは、カメラの有効なIR到達距離を30 mから18-20 mに落とすことがあります。夜間性能より向きを隠すことの方が価値のある場所(高級小売、ホテルのロビー)に限って使い、周辺や低照度の場面では決して使わないでください。

隅の歪み。 バブルは球面の一部です。カメラがバブルの縁の方へ傾くと、視線はアクリルを斜めに通り、光路が屈折して、フレームの隅に1-3%の樽型歪みと軽微な色収差を生みます。これは緩い傾き(垂直から30°未満)では目立ちませんが、60°を超える傾きでは顕著になり、画像の端で有効解像度が5-8%失われることがあります。レンズメーカーはその大半を演算プロファイルで補正しますが、広角の製品ではその影響は現実にあります。

IRの跳ね返りと汚れたドームの問題。 IR LEDリングはバブルの内側、レンズ鏡筒のすぐ外にあります。バブルの表面に埃、指紋、傷がたまると、IR光がその欠陥で反射してレンズに戻り、夜間の画像の中央に光る白い点が生じます。これはドーム設置で「夜に見えない」という苦情の最も一般的な原因です。バブルをマイクロファイバークロスで拭くと性能が戻りますが、深く傷ついたバブルは交換が必要です。上位のドーム(Axis Q35、Hikvision DarkFighter、Dahua Lite AI)は、この内部反射を防ぐため、レンズ鏡筒とバブルの間に発泡の遮光ガスケットを使っています。データシートで「IRバッフル」や「光の分離」を確認してください。

耐破壊筐体と通常筐体。 耐破壊でない屋内ドームは、通常1.5-2 mmのアクリルとプラスチックのベースリング(IK04-IK06)を使います。耐破壊ドームは3-4 mmのポリカーボネート、ダイカストアルミのベース、いたずら防止ネジを使い、IK10(50 Jの衝撃)で試験されています。耐破壊筐体は重さが600-1200 gで、屋内用の200-400 gと比べ、700 gを超えると背面の補強が必要になる天井パネルへの設置で問題になります。

焦点距離別ドームFOV: 2.8 / 4 / 6 / 8 / 12 mmの表

ドームの水平視野は、焦点距離とセンサー対角線の2つの値で決まります。式はHFOV = 2 · arctan(センサー幅 / (2 · 焦点距離))です。下の表は、3つの最新のセンサーサイズにおける、最も一般的な5つの焦点距離の水平・垂直FOVを示します。数値は一般的なメーカー仕様を最も近い度に丸めたもので、個々の製品は±2°ずれます。

同じ焦点距離で1/3"から1/2"センサーに替えると、HFOVがおよそ25%広がることに注目してください。1/1.8"センサーの上位ドームが、どちらも2.8 mmレンズと記載していても、低価格の1/3"製品よりはっきり広い角度を示すのはこのためです。製品ごとの正確な数値は、FOV計算ツールやレンズ選定ツールで計算してください。

固定ドーム、バリフォーカルドーム、電動PTZドーム

ドーム型カメラは、FOV制御のモデルと価格帯がそれぞれ異なる3つの光学ファミリーに分かれます。

固定レンズドーム(60-180 ユーロ)。 焦点距離は工場でレンズ組立に固定されています。一般的な固定長は2.8 mmと4 mmです。長所: 最低コスト、最小の筐体、最小の消費電力(3-5 W)、価格の割に最高の光学的鮮鋭度。短所: 現場での調整ができず、場面が変わればカメラを交換します。1つの場面が1つの製品に対応する、繰り返し可能な展開に固定ドームを使います。ホテルの廊下、教室棟、幅の同じ店舗通路などです。

電動バリフォーカルドーム(150-450 ユーロ)。 レンズは電動のズームとフォーカスを備え、通常2.8-12 mmです。設置業者やオペレーターがカメラのWeb UIから遠隔で焦点距離を設定します。長所: 1つの製品で25 m²の部屋から80 mの廊下まであらゆる場面をカバーし、向きを直すために脚立で再訪することがなく、動きに対するオートフォーカスに対応します。短所: コストが30-50%高く、筐体がやや大きく、機械式ズームの機構は5-7年後に故障することがあります。本格的な設置では標準の選択で、設計段階で場面がまだ確定していない場合の唯一の賢明な選択です。

PTZドーム(800-3000ユーロ以上)。 パン・チルト・ズームのドームは、バリフォーカルレンズ(通常4.8-120 mm、またはより大きなズーム比)を、電動のパン(360°連続)とチルト(90-180°)と組み合わせます。回転する光学ブロックを避けるため、バブルは大きく(直径140-260 mm)なります。長所: 本来6-12台の固定カメラが必要な範囲を1台でカバーでき、プリセットとツアーで複数ゾーンのスケジュール化されたカバーができ、光学ズームが50-200 mで識別レベルの詳細を提供します。短所: 一度にカバーできるのは1つのゾーンだけで、PTZは同じ場所の固定カバーの代わりにはならず、追加にすぎません。ドーム型、バレット型、PTZの完全比較をご覧ください。

センサーサイズ(1/2.8"、1/2.5"、1/1.8")とFOVへの影響

センサーサイズは、ある焦点距離での視野を決めるもう1つの変数です。呼び名(1/3"、1/2.8"、1/2.7"、1/2.5"、1/2"、1/1.8")はビジコン管に由来する名残で、センサーの物理的な対角線のインチ数とは一致しません。実際の対角寸法は次のとおりです。

センサーが大きいほど、同じ焦点距離で視野が広い。 1/3"センサーの2.8 mmレンズはHFOVが約96°、1/1.8"センサーでは同じ焦点距離で約126°です。大きなセンサーは光電変換素子も大きく(通常は1.4 µmに対して2.4 µm)、1ピクセルあたりの集光量が多く、低照度感度が1-2 EV良くなります。このため、1/1.8"の4MPドームは、名目上の解像度が低くても、暗い場面では1/2.8"の8MPドームを上回ります。

仕様書はセンサーサイズを1行目に記載します。ドームが「4MP」としかセンサーサイズなしで書かれていれば、1/3"、つまり低価格の製品と考えてください。プレミアムの4MPドームは常に1/1.8"か1/2"です。

解像度の階層: 2 MP、4 MP、5 MP、8 MP、メートルあたりのピクセル密度

メートルあたりのピクセル密度(PPM)は、監視で唯一有用な解像度の指標です。ある距離で、場面の1メートルを何ピクセルの水平画素がカバーするかを表します。EN 62676-4は閾値を定めています。検知は25 PPM、観察は62 PPM、認識は125 PPM、識別は250 PPMです。下の表は、HFOV 108°(1/2.7"センサー)の2.8 mmドームについて、4つの解像度の階層での5 m、10 m、20 mのPPMを示します。

表の読み方: 2.8 mmの4MPドームが認識レベルの細部(125+ PPM)を出せるのは、約7.5 mまでです。それを超えると観察レベルの映像であり、顔を識別することはできません。識別距離を延ばすには、解像度を上げる(8MPにする)か、レンズを絞る(4 mmまたは6 mmのドームにする)かのどちらかです。このトレードオフの詳細はメガピクセルと距離をお読みください。

代表的なドーム製品のDORI距離

メーカーが公表するDORI(Detection、Observation、Recognition、Identification)距離は、EN 62676-4のピクセル密度の定義に従っています。以下は、主要3メーカーの公式DORI数値で、それぞれ代表的な4MPドーム製品のものです。

これらは絶対的な約束ではなく、設計の拠り所として使ってください。実際のDORIは、明るさ、コントラスト、動きによるぼけ、コーデック圧縮によって変わります。ご自身の製品と場面の組み合わせについては、DORI計算ツールがあらゆるレンズと解像度の組み合わせで4つの距離を出力し、DORIの詳細解説では閾値がどう導かれたかを説明しています。

IK10耐破壊性、IP66/IP67、動作温度

環境等級は、ドームを取り付ける場所で耐えられるかを決めます。読むべき規格は、IK(衝撃)、IP(粉塵・水)、動作温度の3つです。

IK等級(IEC 62262)は衝撃エネルギーをジュールで測ります。IK08 = 5 J(30 cmから1.7 kg)、IK10 = 標準20 Jまたは強化50 J(40 cmから5 kg、強い野球バットの一撃に相当)です。IK10は次の場所で指定します。学校、刑務所、公共交通機関、スタジアム、1階の屋外、床に立つ人が手の届くあらゆる場所。屋内のオフィスや3.5 mを超える天井では、IK08か等級のない屋内筐体で構いません。

IP等級(IEC 60529)は2桁で、最初が固体、2番目が液体です。IP66 = 防塵 + 強力な噴流水(12.5 mmノズル、100 kPa、距離3 m、有害な浸入なし)。IP67 = 防塵 + 深さ1 mで30分間の一時的な浸水。IP66は、横殴りの雨や洗浄を含む屋外シナリオの95%で十分です。IP67は、溜まり水や浸水があり得る場所(地下の入口、ドックの壁、食品加工)でのみ必要です。IP68(連続浸水)は珍しく、プールや船舶の用途以外では不要です。

動作温度。 標準のドームは-10°Cから+50°Cで動作します。寒冷環境用ドーム(-40°Cから+60°C)は、作動時に4-8 Wを消費する内蔵ヒーターを備え、PoE+(30 W)または補助12 VDCが必要です。北欧、カナダ、アルプス地域の設置では-40°Cの機種を指定してください。標準ドームのバブルは-25°Cで割れることがあり、LCDシャッター式のIRカットフィルターは-15°Cを下回ると確実に切り替わらなくなります。

屋外の総合仕様。 公共の場にある屋外ドームの安全な基準は、IP66 + IK10 + -30°Cから+60°C + PoE 802.3af(ヒーター付きならPoE+)です。3つすべてをデータシートで確認してください。メーカーは3つのうち2つしか満たさず、3つ目を黙って省くことがあります。

天井、壁、吊り下げの取り付け高さ

取り付け高さは、カバーする範囲と、対象面でのピクセル密度の両方を変えます。これらの基準高さを設計の出発点にしてください。

屋内、天井、埋め込み型ドーム。 2.4-3.0 m。2.4 m未満では屋内でもドームは破壊行為にさらされます。3.0 mを超えると、2.8 mmドームはFOVの周辺で識別距離を超えます。入口での顔の撮影には、ドームを2.7 m、ドアから0.5-1.5 m奥に、10°下向きに設定します。

屋内、壁取り付け、ブラケット付きドーム。 3.0-4.0 m、15-25°の下向きの傾き。天井の施工が現実的でない場合(天井裏に入れない吊り天井、ダクトが邪魔)や、360°の見下ろしではなく方向性のある視界が欲しい場合は、壁取り付けが正解です。3.5 mの高さで4 mmレンズ、傾き20°の壁取り付けドームは、幅6 m × 長さ12 mのゾーンを認識レベルの細部でカバーします。

屋外、壁取り付け、軒または破風。 3.5-4.5 m。バブルを直接の雨と日光から守るため、軒の張り出しの下に取り付けます。グレアが減り、バブルの寿命が延びます。一般的な私道や庭の眺めには、20-30°下向きに傾けます。

屋外、吊り下げ取り付け、ポールまたは梁。 4-8 m、駐車場や前庭では6 mが最適です。8 mを超えると、4MPセンサーでも、地面での2.8 mmドームは125 PPM(認識)を下回ります。6 mmか8 mmのレンズに替えて狭いFOVを受け入れるか、8MPセンサーに上げてください。非常に高いポール取り付け(10-12 m)では、吊り下げPTZドームの方が、固定ドーム4-5台より費用対効果が高くなります。

傾きの範囲。 どのドームにも最大の傾きがあり、通常は水平から75-80°です。これにより、ユニットの真下に10-15°の死角の円錐ができます。高さ3 mのドームは、床面に直径0.8-1.0 mの死角の円があり、6 mではその死角の円が1.6-2.0 mに広がります。隣接するカメラがこれらのゾーンを互いにカバーするよう計画してください。CCTVの死角をご覧ください。

ドームのFOVでよくあるミス

5つのミスが、性能の出ないドーム設置の大半を占めます。それぞれ設計時なら直せますが、設置後の修正には費用がかかります。

ドームの見積もり方: 実例

シナリオ: 幅8 m × 長さ12 mで天井高3.0 mの売り場。顧客はすべての来店者について認識レベルの映像を求め、奥の隅では観察レベルでも構わないとしています。予算はドーム1台分です。

手順1: 取り付け位置を選ぶ。 ドームを中央に、正面ドアから4 m、各側壁から4 mの位置に取り付けます。ドームは高さ3.0 mで、バブルで360°を見渡しながら真下を向きます(ドーム本来の円形のFOVを使います)。

手順2: 必要なFOVを計算する。 ドームから部屋の遠い隅までの対角距離は√((8/2)² + (12-4)²) ≈ √(16 + 64) ≈ 8.9 mです。高さ3 mで下向きのドームでこれをカバーするには、床面での投影半径が少なくとも8.9 mになるだけ広いHFOVが必要です。HFOV ≈ 2 · arctan(8.9 / 3.0) ≈ 144°で、標準のドームには広すぎます。ドームの位置を変える(奥の壁に移し、前向きに傾ける)か、2.8 mmドームが認識レベルでカバーするのは手前の8-10 mだけと割り切ります。

手順3: レンズを選ぶ。 1/2.7"センサーで2.8 mmレンズの4MPドームは、約108°のHFOVを提供します。高さ3 mでは、床面で半径3 · tan(54°) ≈ 4.1 m、つまり直径8.2 mの円をカバーします。部屋の手前4 m × 8 mはよくカバーされ、奥の4 m × 8 mは認識の半径のすぐ外にあります。地面距離5 mでのPPMは186(認識以上)で、8 mでは116(認識をわずかに下回る)です。

手順4: 顧客の要件と照らし合わせる。 顧客はすべての来店者の認識を求めていました。ドーム1台の案では、認識は7.5 mまでです。要望を満たすには、部屋の奥に2台目のドームを追加する(鏡写しの配置、奥の壁から4 m)か、焦点距離4 mmの4MPバリフォーカルドームに替えて入口に向けて奥の壁に移します。これで、長さ12 m全体にわたってHFOV 84°、200+ PPMが得られます。

手順5: 計算を再現する。 平面図、ドーム位置、レンズの選択をFOV計算ツールに入れて2D平面上でカバー範囲を可視化し、距離でのPPMをDORI計算ツールで確認し、正確な製品をカメラカタログから選びます。FOVの計算の背景は視野の解説を、不慣れな用語は用語集で調べてください。