우리는 핀홀 카메라 모델로부터, 기울어진 채 마스트에 설치된 CCTV 카메라의 지면 발자국(footprint)을 유도한다: 근거리·원거리 가장자리 교점, 설치 지점 바로 아래의 기하학적 사각지대, 그리고 지면 위의 호(arc)로 그려지는 EN 62676-4의 DORI 목표 거리이다. 아래의 모든 그림은 CCTVplanner 디자이너에 포함된 기하 모듈이 실시간으로 계산한 것이며 — 슬라이더를 움직여 각 결과를 재현할 수 있다. 마지막으로 렌즈 투영 모델, 데이터시트의 HFOV/DFOV 함정, 장애물 그림자, 매개변수 오차 예산, 그리고 이 모델을 신뢰할 수 있는 가정들을 다룬다.
- 지면
- 평면 z = 0
- 카메라
- 높이 z = h의 광학 중심
- 좌표축
- +x right · +y forward · +z up
- 기울기 α
- 수평선에서 아래로 측정
- 광선
- 기저 (f, r, u)에서 광학 중심으로부터 투사
- 각도
- 미분에서는 라디안, 그림에서는 도(°)
카메라의 광선이 어디에 도달하는지를 다루는 순수한 기하학적 모델이다. 명시된 가정 안에서 이 모델은 기하학적으로 정확하다 — 수학적으로 엄밀하되, 범위에 한계가 있다. 다음은 모델링하지 않는다:
- 화질 또는 센서 노이즈
- 영상 압축 아티팩트
- 조명, 저조도, 또는 IR 도달 범위
- AI / 분석 탐지 정확도
1절두체에서 지면 발자국까지
핀홀 카메라는 시야 절두체(view frustum)를 정의한다: 카메라의 광학 중심에서 이미지 평면의 경계까지 뻗어 나가는, 네 개의 측면으로 이루어진 피라미드이다. 각 이미지 점 — 이산 구현에서는 픽셀 중심 — 은 광학 중심에서 이미지 평면을 지나는 시선 광선을 정의한다. 카메라가 커버하는 지면 영역을 구하려면, 각 광선을 지면 평면과 교차시키고 카메라 사거리 안에 있는 점들을 남긴다. 여기서 핀홀 모델을 사용하는 이유는, 이 모델이 해석적으로 다루기 쉬운 근사를 제공하며 EN 62676-4의 기하학적 가정 및 대부분의 고정형 CCTV 카메라의 공표 사양과 일치하기 때문이다.
높이 h에서 수평선 아래로 α만큼 기울어지고 수직 시야각 vfov를 갖는 카메라의 경우, 커버리지의 바깥 경계는 이미지 경계에 의해 그려진다 — 직선(rectilinear) 투영에서는 네 모서리 광선만으로 이를 정의하지만, 어안(fisheye) 투영에서는 경계 전체를 따라 표본화한다. 일반적인 설치(여기서 )에서는 그 형태가 모서리가 곡선인 근사적으로 사다리꼴인 발자국이며 — 설치 지점에서 시작하는 삼각형이나 부채꼴이 아니다. 가 90°에 가까워지면(가파른 천장 돔), 이미지의 아래쪽 가장자리가 마스트 밑동에서 지면과 만나고 발자국은 부채꼴 형태로 퇴화한다.
2근거리·원거리 가장자리 교점
각 이미지 평면 표본 (s_H, s_V) ∈ [−1, 1]²는 카메라 좌표계의 시선 광선 방향으로 매핑된다:
여기서 f, r, u는 앞 / 오른쪽 / 위 카메라 기저 벡터이다(팬과 틸트는 이미 적용됨) — 바로 이 지점에서 HFOV와 VFOV가 기하학에 반영된다. 광학 중심에서 d 방향으로 나가는 광선을 지면 평면 z = 0과 교차시키면 각 발자국 표본이 얻어진다. 아래쪽 가장자리 광선(s_V = −1)은 근거리 지점에서 지면과 만나고, 위쪽 가장자리 광선(s_V = +1)은 원거리 지점에서 만난다:
좌우 가장자리(s_H = ±1)의 경우 동일한 구성이 수평면에서 수행된다. 직선(rectilinear) 렌즈(주류 CCTV 광학계)에서는 이들이 발산하는 직선으로 투영된다 — 사다리꼴의 비스듬한 변이 그것이다. 어안(fisheye) 렌즈에서는 매핑이 곡선이 되어 발자국이 곡선형 원판이 된다.
3기하학적 사각지대
지면 위에 설치되고 보다 작게 기울어진 모든 카메라에서는, 설치 지점 바로 아래의 영역에 광선이 도달하지 않는다. d_near보다 가까운 모든 것은 완전히 이미지 밖에 있으며, 틸트와 FOV가 고정되면 사각지대는 높이에 비례하여 커진다:
15° 틸트에 50° 수직 FOV를 갖는 카메라는 4 m 높이에서 4.8 m, 20 m 높이에서 23.8 m의 사각지대를 갖는다 — 높이 비율과 일치하는 5× 비율이다. 사각지대 면적 대비 커버리지 면적의 비율은 고(高)마스트 설치의 지배적인 제약 조건이다.
4DORI 범위 (EN 62676-4)
DORI 표준(Detect / Observe / Recognize / Identify)은 목표 픽셀 밀도를 정의한다 — Identify 250, Recognize 125, Observe 62.5, Detect 25 px/m. 주어진 밀도는 렌즈로부터의 특정한 경사(가시선) 거리에서 달성된다: 결상 관계식 에서의 물체 거리가 그것이다. 어떤 등급을 2D 지도 위에 배치하기 위해, 디자이너는 그 경사 거리를 지면에 반지름 의 수평 링으로 투영한 뒤(모듈의 slantToGroundRadius) 발자국으로 잘라낸다. 따라서 이 호들은 경사 등급 거리에서 유도된 수평 지면 반지름이며 — 지면 높이의 카메라에서만 경사 거리와 같고, 설치 높이가 올라갈수록 안쪽으로 당겨진다. 10절에서는 이 px/m 등급들을 세계 다른 곳에서 사용되는 화면 높이, 피트당 픽셀, 라인 페어 기준으로 대응시킨다.
250 px/m
125 px/m
62.5 px/m
25 px/m
slantToGroundRadius에 의해 지면에 투영되므로, 각 레이블은 수평 반지름 를 보여준다. h를 높이면 가까운 등급들이 안쪽으로 당겨지다가, 카메라가 경사 구(sphere) 위로 올라가는 순간 사라진다. hfov를 좁히면 원뿔이 너무 가늘어져 바깥쪽 링을 담을 수 없게 된다.지면 투영. 각 등급의 경사 거리는 수평 지면 반지름이 된다:
Identify 등급(250 px/m)이 8 m 경사 거리에서 달성되는, 6 m 높이에 설치된 카메라는 5.3 m의 수평 지면 반지름을 커버한다(). 이것이 바로 디자이너, PDF, DXF 내보내기가 모든 등급에 적용하는 투영이다. (레거시 대체 방식 — PTZ 카메라 및 설치 높이/사각지대 설정이 없는 카메라 — 은 높이 보정 없이 원본 경사 거리를 평면 반지름으로 그린다.)
5렌즈 투영 모델
서로 다른 렌즈 설계는 광축으로부터의 각도 θ를 이미지 평면 반지름 r(θ)로 서로 다르게 매핑한다. CCTV에서 사용되는 세 가지는 다음과 같다:
| 투영 방식 | r(θ) | 일반적 범위 |
|---|---|---|
| Rectilinear | HFOV ≲ 120° — 대부분의 고정 및 배리포컬 렌즈 | |
| Equidistant | HFOV ≳ 140° — 파노라마 / 어안 | |
| Equisolid | 입체각을 보존하는 어안 |
직선(rectilinear) 렌즈의 경우 축 이탈 계수 은 θ가 45°를 지나면(HFOV > 90°) 1을 초과하고 θ → 90°으로 발산한다. 수치적 근사로서 — 광학계의 성질이 아니라 구현상의 선택으로 — CCTVplanner는 170° HFOV까지는 직선 투영을 사용하다가 안정성을 위해 등거리(equidistant) 투영으로 전환하며, 등입체각(equisolid)은 이를 명시하는 제조사 데이터를 위해 기하 계층에서 지원된다.
데이터시트의 함정: HFOV 대 DFOV
많은 제조사 — 특히 Dahua, Hikvision, Uniview, Tiandy — 는 실제로는 대각(diagonal) 시야각(DFOV)인 단일 FOV 값을 표기한다. HFOV를 기대하는 도구에 DFOV를 입력하면 발자국이 10–15% 너무 넓게 나오며, 그 오차는 픽셀 밀도가 가장 중요한 좌우 가장자리에 집중된다. 종횡비 a인 센서의 경우(16:9 → a = 16/9):
이 매핑은 비선형이다: 솔깃한 선형 근사 은 좁은 렌즈에서는 통하지만 시야가 넓어질수록 크게 어긋난다. 16:9 센서의 경우:
| DFOV | 정확한 HFOV | 정확한 VFOV | 선형 근사 오차 |
|---|---|---|---|
| 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° |
6장애물, 그림자, 그리고 가시 발자국
벽과 울타리는 광선을 차단한다. 각 불투명 장애물은 다각형 또는 폴리라인으로 모델링되며, 모든 선분은 렌더 사거리의 여러 배까지 카메라 반대 방향으로 투영되고, 이 선분별 그림자들의 합집합이 장애물의 실루엣과 그 뒤의 모든 것을 이룬다. 그러면 가시 발자국은 Martínez–Rueda 다각형 차집합 알고리즘을 통해 가 된다.
3D를 고려한 분석에서, 카메라보다 낮은 장애물은 유한한 지면 그림자를 드리운다. 수평 거리 d에 있는 벽, 카메라 높이 h_cam, 장애물 상단 높이 h_obs의 경우:
인 경우 장애물은 가시선을 완전히 차단한다 — 무한한 그림자로, 완전히 불투명한 차단물로 취급된다. 건물 및 일반 장애물의 경우, 카메라가 구조물 위에 위치하기만 하면 이 유한 높이 모델이 항상 적용된다. 울타리의 경우 "수직 높이 사용(3D)" 토글에 따라 적용 여부가 결정된다(기본값: 불투명 차단물). 그림자 끝 계산은 obstacleTypes.ts에 있으며, obstacleClipping.ts가 다각형 차집합 빼기를 수행한다.
7다층 투영
절두체-지면 교차는 임의의 수평면으로 일반화된다: 을 로 바꾸고, 모든 모서리 광선에 대해 동일한 광선-평면 방정식을 풀면, 그 결과가 해당 층에서의 발자국이다. 아트리움 2층에 있는 카메라는 동일한 구성으로 1층을 커버한다 — 단지 z_target와 수직 오프셋만 다를 뿐이다.
8가정과 한계
위의 모든 수식은 단순화 가정에 기반한다. 이 가정들은 대다수의 고정 설치 CCTV에서는 성립하지만 특정 조건에서는 무너진다 — 실무자가 언제 모델을 신뢰할 수 있는지 알 수 있도록 이를 문서화한다.
모델 가정
- 평평한 지면 — 경사 없음, 지구 곡률 없음.
- 촬영 시 정지 카메라 — PTZ 움직임 없음, 진동 없음.
- 핀홀 모델 — Brown–Conrady 렌즈 왜곡 없음(k₁, k₂, p₁, p₂).
- 이상적 보정 — 피치, 초점 거리, 광학 중심이 사양과 일치.
- 롤링 셔터 없음; 전체 프레임이 한 순간에 촬영됨.
- 카메라 롤 없음; 센서가 수평을 유지.
- 단일 광학 경로 — 돔 굴절 없음, 반사 없음.
무너지는 경우
- 경사 지형 — 발자국이 비대칭으로 이동하며, 오차 ≈ 미터당 ±h·tan(slope).
- 광각 왜곡 — ~110° HFOV를 넘어서면 직선 투영이 모서리에서 수 퍼센트만큼 어긋날 수 있다(렌즈, 보정, 모델에 따라 다름).
- 유리 돔 — mm 단위의 굴절 편차; 고정밀 DORI에서만 중요하다.
- 다중 반사 광학 — 반사는 추적하지 않으며, 가시선만 다룬다.
- 동작 중인 PTZ — 모델은 하나의 팬/틸트를 제공하며, 커버리지는 그 스윕 발자국이다.
- 설치 공차 — 실제 각도는 1–3° 벗어나며, §9에서 그 영향을 정량화한다.
9오차 민감도
입력 오차(높이, 틸트, FOV)는 지면 위치 오차로 전파된다. 근거리 교점 에 대해, 편미분은 다음과 같다:
각도 편미분은 라디안 단위이다(도당 값은 × ). 전형적인 구성(h = 10 m, tilt = 15°, vfov = 50° → d_near ≈ 11.9 m)의 경우:
| 매개변수 | 입력 오차 | Δ d_near | 비고 |
|---|---|---|---|
| tilt α | ±1° | ±0.42 m | 경사계 분해능 |
| tilt α | ±3° | ±1.27 m | 눈대중 브래킷 설치 |
| height h | ±0.5 m | ±0.59 m | 줄자, 접근 불가능한 마스트 |
| vfov | ±1° | ±0.21 m | 데이터시트 반올림 |
| combined | RMS | ~1.4 m | at 3° + 0.5 m + 1° |
쉽게 말하면: 1°의 설치 오차는 Identify 영역을 출입구 너비 이상으로 이동시킬 수 있다. 설치 각도의 불확실성이 지배적이다: 여기서 틸트 오차 1도마다 d_near에서 약 42 cm의 비용이 발생한다. 0.1°까지 측정하는 레이저 경사계는 틸트에서 비롯된 오차를 5 cm 미만으로 유지하지만, 눈대중으로 맞춘 브래킷은 ~±1 m 수준에 그친다. Recognize 링과 Identify 링이 2–3 m 떨어져 있을 수 있는 DORI 등급 검증에서는, 틸트를 추정하지 말고 측정해야 한다.
10표준별 목표 거리 기준
DORI는 국제적인 공통어이지만, 디자이너는 해당 관할권이 규정하는 표준에 따라 작업한다. 모든 체계는 동일한 물리량 — 일정 거리에서 요구되는 세부 정보 — 을 네 가지 단위 중 하나로 인코딩한다: 미터당 픽셀, 화면 높이의 백분율, 피트당 픽셀, 또는 Johnson 라인 페어이다. 위의 기하학은 동일하며, 읽어내는 방식만 달라진다.
| 지역 | 표준 | 단위 | Detect / Recognise / Identify | DORI 대비 |
|---|---|---|---|---|
| Intl · EU | IEC / EN 62676-4 (2014·2025) | px/m | 25 / 125 / 250 (Obs 62.5) | 기준 사다리 |
| EU legacy | EN 50132-7:2012 | % screen | 10% / 50% / 100% | 화면 높이 방식 |
| 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 | DORI로 이행 중 |
| 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 | 대상 위 픽셀 수 |
| UAE | Dubai SIRA | px/m | 63.5 / 125 / 250 | ≈ DORI |
| India | BIS IS 16910-4 | px/m | = DORI | IEC 62676-4 채택 |
| Russia | GOST R 51558-2014 ‡ | inter-eye px | face ID ≥60 px IED ‡ | 부분적 D/R/I |
| Mil · thermal | Johnson 1958 · TTP | line-pairs | 1.0 / 4.0 / 6.4 cyc | 기저 모델 |
| Face biometric | ISO/IEC 19794-5 · 39794-5 | inter-eye px | ~10 / ~40 / ≥90 (IED) | Identify의 하한선 |
† 영국 Identify = 화면 높이의 100%(HOSDB 28/09, 2009); 이전의 PSDB 17/94 / Rotakin 규격은 120%를 사용했다. 기준은 ~1.6–1.7 m 기준 인물에 대한 것이다. ‡ 러시아 GOST R 51558은 여기서 신뢰도가 낮다 — 원문이 유료 장벽 뒤에 있고 2차 자료들이 서로 일치하지 않으므로, 그 값을 참고용으로만 취급하라. 얼굴 생체 인식 IED = 눈 사이(동공 간) 거리: "Identify"가 궁극적으로 의존하는 픽셀 하한이다.
모든 관할권이 수치를 고정하는 것은 아니다. 캐나다(RCMP GCPSG-011)와, 실무상 사우디아라비아(HCIS)는 정해진 픽셀 목표보다는 현장 위험 평가를 통해 카메라 성능을 정당화할 것을 요구하며, 일본은 전용 CCTV 거리 기준을 발표하지 않는다.
IEC 62676-4의 2025년 개정판은 네 개의 DORI 등급을 일곱 단계의 OODPCVS 사다리 — Overview, Outline, Discern, Perceive, Characterise, Validate, Scrutinise — 로 대체하며, 각각 20 / 40 / 80 / 125 / 250 / 500 / 1500 px/m에 해당한다. CCTVplanner 엔진은 두 가지를 모두 계산한다.
네 가지 단위가 모두 동일한 것을 측정하므로, 센서 해상도와 대상의 크기가 주어지면 이들은 정확하게 상호 변환된다:
따라서 엔진에서의 한 거리는 250 px/m(DORI Identify), 화면 높이 100%(EN 50132-7 / HOSDB), 76 px/ft(미국), 또는 6.4 라인 페어(Johnson)로 읽힌다 — 같은 카메라, 네 가지 어휘이다.
11흔한 오해
네 가지 혼동이 도면상의 설계와 실제 설치 결과 사이의 간극 대부분을 설명한다 — 각각은 위 기하학의 직접적인 귀결이다.
12재현성
여기의 모든 수식은 CCTVplanner 디자이너에 포함된 기하 모듈에 직접 구현되어 있으며 — 수치 표본화, 다각형 클리핑, 부동소수점 정렬을 넘어서는 근사 없이 — 직선 / 등거리 / 등입체각 투영, 사각지대 경계 사례, DORI 지면 투영, 다각형 불리언 장애물 클리핑, 그리고 다층 확장에 걸친 단위 테스트 스위트로 검증된다. 이 페이지의 모든 그림은 바로 그 함수들을 호출한다.
핵심 진입점
buildFrustum(args)— 카메라 기저 + 절두체 메타데이터computeGroundFootprint(frustum, projection)— 표본화된 발자국 다각형slantToGroundRadius(frustum, slantM)— 도달 가능성 검사 포함subtractObstacleShadows(footprint, shadows)— Martínez–Rueda 차집합computeFloorFootprint(frustum, z, projection)— 다층 변형
§참고문헌
- [1]IEC 62676-4:2014 (개정 포함) — 보안 응용을 위한 영상 감시 시스템, 제4부: 적용 지침(DORI 목표 거리). 유럽에서는 EN 62676-4로 발행됨.
- [2]Hartley & Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision, 제2판, 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 — 2013년 후속 논문은 Advances in Engineering Software에 게재됨.
- [5]Szeliski, Computer Vision: Algorithms and Applications, 제2판, Springer, 2022 (투영 모델, 카메라 기하학 — 표준 참고서).
- [6]EN 50132-7:2012 — 경보 시스템, CCTV 감시 시스템, 제7부: 적용 지침(화면 높이 운영 요구사항; EN 62676-4로 대체됨).
- [7]IEC 62676-4:2025 (제2판) — OODPCVS 7단계 픽셀 밀도 사다리를 도입한 적용 지침.
- [8]US DHS Science & Technology, Digital Video Quality Handbook, 2013 (2018년 개정) — 공공 안전 영상을 위한 피트당 픽셀 지침.
- [9]GB 37300-2018 — 공공 안전 영상 감시(중국, 강제 표준), §5.6 목표 픽셀 요구사항.
- [10]Johnson, J. (1958), "Analysis of image-forming systems," Proc. Image Intensifier Symposium — 그 후속인 NVESD Targeting Task Performance (TTP), Vollmerhausen & Jacobs, Opt. Eng. 43(11), 2004.
- [11]ISO/IEC 19794-5:2011 & ISO/IEC 39794-5:2019 — 생체 얼굴 이미지 데이터(얼굴 인식 및 등록을 위한 눈 사이 픽셀 기준).
CCTVplanner Research. CCTV 카메라 커버리지의 기하학. 기술 노트 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}
}이 노트의 모든 그림은 CCTVplanner 디자이너가 사용하는 것과 동일한 기하 엔진으로 생성됩니다.
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