FOV skaičiuotuvas

HFOV, VFOV ir IFOV – matematika, slypinti už kiekvienos CCTV kameros

Kameros regėjimo lauką lemia tiksliai du fiziniai dydžiai: vaizdo jutiklio aktyvūs matmenys ir objektyvo židinio nuotolis. Visa kita – megapikseliai, kodekas, prekės ženklas, montavimo tipas – kampinei aprėpčiai įtakos neturi. Horizontalus regėjimo laukas (HFOV) yra HFOV = 2 × arctan(W / 2f), kur W yra jutiklio aktyvus plotis milimetrais, o f – objektyvo židinio nuotolis milimetrais. Vertikalus regėjimo laukas (VFOV) skaičiuojamas pagal tą pačią formulę, vietoj W naudojant jutiklio aukštį H. Įstrižainės FOV naudoja jutiklio įstrižainę. Daugumoje CCTV specifikacijų nurodomas tik HFOV; aukščiau esantis skaičiuotuvas jį išveda iš Jūsų pasirinkto židinio nuotolio ir jutiklio formato.

Pločio ir aukščio santykis svarbus, nes jutiklio plotis ir aukštis nėra nepriklausomi. Modernus 16:9 CMOS, pvz., Sony IMX415, turi 5,6 × 3,1 mm aktyvią sritį (1/2.8" optinis formatas). Su 4 mm objektyvu tai duoda HFOV ≈ 70°, bet VFOV ≈ 42°. 4:3 jutiklis su lygiaverte įstrižaine duotų HFOV ≈ 64° ir VFOV ≈ 50°. Nurodyti „plačiakampį“ nepasakant, kuri ašis yra plati, yra dviprasmiška: tas pats objektyvas dramatiškai skirtingai elgiasi 16:9 ir 4:3 jutikliuose.

Jutiklių dydžiai CCTV yra paveldėti iš vidikono vamzdelių nomenklatūros ir beveik niekada nesutampa su pažodine trupmena. „1/3 colio“ jutiklis yra maždaug 4,8 mm pločio, „1/2.7 colio“ – 5,0 mm, „1/2.8 colio“ – 5,4 mm, „1/2 colio“ – 6,4 mm, „2/3 colio“ – 8,8 mm, o „1 colio“ – 12,8 mm. Naudodami pažodinę colių trupmeną bet kurioje FOV formulėje, kampinę aprėptį pervertinsite 30–60 %. Visada ieškokite faktinio mm pločio jutiklio duomenų lape arba remkitės žinomais aukščiau esančio skaičiuotuvo nustatymais.

IFOV – momentinis regėjimo laukas, arba vieno pikselio kampinis dydis – iš tikrųjų lemia, ar galėsite atpažinti veidą arba perskaityti numerį. IFOV milirаdianais yra apytiksliai 1000 × pixel_pitch / focal_length. 1/2.8" 4 MP jutiklio pikselio žingsnis yra apie 2,0 µm; su 4 mm objektyvu tai yra 0,5 mrad/px, arba apytiksliai vienas pikselis kas 2 mm 4 m atstumu. Padauginkite iš reikalingo pikselių skaičiaus ant taikinio (paprastai 200 px ant veido identifikacijai) ir gausite maksimalų identifikacijos atstumą be pilnos DORI matematikos.

Koridoriaus režimas pasuka jutiklį 90°, kad ilga ašis būtų vertikali – naudinga koridoriams, eskalatoriams ir siauriems takeliams. HFOV ir VFOV programinėje įrangoje susikeičia vietomis, o kamera generuoja vertikalios orientacijos vaizdo srautą. VMS turi palaikyti 9:16 išdėstymą, kad teisingai jį atvaizduotų. Daugiajutiklės ir panoraminės kameros sujungia persidengiančius kadrus iš dviejų iki aštuonių jutiklio-objektyvo porų, kad sukurtų ištisinį platų lauką – tipinis efektyvus HFOV yra 180° arba 360°, tačiau raiška sujungimo vietose pastebimai krenta, o pikselių tankis metrui atstumu nėra geresnis nei vieno to paties MP skaičiaus jutiklio.

Pasvirimo korekcija svarbi bet kuriai kamerai, kuri nukreipta ne tiksliai horizontaliai. Jei 4 m aukštyje sumontuota kamera žiūri žemyn į taikinį ant žemės 10 m atstumu, įstrižasis atstumas yra √(4² + 10²) = 10,77 m, o ne 10 m. Vertikalus FOV vienu metu apima ir artimą, ir tolimą žemės plotą, todėl pikselių tankis projektuojamame plote dramatiškai kinta. Daugumą projektavimo klaidų sukelia inžinieriai, ignoruojantys tai ir manantys, kad žemės plotas yra švarus stačiakampis su vienodu PPM.

Kaip naudotis šiuo FOV skaičiuotuvu

1. Pasirinkite jutiklio formatą. Keturi nustatymai apima beveik kiekvieną šiandien tiekiamą fiksuoto objektyvo kamerą: 1/3" pradinio lygio bullet kameroms, 1/2" vidutinės klasės turret ir daugumai 4 MP kamerų, 2/3" aukščiausios klasės box ir PTZ modeliams ir 1" specializuotiems mažo apšvietimo jutikliams. Mm plotis užpildomas automatiškai.
2. Nustatykite židinio nuotolį. Vilkite šliaužiklį bet kuriai reikšmei tarp 1 ir 50 mm arba spustelėkite populiarų nustatymą (2,8, 3,6, 4, 6, 8, 12, 16, 25, 35, 50). Variofokaliniam objektyvui įvertinkite skaičiuotuvą abiejuose priartinimo diapazono galuose.
3. Nustatykite taikinio atstumą. Tai horizontalus atstumas nuo kameros iki dominančios plokštumos – vartų, lentynų eilės, parkavimo vietos krašto. Naudokite metrus arba pėdas pagal vienetų pasirinkimą. Aprėpties plotis tame atstume skaičiuojamas tiesiogiai žemiau.
4. Skaitykite dvi rezultatų korteles. Pirmoji rodo horizontalų kampinį FOV laipsniais – naudinga lyginant su gamintojo rinkodara. Antroji rodo linijinį scenos plotį, padengtą Jūsų pasirinktame atstume – naudinga lyginant su fiziniu plotu, kurį reikia stebėti.

Praktinis pavyzdys: automobilių stovėjimo aikštelės ANPR

Mažmeninio parko vadovas nori automatinio numerių atpažinimo (ANPR) vienjuostėje transporto įvažoje. Juosta yra 3,5 m pločio, o kamera bus sumontuota 4 m aukštyje ant stulpo, esančio 12 m nuo nuskaitymo linijos. Transporto priemonė turi važiuoti pakankamai lėtai, kad būtų identifikuojama – tarkime, 10 km/h ar mažiau, kas duoda užrakto biudžetą apie 1/250 s.

Pradėkite nuo 4 MP kameros (2560 horizontalių pikselių) ant 1/2.8" jutiklio. Patikimam Europos numerio (520 mm pločio) skaitymui Jums reikia bent 250 PPM numerio plokštumoje – tai prilygsta apie 130 pikselių per patį numerį. Įdėkite 4 mm objektyvą į skaičiuotuvą: HFOV ≈ 68°, scenos plotis 12 m atstumu ≈ 16,2 m. Tai paskirsto 2560 pikselių per 16,2 m, duodant tik 158 PPM – gerokai mažiau nei reikalingi 250 PPM.

Pereikite prie 8 mm objektyvo. HFOV sumažėja iki 37,4°, scenos plotis 12 m atstumu tampa 8,1 m, o pikselių tankis pakyla iki 316 PPM – patogiai virš 250 PPM identifikacijos slenksčio. 8,1 m horizontali aprėptis lengvai apima 3,5 m juostą su atsarga. Įstrižasis atstumas nuo 4 m montavimo aukščio iki 12 m nuskaitymo linijos yra √(4² + 12²) = 12,65 m, todėl efektyvus PPM įstrižojo taikinio plokštumoje yra arčiau 300, vis dar gerokai virš ribos.

12 mm objektyvas duotų 474 PPM – per daug vienai juostai ir per siauras, kad sugautų numerius, jei transporto priemonė sustoja šiek tiek į šoną. 8 mm objektyvas yra tinkamas pasirinkimas. Tas pats skaičiavimas taip pat atskleidžia, kodėl „bet kokios 4 MP kameros“ nepakanka: 4 mm objektyvas 12 m atstumu paprasčiausiai neuždeda pakankamai pikselių ant numerio, nepriklausomai nuo to, kaip kamera reklamuojama.

Dažnos FOV klaidos

• Pažodinės colių trupmenos naudojimas kaip jutiklio pločio. 1/2.8" jutiklis nėra 1/2.8 colio (9 mm) pločio – jis yra 5,4 mm. Naudojant neteisingą plotį, kiekviena FOV reikšmė tampa 30–60 % per plati, o atstumo įvertinimas – per optimistinis.
• HFOV nurodymas, kai diegimui reikia VFOV. Koridoriams ir praėjimams svarbu vertikali aprėptis, o ne horizontali. Pasukite į koridoriaus režimą arba aiškiai apskaičiuokite VFOV. Numatytoji specifikacijų HFOV reikšmė nesvarbi vertikalios ašies taikymams.
• Pasvirimo ir įstrižojo atstumo ignoravimas. 4 m aukštyje sumontuota kamera, nukreipta į taikinį ant žemės 10 m atstumu, turi 10,77 m įstrižąjį atstumą, o grindų pėdsakas yra trapecija, o ne stačiakampis. Paprasta horizontalaus FOV matematika yra tiksli tik ant optinės ašies.
• Pločio/aukščio santykio pamiršimas maišant 16:9 ir 4:3. 4 mm objektyvas ant 16:9 1/2.8" jutiklio duoda 70° HFOV, bet tik 42° VFOV. Tas pats objektyvas ant 4:3 jutiklio su lygiaverte įstrižaine duoda 64° HFOV ir 50° VFOV. Skirtingų formatų aparatinė įranga sukelia nenuoseklią aprėptį net kai „objektyvas tas pats“.
• Panoraminio FOV traktavimas kaip sudėtinio. 4 jutiklių 360° kamera neduoda 4× daugiau pikselių atstumu – ji duoda 1× vieno jutiklio pikselių tankį bet kuriame nuotolyje, tik sujungtą per platesnį azimutą. Naudokite panoraminę kamerą situacijos suvokimui, o ne identifikacijai dideliu atstumu.

Standartų ir atitikties nuorodos

• EN 62676-4:2015 — Vaizdo stebėjimo sistemų taikymo gairės. Apibrėžia DORI pikselių tankio sistemą, kuri konvertuoja FOV į operacines veiklos kategorijas. EN 62676-4 skaičiuotuvas →
• IEC 62676-4:2025 (OODPCVS) — 2025 m. tarptautinis atnaujinimas, pristatantis koridoriaus režimo pikselių tankį (PPM_v) ir AI analitikos sub-pakopas.
• NATO STANAG 4347 / Johnson Criteria — Ciklų-ant-taikinio metrika terminiams jutikliams, su 1,5 / 6 / 12 ciklų Detect / Recognize / Identify. Naudoja kampines metrikas, o ne pikselių skaičius. Johnson kriterijų skaičiuotuvas →
• NDAA Section 889 — JAV viešųjų pirkimų apribojimas tam tikrai vaizdo įrangai iš sąraše esančių gamintojų; nesusijęs su FOV matematika, bet paprastai būtina konkurso sąlyga. NDAA atitikties nuoroda →
• IEC 61146-1 — Vaizdo kamerų matavimo metodai: apibrėžia formalias raiškos, jautrumo ir kampinės aprėpties matavimo procedūras laboratorinio lygmens.

Skaitykite toliau